Зрение
См. также: Зрение (версия Миг), Зрение (версия DmitriyRDS)
Зрение — один из специфических видов ощущения, выражающийся в способности живых существ воспринимать световое излучение, испускаемое источниками света, или отражённое материальными объектами, в виде определённых образов.
- Зрением также называют робото-машиннную, программную реализацию восприятия информации о пространственной структуре объектов, адаптированной по форме или функции к человеческому зрению (машинное зрение). Например, существуют системы ультразвукового «зрения» для слепых; в этом случае в качестве аналога зрительного восприятия используется ультразвуковое (как у летучих мышей) зондирование пространства, с преобразованием отражённого сигнала в звуковую тонально-кодированную форму.
Зрение в животном миреПравить
Зрением обладают многие биологические классы. Филогенетически это относительно позднее сенсорное чувство, особенно по сравнению с тактильным восприятием, или с различными видами хеморецепции - обонянием и вкусом.
Однако для многих биологических видов зрение стало одним из основных каналов информации об окружающем мире.
Эволюционно ранними проявлениями зрительного восприятия можно считать фототаксис у некоторых галобактерий, когда разные диапазоны падающего на бактерии излучения приводят к двум различным реакциям: либо к фотоаттракции, либо к избеганию.
В зрительной системе млекопитающих сигналы, поступающие от сетчатки глаз, обрабатываются несколькими отделами мозга. Мозговые центры также управляют движениями глаз, регулируют состояние зрачков и кривизну линз-хрусталиков. Зрение многих организмов позволяет оценить цвет, яркость, форму и объем (стереоскопия).
Разновидности органов зренияПравить
Зрение животных позволяет им воспринимать окружающий мир. Глаза, как орган зрения, могут быть устроены по-разному. Эволюция привела к формированию двух типов глаз:
- 1 — глаза человека и высших животных, у которых сформировались сложные биологические оптические системы. У этих животных два глаза, работающих согласованно (отсюда и появился термин бинокулярное зрение). У ряда животных развилось стереоскопическое зрение.
- 2 — Фасеточные глаза характерны для насекомых (стрекоза, пчела, муха) и некоторых других существ.
Некоторые из животных имеют более одной пары глаз (пауки, осьминоги)
ГлазаПравить
Глаза живых существ, выполняя одинаковую функцию зрения, иногда очень различаются по строению. Глаз — сложнейщая биологическая оптичекая система, подобно которой устроена и работает искусственная оптическая система фотоаппарата. Аналгично хрусталику глаза, фотокамера имеет линзу — объектив, проецирующей изображение на плёнку (в глазу — на сетчатку). Древние египтяне считали, что из глаза исходят специальные лучи, «осматривающие предмет», хотя источники света могут быть только внешние — например, пламя костра, свеча, прожектор. Любой объект — изображение на бумаге, солнечный зайчик от зеркала, любой предмет в природе, если он не нагрет до высокой температуры, мы видим в отраженном свете. То есть как зеркало отражает лучи света, так и все предметы отражают лучи света. Лучи света, попавшие в глаз, создают изображение на сетчатке, а мозг постоянно анализирует и исправляет в сознании полученный образ.
Зрение с двумья глаза́ми называется бинокулярным. Оно дает возможность воспринимать предметы объемно (пространственно) — ориентироваться на местности, координировать свои действия, например, при ходьбе, прыжках; управлять движением своим телом, полноценно учавствовать во всех сферах деятельности — работе, учебе, спорте и т. д.
В отличие от многих животных, зрение человека ограничено пространствам с угом конуса около 46°. Для большего обзора человек рефлекторно включает механизм управленияь глазными яблоками, или поворачивать голову.
Фасеточные глазаПравить
В живой природе кроме системы зрения в виде глаз, существует мир безпозвоночных обитателей — насекомых, наделенных зрением, принципиально отличающимся от бинокулярного глазного зрения. Оно называется —Фасеточное зрение.
Фасеточные глаза насекомых неподвижны. Они расположены по бокам головы и могут занимать почти всю её поверхность (например, у стрекоз, мух, пчёл). Фасеточные глаза расположены на капсуле головы в глубоких каналах кутикулах, называемыми глазными капсулами. Поверхность, близкая по форме к полусфере из кутикулы, охватывает глаз извне и удерживает его на головной капсуле. У ракообразных иногда кутикулы сидят на подвижных выростах. Наиболее изучены фасеточные глаза взрослых насекомых и их личинок с неполным превращением, у которых они упакованы сотнями и даже тысячами омматидиев — образований в виде шестигранных трубочек.
Глаза различных видов насекомых состоят из различного числа омматидиев : у рабочего муравья — около 100, у комнатной мухи — около 4000, у рабочей пчелы — 5000, у бабочек — до 17 000, у стрекоз — до 30 000.
Благодаря устройству фасеточных глаз в виде двух полусфер с огромным количеством упакованных элементов зрения — омматидиев, образующих в целом сферу, практически насекомые не вращая головой видят пространство и все предметы со всех сторон. Они легко запоминают и находят нужные им координаты мест.
Что мы воспринимаем (ощущаем) при помощи зренияПравить
- Свет (даже в условиях сверхслабого освещения, ночное зрение)
- Цвет объектов (различение ЭМП в диапазоне 380-760 нм) при достаточной освещённости (дневное зрение).
- Трехмерное, объемное изображение окружающих предметов в пространстве. Изображение в системе трех координат возможно благодаря бинокулярному зрению и процессу аккомодации, у человека нормальное зрение осуществляется при помощи двух глаз, см. также 3D.
- Движение объектов. Зрительная система, помимо различения цвета, формы и расположения предметов, специализирована для выделения движущихся объектов на фоне неподвижных.
Механизмы регулировки светочувствительности глаза у человекаПравить
Реакция на свет зрительной системы различна (В) (см. рис.2). В условиях низких уровней освещения (вечернее и ночное время) ночное зрение зрение (скотопическое) осуществляется и регулируется работой фоторецепторов - палочек. Палочки максимально светочувствительны к длинам волны света вблизи 500 нм. При более ярком свете (днём), дневное зрение — цветовое. В этих условиях к работе подключаются Экстерорецепторы - колбочки. При этом максимум светочувствительности палочек смещается к длинам волн около 555 нм. В этих условиях освещённости состояние глаза обеспечивает мезопическое зрение, когда и палочки и колбочки обеспечивают выходные сигналы (передаваемые в виде потенциалов и токов, которые можно фиксировать).
Восприятие «белого» цвета обычно происходит благодаря воздействию полного дневного спектра видимого света. Искусственно можно воспроизвести ощущение "белого света" путём дозированного воздействия на глаз нескольких длин волн (например красного, зеленого, и синего в определённых пропорциях), или даже смешением только пары дополнительных цветов, типа синего и желтого.[1]
Фокальная поверхность сетчатки, содержащая светочувствительные палочки, колбочки преобразуют фотоны (частицы света) в нервные импульсы, поступающие в мозг, причем импульсы из правого глаза идут в левое полушарие мозга, и наоборот (А), Палочки чувствительны к низким уровням освещения, Колбочки, начинают функционировать при сильном освещении. По мере затемнения активность колбочек падает и они перестают реагировать на свет. Реакция на свет также может быть различной (В) Колбочки (1) воспринимают желто-зеленую часть спектра, а палочки (2), хотя и обеспечивают черно-белое видение, воспринимают также и волны сине-зеленой части спектра Наибольшую точность зрения при ярком освещении дает небольшой участок, центральная ямка сетчатки, в которой имеются только колбочки.[2]
Механизмы корректировки цветовосприятия у человекаПравить
Световая чувствительность оценивается величиной порога светового раздражителя.
Человек с хорошим зрением способен разглядеть ночью свет от свечи на расстоянии нескольких километров. Однако световая чувствительность зрения многих ночных животных (совы, грызуны) гораздо выше.
Максимальная световая чувствительность палочек глаза достигается после достаточно длительной темновой адаптации. Её определяют под действием светового потока в телесном угле 50° при длине волны 500 нм (максимум чувствительности глаза). В этих условиях пороговая энергия света около 109 эрг/с, что эквивалентно нескольким квантам.
Чувствительность глаза зависит от полноты адаптации, от интенсивности источника света, длины волны и угловых размеров источника, а также от времени действия раздражителя. Чувствительность глаза понижается с возрастом из-за ухудшения оптических свойств склеры и зрачка, а также рецепторного звена восприятия.
Зрение в условиях недостаточного освещенияПравить
Наиболее важным является зрение в условиях слабого освещения. Это связано с восприятием человеческим глазом освещенности объектов с низким уровнем освещения — в сине-фиолетовой области спектра.[3],[4] Особенности сумеречного зрения показывает эффект Пуркинье, возникающий в процессе снижения уровня внешнего освещения.
Чувствительность фоторецепторов в период достаточного дневного освещения (scotopic зрение) изменяется с изменением длины волны, хотя восприятие в зоне слабого освещения является преимущественно черно-белым. Изменения в процессе эффекта Пуркинье приводят к изменению поглотительного максимума родопсинa, в зоне приблизительно в 500 нм. В этой же зоне (opsins) фотосенсоры с более длинной длиной волны и средней длиной волны — сенсоры цветного зрения (колбочки), активизируются к восприятию волн 555нм, но без восприятия цвета. [5]Это используется при применении красного света при освещении в условиях соблюдения скрытности, когда необходимо различать объекты, не привлекая постороннего внимания и оставаясь не замеченным. Например на подводных лодках — субмаринах, где нужно вести работу (в перископах и др.), в ночное время на авианосцах в открытом море.
Для того чтобы корректно ощущать цвет, необходимо в спектре освещения наличие всех составляющих: от фиолетовой до красной. В дневном свете все эти составляющие есть. При ночном освещении — только слабые отражённые лучи солнечного спектра: лучи солнца отраженные от луны, планет, звёзд, галактик, с максимумом в сине-зелёной области спектра. В итоге мы видим ночью объекты в основном серо-чёрного цвета с голубоватым оттенком.
Днём света достаточно, чувствительность может быть ниже; ночью света мало, чувствительность должна быть максимально достигаемой.
Зрение и пространствоПравить
В природе огромное число видов живых существ не может нормально развиваться и жить без органов зрения. Сложное устройство глаз животных и человека, в сочетании с высокоразвитым мозгом, обеспечивает адекватное восприятие окружающего мира.
Стереоскопическое зрениеПравить
Стереоскопическое зрение возникает благодаря бинокулярному расположению глаз (расстояние между центрами хрусталиков составляет 50 — 70 мм) и способности глаз к аккомодации, т. е. способности поворачиваться и одновременно смотреть на приближающийся или удаляющийся предмет, это заметно и можно самому проверить. Если предмет — тонкая палочка, расположена вертикально и перемещается, удаляясь или приближаясь в пределах 15 — 50 см в плоскости, перпендикулярной фронтальной поверхности лица посреди глаз, то мы увидим, что глаза автоматически поворачиваются при удалении или приближении палочки и постоянно видят предмет резким. Что происходит?
- Правый и левый глаза смотрят на палочку так, что изображение правой части палочки видит правый глаз, а левой части — левый глаз.
- В каждом глазу на сетчатке глаза проектируется изображение; изображение правой стороны палочки — в правом глазу, а левой стороны палочки — в левом глазу.
- Таким образом мы видим предмет с двух сторон одновременно, мозг из двух изображений строит единое объемное изображение. Его называют обычно стереоскопическим изображением (стереоизображение).
Но так как каждый глаз видит предмет в системе координат Х-У и две его проекции, видимые под углом, в мозгу формируют один объёмный, пространственный предмет, то сразу автоматически получаем стереоизображение из систем координат Х-У. При этом изображение в каждом глазу проектируется с передачей точек трёхмерного пространства, т. е. перспективно, а значит, создаваемое стереоизображение в коре головного мозга принимает вид трёхмерного измерения или в системе Х-У-Z, т. е. в системе 3D.
СтереоизображениеПравить
Стереовидение использует принцип раздельного зрения двумя глазами. Как правило все бинокли, стереоскопы используют базовый размер между окулярами около 56 мм, поэтому слайды и другие изображения получают на съёмочной аппаратурное с базовым расстоянием между объективами 56 мм. Обычно в стерефотоаппаратах установлено два объектива с указанной базой, съёмка ведётся одновременно двумя объективами на два слайда. Стереоэффект более выражен на расстояниях до объекта съёмки до 10 — 20 м. Чем ближе объект съёмки, тем стереоэффект выше. В простом стереоскопе мы видим каждое изображение, левое и правое, одновременно двумя глазами, но у нас создаётся в мозгу одно объёмное изображение; более хорошие стереоскопы полностью разделяют информационные каналы.
Движущиеся предметы, в телевидении, кино создают у нас иллюзию стереоскопии, несмотря на съёмку одним объективом, чем часто пользуются кинооператоры. Это связано с быстрой сменой кадров (до 30 к/сек); мозг запоминает вид объекта при перемещении, т. е. изображение объекта как бы с двух сторон, и в сознании создается объёмный образ. Но такая стереоскопия не совершенна. (См. иллюстрацию с качающимся столом).
В настоящее время уже разработаны экраны мониторов, в которых двойные стереоизображения показывают в режиме кино — и стереоэффект, стереовидение получаем без цветных или поляризационных очков. Пока это экспериментальные образцы, но будущее за ними.
Зрительные иллюзииПравить
Несмотря на весьма совершенную систему регулировки зрения, у человека в определённых условиях могут возникать ошибки зрительного восприятия, известные как «зрительные иллюзии».
См. такжеПравить
СсылкиПравить
- ↑ «Eye, human.» Encyclopædia Britannica 2006 Ultimate Reference Suite DVD, 2009.
- ↑ http://dic.academic.ru/dic.nsf/ntes/5391/%D0%A6%D0%92%D0%95%D0%A2%D0%9D%D0%9E%D0%95
- ↑ Frisby JP (1980). Seeing: Illusion, Brain and Mind. Oxford University Press : Oxford.
- ↑ Purkinje JE (1825). Neue Beiträge zur Kenntniss des Sehens in Subjectiver Hinsicht. Reimer : Berlin. pp. 109–110.
- ↑ "Eye, human." Encyclopædia Britannica 2006 Ultimate Reference Suite DVD