Участник:Миг/Острота зрения

Острота зрения — способность глаза различать мелкие детали предмета с определённого расстояния. Зрение у разных видов животных очень различается по остроте, цветовосприятию и другим параметрам. Острота зрения меняется при изменении освещённости. У людей острота зрения меняется с возрастом, и она может быть разной для каждого глаза, вследствие наследственных особенностей или приобретённых дефектов (близорукость, дальнозоркость, астигматизм, катаракта и др. отклонения от нормы).

При одинаковой форме глазного яблока и хрусталика, одинаковой преломляющей силе зрительной системы (глаза) предельная острота зрения обусловлена различием в расстоянии между рецепторами сетчатки (палочками и колбочками).

Таблицы для проверки остроты зрения

Традиционная таблица Снеллена. (Это лишь иллюстрация, её нельзя использовать для проверки зрения из-за нестандартного размера и яркости).

История

Для проверки зрения (визиометрии) применяют специальные таблицы, которые рассматривают с определённого расстояния при стандартизованном освещении:

• Для взрослых людей используются таблицы Сивцева (буквенная) и Головина (с кольцами Ландольта),
• Для детей — таблица Орловой (с картинками — символами и силуэтами).
• Первой из разработанных таблиц была таблица Снеллена, названная в честь создателя — нидерландского офтальмолога Германа Снеллена (предложена в 1862 г.).

Предъявление таблиц производится в аппарате Рота (осветитель, названный по имени берлинского врача — создателя системы равномерного освещения при визиометрии).

Современные требования к визиометриии

• В 1994 г. Международной организацией по стандартизации (ISO) были утверждены стандарты ISO 8596 «Оптика и оптические приборы. Проверка остроты зрения. Стандартный оптотип и его предъявление», ISO 8597 «Оптика и оптические приборы. Проверка остроты зрения. Метод корреляции оптотипов», которыми следует руководствоваться. В соответствии с этими стандартами были разработаны таблицы РОРБА (названы по первым буквам имен авторов, Ю.З. Розенблюма, И.Г. Овечкина, В.А. Рослякова, М.И. Бершанского, Л.И. Айзенштата). Буквы, использованные в них, подобраны так, что допускают интерпретацию в русском и в латинском алфавите.

Таблицу, пригодную для предварительной проверки остроты зрения с помощью компьютерного монитора, можно найти на сайте СиСиБол, однако результаты могут несколько отличаться от результатов, определённых в стандартизованных условиях офтальмологического кабинета, так как фоновая засветка глаза нестандартна, и к тому же яркость изображения таблицы определяется индивидуальными настройками вашего монитора.

Единицы измерения остроты зрения

Острота зрения определяется по формуле Снеллена:

V = d/D,

где V (Visus) - острота зрения, d - расстояние, с которого знаки данного ряда таблицы видит испытуемый, D - расстояние, с которого видит глаз с нормальной остротой зрения.

Принято, что человеческий глаз с остротой зрения, равной единице — v = 1,0), различает две точки, угловое расстояние между которыми равно одной угловой минуте или 1″ = 1/60° на расстоянии, например, 5 м. Откуда острота зрения v , прямо пропорциональна расстоянию просмотра.

При расстоянии просмотра R = 5 м, то глаз с остротой зрения v = 1,0 различит две точки, расстояние между которыми х = 2×5*tg(α/2) = 0,00145 м = 1,45 мм. Это основной критерий определения толщина штриха, расстояние между соседними штрихами в буквах на таблице и размеры самих букв (см. рис.1, где: высота буквы Б = 5×1,45 = 7,25 мм).

При остроте зрения плохой, соседние штрихи не различаются, поэтому области чёрного цвета могут поменяться с белыми. Так, в букве Ш человек увидит вместо 3-х штрихов - 2, то есть увидит перевёрнутую букву П.

Буквы в таблице сделаны квадратными специально для того, чтобы её сложнее было опознать по размытому силуэту. Это сделано для проведения тестирования остроты с большей чистотой оценки остроты зрения.,

В качестве стандартизованного ряда значений остроты зрения приняты десятичная таблица, предложенная в 1875 г. Монуайе (Monoyer). Эта таблица состоит из 10 рядов букв, верхний из них виден нормальным глазом под углом 5 минут на расстоянии 50 м, нижний – под тем же углом на расстоянии 5 м. Размеры знаков меняются через каждые 0,1 остроты зрения – от 0,1 до 1,0; каждый ряд виден под углом 5 минут на разных расстояниях. Впоследствии таблица была расширена, и включает значения измеряемой остроты зрения от 0,05 до 2,0. Максимальная острота зрения (2,0) соответствует углу наблюдения разрыва и ширины кольца Ландольта, равному 0,5 дуговой минуты.

Разрешающая способность зрительной системы

Например, из условия наличия 6 млн колбочек в жёлтом пятне (у человека), на площади 6 мм², которые воспринимают цвет, можно на базе известных данных показать, что одна колбочка не в состоянии выдать нужную информацию о цвете, попавшем на сетчатку от предметной точки. Известно, что разрешающая погрешность нормального глаза при чтении с расстояния 250 мм находится в пределах 0,072-0,200 мм и в зависимости от освещённости и индивидуума, примем среднестатистическую величину оценок разрешающей способности оптических приборов, среднестатистических групп взрослых людей, проходящих тестирование (водителей транспортных средств, военнослужащих и т. д.) с показателем 0,0896 мм (при остроте зрения 0,8).

Количество фоторецепторов в зоне наилучшего видения (Жёлтое пятно) в центре сетчатки ~6 млн, они расположены на площади ~ 5,6-6 мм². Таким образом оптическое изображение содержит 1000000 (1 МП) разных цветовых точек; расстояние между одноименными точками (фоторецепторами — «пикселами») очень мало (плотная упаковка колбочек в желтом пятне, которые могут разделяться палочками с размерами цилиндрической мембраны в 1 мкм). Днём зрительное восприятие осуществляется в результате фокусировки элементов изображения (точек) на «блоки мозаики рецепторов», состоящие из колбочек, в виде кружков нерезкости (сторона квадрата-«ячейки» размером 7 мкм), которые глаз чётко видит. Это является основным принципом построения таблиц тестирования остроты зрения.

Рассмотрим два варианта:

• 1) Для людей с остротой зрения = 1.0 расстояние между двумя точками (штрихами) = 0,0725 мм. А это значит, что на сетчатку (фокальной поверхности) точки сфокусируются в виде кружка нерезкости, накрывая блоки, вмещающих три колбочки диаметром мембраны 3мкм (примем для остроты зрения 1,0 мембрану = 3 мкм). Диаметр кружка нерезкости равен примерно = 7мкм (расчёт из принципа построения таблиц с буквами, или кружками или квадратами с просветами для проверки остроты зрения с расстояния 5 м и из условия, когда при остроте зрения 1,0, просвет = 1,45 мм), который пропорционален отношению рабочих отрезков оптической системы глаза и величинам: разрешающей способности = 0.0725 мм и D —кружку нерезкости.

Рис.2;Схема фокусирования и восприятия предметной точки с остротой зрения 1,0

При этом из условия разрешающей способности глаза (остроты зрения) резкое восприятие возможно при остроте зрения 1,0, когда расстояние между двумя точками с просветом между ними равно 0,0725 мм. Откуда, каждую точку следует принять как площадь круга или квадрата со стороной 0,0725 мм. А это значит, что в границах каждой предметной «точки» — квадрата со стороной 0,0725 мм расположено бесконечное множество монолучей сочетаний RGB, которые накрывают блок RGB мембраны колбочки размером ≈7мкм и которые трансдукцируются в один выходной сигнал, идущий через жировую капельку в головной мозг. Каждая предметная точка в границах, например, квадрата со стороной 0,0725 мкм при резком видении воспринимается блоком RGB с просветом между любыми точками также 0,0725 мкм. И при визуальном зрении любого изображения, скажем, две соседние предметные точки с просветом воспринимаются мин. двумя блоками RGB, то есть шестью колбочками. Как видим налицо происходит процесс оппонентного восприятия изображения при цветном зрении. Одна колбочка, и блок трёх одинаковых колбочек не в состоянии оппонентно оценить палитру цветов RGB. [Замечание необходимое.]

Так как просвет, кружок нерезкости имеют размеры в среднем 0,0725 мм на расстоянии 250мм (см. рис.1,2 откуда получены расчёты диаметра кружка нерезкости C="X"=0,0725 мм из условия рассмотрения с расстояния 0,25м). А это значит, что на сетчатке (фокальной поверхности) они займут линейно размер, пропорциональный отношению рабочих отрезков оптической системы глаза и величин: для разрешающей способности = 0.0725 мм и D —кружка нерезкости.

То есть:

D = (bxc):a или D = (24x72,5):250 = 6,96 мкм;

Где:

D — диаметр кружка нерезкости в мкм;

a — расстояние от рассматриваемого объекта до оптического центра хрусталика =250 мм;

b — фокусное расстояние хрусталика глаза = 24 мм;

c — принятое разрешение глаза с остротой зрения 1,0 = 0,0725 мм.

• 2) Для людей с остротой зрения = 0,8, диаметром мембраны 4мкм расстояние между двумя точками (штрихами) = 0,0896 мм. А это значит, что на сетчатке (фокальной поверхности) точки сфокусируются в виде кружков нерезкости, вмещающих три колбочки диаметром мембраны 4мкм (меньшая острота зрения предполагает увеличенную мембрану) с диаметром кружка нерезкости примерно = 8,6мкм (принцип построения таблиц с букавми, или кружками с просветами для проверки остромы зрения с расстояния 5 м, из условия, когда при остроте зрения 1,0, просвет = 1,45мм) будет равен размеру, пропорционального отношению рабочих отрезков оптической системы глаза и величинам: для разрешающей способности = 0.0896 мм и D —кружку нерезкости.

То есть:

D = (bxc):a или D = (24x89,6):250 = 8,6 мкм;

Где:

D — диаметр кружка нерезкости в мкм;

a — расстояние от рассматриваемого объекта до оптического центра хрусталика =250 мм;

b — фокусное расстояние хрусталика глаза = 24 мм;

c — принятое разрешение глаза с остротой зрения 0,8, равное =0,0896 мм.

Откуда:

• 1) вариант: размеры сфокусированных предметных «точек» (кружков нерезкости) порядка 7 мкм свободно вмещают грубо минимум по 3 колбочки с диаметром мембраны = 3мкм в 1 блоке. В любом случае тремя колбочками в каждом блоке (S,M,L) с цветами синеватым, зеленоватым и красноватым оттенками зрительная система в режиме оппонентного отбора получаем чёткую информацию предметной точки в системе RGB — цветовую, яркостную с высокой глубиной цвета, что одна колбочка это не в состоянии сделать.
• 2) вариант: размеры сфокусированных предметных «точек» (кружков нерезкости) порядка 8,6 мкм вмещают по 3 колбочки с диаметром мембраны = 4мкм в одном блоке. Также в любом случае тремя колбочками (S,M,L) с цветами синеватым, зеленоватым и красноватым оттенками зрительная система в режиме оппонентного отбора имеется возможность получить чёткую информацию предметных точек в системе RGB — цветовую, яркостную с высокой глубиной цвета, что также одна колбочка это не в состоянии сделать. (Варианты выбраны для людей с нормальным зрением, но отличающтеся остротой зрения 1,0 и 0,8).

И согласно двум вариантам имеем:

• предметные точки 72,5мкм с кружками нерезкости 6,96мкм
• предметные точки 89,6мкм с кружками нерезкости 8,60мкм проецируются на фокальную поверхность колбочек в зоне мембран (конусов) произволно, накрывая блоки с размерами 6,9мкм или 8,6мкми так, что предметная точка изображения фокусируется на фокальную поверхность сетчатки в виде кружков нерезкости, накрыая блоки RGB, состоящими, например, из трёх колбочек, имеющих толщину (или высоту) мембран около 50мкм. При этом не обязательно, чтобы фокусировка совпадала с центрами кружкв нерезкости. Учитывая плотную упаковку блоков c колбочками RGB в жёлтом пятне (на площади 6мм² находится порядка 6:3=2 млн блоков. Откуда из 2 млн блоков работают 1,5 млн. Диспергированные монолучи предметной точкм с диаметром кружка нерезкости примерно 7мкм или 8,6мкм накрывают колбочки мин. одного блока (диаметр мембраны колбочек примерно =3-4мкм). Фотосенсоры современных профессиональных фотокамер состоят из пикселей с размерами 5-9мкм. Один и тот же порядок и однослойные фотосенсоры типа CMOS состоят из постоянныой мозаики ячеек (блоков) RGB (и здесь нам природа помогла в изобретении аналога сетчатке — фотосенсора), что обеспечивает получение цветных оптических изображений, у которых визуально не возможно различить зерно с расстояния 250 мм с остротой нормального зрения, скажем 0,8 (для предметной точки размером 0,0725 мм, при зрительной системе с остротой зрения 1,0 при размере кружка нерезкости = 7мкм, глаз может обнаружить зерно).

Выводы

В итоге, при остроте зрения 1,0, из условия данных морфологии глаза:

D = (bxc):a или D = (24x72,5):250 = 6,96 мкм;

Где:

D — диаметр кружка нерезкости в мкм;

a — расстояние от рассматриваемого объекта до оптического центра хрусталика =250 мм;

b — фокусное расстояние хрусталика глаза = 24 мм;

c — принятое разрешение глаза с остротой зрения 1,0 = 0,0725 мм.

получаем величину разрешающей способности зрительной системы = 6,96 мкм. То есть получаем кружок нерзкости ведичиной = 6,96 мкм, который гарантированно накрывает блок из трёх колбочек с размерами 3 мкм (размер одной предметной точки, которые глаз с остротой 1,0 чётко видит с таким же размером или меньшим, величины 6,96 мкм). При этом именно трёх колбочек с размерами мембраны 3мкм, воспринимающих цвета RGB, которые могут находится в смежных блоках (см. Участник:Миг/Трёхкомпонентная теория цветного зрения).

Учитывая, что величина рассматриваемой предметной точки с остротой зрения 1,0 = 0,0725 мм, накрывая площади сетчатки с блоками размерами 6,96мкм, излучает поток монохроматических лучей, например, RGB, которые из общей массы отбираются дифференцированно тремя фоторецепторами, чувствительными к своим цветам. Блоки, расположнные рядом, оппонентно отбирают более сильный центральный цветовой сигнал из окружения расположенных колбочек с подавленными менее слабыми противоположными цветовыми сигналами с помощью трёх антогонистических механизмов:

• зелёно-красного
• желто-синего
• чёрно-белого (яркостного),

что даёт возможность это делать при помощи 6 млн колбочек и отобрать и сформировать 1-1,5 млн готовых цветовых отобранных сильных сигналов, посылаемых в мозг в зрительные отделы двух полушарий. (см. Оппонентная теория цветного зрения).

См. также

• Участник:Миг/Зрение
• Участник:Миг/Трёхкомпонентная теория цветного зрения