Biofizyka Procesu Widzenia

Biofizyka Procesu Widzenia W każdej innej dziedzinie niższość

utworów technicznych w stosunku do systemów organicznych nie jest tak oczywista jak w układzie wzrokowym

Ocena ta nie dotyczy samego systemu optycznego który nie jest zbyt doskonały ale zdolności do rozpoznawania obrazów Na rysunku przedstawiono schemat budowy gałkiocznej . Oko pod wieloma względami przypomina aparat fotograficzny. Soczewka przepuszcza i skupia promienie świetlne na siatkówce, będącej czułą powierzchnią. Siatkówka składa się z elementów fotorecepcyjnych mających postać tzw pręcików umożliwajacych widzenie przy małej jasności oraz czopków które są istotne dla widzenia w dzień a szczególnie widzenia barw. Impuls nerwowy polega na procesie elektromagnetycznym który rozchodzi się z prędkoscią od 1do100 m/s. Im wiecej swiatła pada na receptory tym szybciej następują po sobie impulsy.

Dwa miejsca na siatkówce zasługują na uwagę; plamka żółta, miejsce najwyraźniejszego widzenia, znajdujące się na

przecięciu os; optycznej soczewki ze ścianką tylną gałki ocznej; w tym miejscu znajduje się lekkie wklęśnięcie,

plamka ślepa, miejsce niewrażliwe na działanie promieni świetlnych, znajdujące się tam. gdzie nerw wzrokowy wchodzi do gałki ocznej.

Impulsy przetworzone w siatkówce są przesyłane do mózgu, gdzie są prze kształcane na wrażenia wzrokowe.

ilość światła dopuszczona do oka jest regulowana przesłoną (tęczówką), która zwiększa lub zmniejsza źrenicę w zależności od tego, czy oświetle nie jest słabe, czy zbyt silne. Zadaniem tęczówki jest osłona oka w przy padku nagłych zmian natężenia oświetlenia.

Gałki oczne są poruszane przez otaczające je mięśnie i w ten sposób oko może być skierowane w różnych kierunkach [45|. Podczas patrzenia organ wzroku musi wykonać szereg zadań wzrokowych, których popraw ne wykonanie decyduje o jakości bodźca optycznego odebranego przez re ceptor.

Ostrość wzroku

Ma ona duże znaczenie w procesie widzenia. Ostrość wzrokuokreśla się jako zdolność oka do spostrzegania w polu widzenia szczegółów o małej wielkości względnej. Określa się ją jako odwrotność kąta (wzrokowego), wyrażonego w minutach, utworzonego przez dwie pro ste wyprowadzone ze środka soczewki do krańcowych punktów przedmio tu najmniej dostrzegalnego. Ostrość wzroku w dużym stopniu zależy od akomodacji oka, która polega na przybieraniu takiego kształtu przez so czewkę, aby punkt.skupienia promieni światła, niezależnie od odległości od oka, znalazł się na siatkówce. Zmiana kształtu soczewki jest powodo wana przez mięśnie rzęskowe oka. Na rysunku 4.3 przedstawiono zasa dy akomodacji wraz z objaśnieniem korekcji wadliwej akomodacji za po mocą szkieł.

Zbieżność oczu

Jest to zdolność kierowania obojga oczu na jeden punkt. Dzięki zbieżności człowiek widzi jeden obraz przedmiotu. Zbieżność zawdzięcza się działaniu mięśni, otaczających gałkę oczną. Przy braku zrównoważenia napięć mięśni zewnętrznych i wewnętrznych, występuje tendencja do zbieżnego lub rozbieżnego ustawienia gałek ocznych względem odległości do oglądanego przedmiotu. Zachodzi wówczaszjawisko podwójnego widzenia.Poczucie głębi optycznej. Jest to odczuwanie odległości lub głębi, które zawdzięcza się temu, że każde oko patrzy na dany przedmiot pod innym kątem. Różnicę odległości można ocenić na podstawie takich czynników iak:

- wzajemny stosunek wielkości przedmiotów,- względna prędkość ruchu oddalonych przedmiotów,- położenie jednych przedmiotów względem innych

Akomodacja oka oraz korekcja Jej wadliwego przebiegu za pomocą szkieł A - akomodacja prawidłowa — Światło skupione na siatkówce, B – krótkowzroczność — Światło skupione przed siatkówką, C — korekcja krótkowzroczności przez soczewkę rozchylającą, D — Dalekowzroczność, Światło skupione za siatkówką, E — korekcja dalekowzroczności przez soczewkę skupiającą

A

B

C

D

E

Zadania tęczówki. Dostosowanie oka do różnych poziomów jasności. Źrenicy oka zmniejsza się przy wzroście natężenia oświetlenia i rozszerza się przy zmniejszeniu natężenia oświetlenia. Ilość światła jest regulowana przez tęczówkę. Tęczówka nie jest w stanie w pełni zapewnić adaptacji oka dla warunków oświetlenia. Zadanie to realizują nerwowe i chemiczne Mechanizmy adaptacji, a tęczówka zabezpiecza siatkówkę przed nagłymi zmianami oświetlenia. Dzieje się tak, gdy średnica źrenicy zmienia się od 2 do 7 mm, co przy stałym natężeniu światła w otoczeniu daje zmianę natężenia światła na siatkówce w stosunku 1:12. schemat blokowy układu regulacji źrenicy przedstawiono na rysunku 4.8.Odruchy śledzące i fiksacyjne. Gdy człowiek chce widzieć pewien przedmiot dokładnie, to obraca oko tak, aby ten przedmiot był rzutowany na żółtą Plamke. Do tego celu służą odruchy śledzące i fiksacyjne

Optyczna stałość wielkości u człowieka. Zauważalną stałością odznaczają się przy postrzeganiu takie właściwości jak: rozmiary, położenie, jasność, krztałt widzialnego przedmiotu, mimo zmiany wartości odpowiedniego . Można przy tym traktować zniekształcenie informacji przyjętej układ postrzegania względem początkowej informacji zawartej bodzcu, jako mechanizm korekcyjny centralnego systemu nerwowego, do zapewnienia pełniejszego biologicznie obrazu świata zewnętrz-obserwującemu człowiekowi. Chodzi tu o redukcję tej informacji, mogłaby okazać się zbyteczna albo zagmatwana. Wyjaśnić to zjawis ko można przy omawianiu działania wzroku. Zjawisko optycznej stałości jest związane z akomodacją i konwergencją oka. Na rysunku 4.1S przed stawiono schemat systemu zapewniającego stałość wielkości percepcji wzrokowej u człowieka.

Podstawy budowy i działania bodźców receptorów słuchowych

Środowisko Świetlne

światło jako zjawisko fizyczneŚwiatło jest widzialnym promieniowaniem elektromagnetyczn O długości fali 380-780 nm (1 nm = 10-9 m). Barwom widma świeti go odpowiadają następujące długości fali:380-440 nm - fioletowej,440—495 nm — niebieskiej,495—580 nm — zielonej,580-620 nm - żółtej,620—640 nm — pomarańczowej,640—760 nm — czerwonej.

Proces widzenia w ujęciu psychotechnicznymGałkę oczną wyściela od wewnętrznej tylnej strony błona o skomplikowanej budowie, złożona z komórek nerwowych, zwana siatką retina. Oko, jako aparat optyczny, wytwarza na siatkówce obraz, który jest odtwarzany fizjologicznie w centralnym układzie nerwów (w korze mózgowej). Komórki siatkówki odbierające bodziec świetlne (fotoreceptory) mają postać czopków i pręcików (rys. 6.1). Pręciki, których jest znacznie więcej (ok. 130 milionów), są rozmieszczone głów w części obwodowej siatkówki i umożliwiają widzenie przedmiotów przy oświetleniu słabym, np. zmierzchowym. Największa ich wrażliwość na światło monochromatyczne przypada w paśmie o długości fali złożonej do 500 nm, tj. na pograniczu barwy zielonej i niebieskiej.

Z punktu widzenia ergonomicznego ważne są następujące właściwości narządu wzroku:zdolność rozdzielcza albo ostrość widzenia; minimalna wielkość kąta widzenia wynosi ok. 1' (1 minuty kątowej), co pozostaje w związku z wymiarami komórek fotoreceptorów; w praktyce oznacza to, że oko nie rozróżnia z odległości ok. 30 cm dwóch punktów oddalonych od siebie mniej niż 0,05 mm;zdolność widzenia stereoskopowego; jest ona uwarunkowana po sługiwaniem się obu oczami w procesie widzenia; fuzja (łączenie się obrazów z siatkówek dwojga oczu dokonuje się w korze mózgowej;zdolność akomodacji; polega ona na zmianie krzywizny soczew w celu zyskania na siatkówce ostrego obrazu przy zmianie odległości oka obserwowanego przedmiotu; zdolność akomodacji słabnie z wiekiem; w wieku 60 lat jest przeciętnie ok. 10-krotnie słabsza niż w wieku

lat 20

adaptacja, czyli zdolność przystosowania się do zmian oświetle nia: polega ona na zmianie wielkości źrenicy, tj. otworu, przez który promienie świetlne wpadają do oka (źrenica jest, jak wiadomo, tym mniejsza im większe jest natężenie światła w otoczeniu) oraz na przejściu od widzenia w większym stopniu „czopkowego" (fotopowego) do widzenia w większym stopniu „pręcikowego" (skotopowego) w warun kach słabego oświetlenia; adaptacja przy przejściu z jasnego światła do ciemności trwa ok, 10 min, przy czym poprawa widzenia w ciemno:: nie kończy się po tym czasie, ale trwa jeszcze do ok. 1 godziny (czas całkowitej adaptacji); adaptacja z ciemności do światła trwa krócej; naj intensywniejsza — 2—3 min, całkowita — ok. 10 min.

Zdolność widzenia u stosunkowo znacznej liczby ludzi odbiega o umownej normalnej. W szczególności następujące wady wzroku mają największe znaczenie ergonomiczne:

Światło dzienne (naturalne) i jego wykorzystanieNatężenie światła dziennego waha się bardzo znacznie, zależnie od pory roku i pogody. Natężenie światła słonecznego w naszych szero kościach geograficznych dochodzi do 80 000 luksów [202], przy czym przeciętne wartości są znacznie niższe od ok. 5000 lx w miesiącach dnia najkrótszego do ok. 30 000 lx w miesiącach dnia najdłuższego.Jako podstawę obliczeń oświetlenia pomieszczeń przyjmuje się nis ką wartość natężenia oświetlenia zewnętrznego, zwykle ok. 5000 lx. a więc poziom grudniowy. Natężenie światła naturalnego wewnątrz po mieszczeń podaje się (niezależnie od pory roku) w procentach tej war tości. W dobrze oświetlonych za pomocą dachowych okien (świetlików; halach fabrycznych i warsztatowych waha się ono od 10% do 20°/o „po ziomu grudniowego", zaś w pomieszczeniach z bocznymi oknami wyno si 10% i mniej.Stosuje się także wskaźnik wyrażający w procentach stosunek po wierzchni okien do podłogi, z odpowiednimi poprawkami w zależność.od zacienienia okien przez sąsiednie budynki [251]. Dziś jednak wskaźnik ten stosuje się coraz rzadziej.

Sztuczne oświetlenie pomieszczeń zamkniętych

Właściwości źródeł światła sztucznego

Postąp w technice oświetleniowej jest w ostatnich latach bardzoznaczny, stąd duża różnorodność źródeł światła sztucznego. Następujące właściwości tych źródeł mają znaczenie dla ich zastosowania i porównań.

1. Sprawność świetlna. Wyraża ona stosunek strumienia świetlne go wytworzonego przez źródło światła do mocy przez nie pobieranej

]/[ WlmPs

Charakterystyki zmysłu wzrokuStrefy widzenia

Jednym z najważniejszych receptorów jest zmysł wzroku, gdyż dzięki mu człowiek odbiera 95% dochodzących do niego informacji. Zmysł ku składa się z podsystemów, elementów zewnętrznych, podsystemu czujników (receptorów właściwych) odbierającego bodźce świetlne, mu przesyłająco-przctwarzającego oraz podsystemu sterowania wewnętrznego, dokładnie opisanego w rozdziale 4. Możliwości działania wzroku określa wiele parametrów.

Pole widzenia Każde oko ma określone pole widzenia. Pole widzenia jest ograniczone

przez nos, brwi i policzek. W razie widzenia obuocznego, przy usta osi optycznych na jeden punkt, pewna część sumarycznego pola tworzy obszar wyraźnego widzenia. Obszar ten ma kształt stożka, wierzchołek znajduje się w największej odległości od oka w linii odległość ta wynosi przeciętnie 5600 mm, a maksymalnie 7600 Kształt pola widzenia dla jednego oka i obu oczu jednocześnie i

Właściwości wzroku a warunki oświetlenia

Podstawowymi właściwościami narządu wzroku, na które wpływają warunki oświetlenia, są: ostrość wzroku, stopień adaptacji, szybkość r niania, wrażliwość kontrastowa i stałość wyraźnego widzenia.Ostrość widzenia (wzroku). Ostrość wzroku zmienia się zależnie od

- kontrastu luminancji różnych części przedmiotu,- stosunku luminancji przedmiotu i jego tła (otoczenia), - oświetlenia i czasu ekspozycji (oglądania) przedmiotu.

Wpływ drgań (wibracji) na ostrość wzroku

Drgania przenoszone od obiektu technicznego na człowieka powodują ruch względny gałek ocznych, co z kolei powoduje przesuwanie się na siatkówce obrazów obserwowanych przedmiotów, przyczyniając się do zmęczenia wzroku i zmniejszenia obuoczności widzenia. Wykazano, że wi bracja może spowodować pogorszenie ostrości wzroku do 25% [601.Wpływ wibracji na ostrość widzenia zależy od ich częstotliwości (najwięk szy dla drgań 25-J-40 Hz i 60-7-90 Hz) oraz amplitudy [GOJ. Częstotliwość drgań własnych gałki ocznej określa przedział częstotliwości wibracji.Wpływ wieku człowieka na jogo narząd wzrokuWraz z wiekiem ulegają zmianie wartości parametrów określających dzia łanie i możliwości narządów wzroku. Często zmiany te są tak znaczne, że wymagają specjalnego rozpatrzenia. Do ważniejszych parametrów wzroku, zmieniających się w zależności od wieku, należy zaliczyć:Ilość światła docierająca do siatkówki (tablica 5-4).Szybkość adaptacji oka. Czas adaptacji oka do ciemności zmienia się wraz z wiekiem człowieka i wynosi [33]:w wieku 30 lat — 10 min,w wieku 50 lat — 15 min.

Wielkość pola widzenia.Odróżnia się pole widzenia sensoryczne i percepcyjne. Sensoryczne pole

widzenia jest to obszar, w którym bodźceświetlne docierają do elementów światłoczułych i powodują pobudze nie psychofizyczne narządu wzroku. Percepcyjne pole widzenia jestto obszar, w którym bodźce świetlne są należycie ocenione i przetworzone przez ośrodkową część analizatora. W dynamice zmian pola sensorycznego wyróżnia się dwa etapy: pierwszy to (5-M4 lat) — wzrostpola, drugi (15-5-69 lat) - stabilność pola. Ze względu na dynamikęzmian pola percepcyjnego wyróżnia się trzy etapy: pierwszy (do 14 lat)— wzrost pola, drugi (15-5-59 lat) - stabilizacja pola, trzeci (od 60 lat) -występowanie objawów inwolucyjnych charakteryzujących się zanikaniem pola./