Məlumat

Niyə biz işıq olmadan rəngli obyektləri fərqləndirə bilirik?

Niyə biz işıq olmadan rəngli obyektləri fərqləndirə bilirik?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Çubuqlar qaranlıqda görməmizə kömək edir.

Biz işığı əks etdirən obyektin rəngini görə bilərik.

Ancaq qaranlıq bir otaqda (istənilən rəngdə olan otaq, lakin işıq sönür və gecədir), gözlərimizi bir müddət açsaq, yenə də rəngli obyektləri fərqləndirə bilərik. (çox aydın olmasa da)

İşıq olmadıqda rənglər necə görünür?

Beyin onların rəngini xatırlayarkən görürükmü?


Görünür, bizim necə gördüyümüz və bunun işığa necə aidiyyatı haqqında çoxlu yanlış təsəvvürlərə sahibsiniz. Onlara bir cümlə ilə müraciət edəcəyəm:

Niyə biz işıq olmadan rəngli obyektləri fərqləndirə bilirik?

Cavab: sualın müqəddiməsi səhvdir: biz deyil işığın iştirakı olmadan rəngləri fərqləndirə bilirik, çünki biz bunu bacarmırıq görmək işığın iştirakı olmadan. Görməyimizə imkan verən işıqdır. "Görmək" ətrafdan gələn işığı aşkar etmək və ondan ətraf mühitin necə olduğunu çıxarmaq üçün istifadə etmək hərəkətidir.

Çubuqlar qaranlıqda görməmizə kömək edir.

Sizcə çubuqlar qaranlıqda... işıqsız görməmizə kömək edir. Bu belə deyil: HƏM çubuqlar, həm də konuslar işığı udur və beləliklə, bizə görmə imkanı verir. Çubuqlar içəri baxmağa kömək edir zəif işıq çünki onlar konuslardan daha həssasdırlar (işığa!). Heç bir şey işıqsız görməmizə kömək edə bilməz.

Biz işığı əks etdirən obyektin rəngini görə bilərik.

Nə qədər işığı əks etdirməsindən asılıdır! Həmin cümlənin düzgün forması “Biz edə bilərik obyektə baxın işığı əks etdirdiyi zaman". (daha doğrusu "gözümüzdəki işıq reseptorlarını, yəni çubuqları və konusları işə salmaq üçün kifayət qədər işığı əks etdirdiyi zaman). Onun rəngini görə biləcəyimiz konusları işə salmaq üçün kifayət qədər işığı əks etdirib- əks etdirməməsindən asılıdır.

Ancaq qaranlıq bir otaqda (istənilən rəngdə olan otaq, lakin işıq sönür və gecədir), gözlərimizi bir müddət açsaq, yenə də rəngli obyektləri fərqləndirə bilərik. (çox aydın olmasa da)

Həqiqətən; Bunun səbəbi heç bir otağın tamamilə qaranlıq olmamasıdır. Hətta bizim süni işıqlandırılmış dünyamızda belə, hətta aysız buludlu bir gecədə belə ulduzlardan və Günəşdən (atmosferdə diffuziya yolu ilə) gələn bir neçə səhv foton ola bilər, atəşböcəkləri, sizdə nə var; süni işıqlandırılmış dünyamızda ədalətli olmaq üçün mən bunu yaşamamışam. Bildiyimə görə, yeraltı mağaralar kimi şeylərdə əsl zibil qaranlığı əldə edə bilərsiniz (əlbəttə ki, çıxışdan kifayət qədər uzaq olduqdan sonra).

Prinsipcə, bir şey görə bilirsinizsə, bir az işıq var. (yaxşı, optik korteks konfabulasiya materialınızdan qısa, ədalətlə bunu edəcək).

İşıq olmadıqda rənglər necə görünür?

Ümid edirəm ki, indi başa düşürsən, onlar deyil.

Beyin onların rəngini xatırlayarkən görürükmü?

Düşünürəm ki, bu, zəif işıqlı mühitlərdə rəng qəbul etməyimizin bir səbəbi ola bilər. Əminəm ki, bəziləri konusları bir az işə salmaq üçün kifayət qədər işıq var, amma beynimizin bizə dünyanı göstərmək qabiliyyətini qiymətləndirməzdim, çünki bildiyi kimi, bu saniyədə aldığı hər hansı məlumatdan fərqlidir. oxşayır deyir.

EDİN

Bəzi istinadlar:

Yalnız çubuqlardan istifadə etdiyimiz zəif işıqda şeyləri görmə vəziyyətinə "skotopik görmə" deyilir:
https://en.wikipedia.org/wiki/Scotopic_vision

"Qaranlıq" mühitlərin hələ də az miqdarda işıq ehtiva etməsinə dair bəzi mənbələr ("işıq miqdarı" üçün bir söz "işıqlandırma", Lux ilə ölçülür) :
http://www.engineeringtoolbox.com/light-level-rooms-d_708.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Aphotic_zone (bunun üçün @Johnny-ə təşəkkür edirəm)

İNŞALLAH SON REKLAM

Fikirləşəndə ​​mən skotopik görmə haqqında daha çox danışacağımı düşündüm, çünki bu suala çox uyğundur. Məlum oldu ki, "skotopik" görmə "fotopik" görmə ilə ziddiyyət təşkil edir (tam işıqlandırmada gördüyümüz görmə, çubuqlar doyduğu üçün konusların işi görür) və aralarında "mezopik" görmə deyilən ara diapazon var, Bu, ehtimal ki, qaranlıqda yaşadığımız görmə növüdür, lakin biz hələ də rəng görürük (bu edir beynimizin rənglərlə doldurulmasına məhəl qoymamaq, bu da bir amil ola bilər və bu halda skotopik görmə ilə də baş verə bilər - amma bu barədə heç bir mənbə tapmadım).

Mezopik görmə aşağı daxili işıqlandırmadan və ya küçə işıqlarından ulduz işığına kimi görünən işıqlandırma şəraitində istifadə olunur; skotopik görmə ondan daha tünd parlaqlıqlarla istifadə olunur. Bu səhifə hər şeydən bəhs edir və çox gözəl bir rəsm ehtiva edir, təəssüf ki, pdf olduğu üçün onu cavabda göstərə bilmirəm:

http://www.visual-3d.com/Education/LightingLessons/Documents/PhotopicScotopiclumens_4%20_2_.pdf


İnsan görmə və rəng qavrayışı

İnsanın stereo rəngli görmə qabiliyyəti yüzlərlə illik intensiv tədqiqatlara və modelləşdirməyə baxmayaraq, tam başa düşülməyən çox mürəkkəb bir prosesdir. Görmə neyronlar, reseptorlar və digər xüsusi hüceyrələr şəbəkəsi vasitəsilə iki gözün və beynin təxminən eyni vaxtda qarşılıqlı əlaqəsini əhatə edir. Bu hiss prosesinin ilk addımları gözlərdəki işıq reseptorlarının stimullaşdırılması, işıq qıcıqlarının və ya təsvirlərin siqnala çevrilməsi və görmə məlumatlarını ehtiva edən elektrik siqnallarının hər bir gözdən beyinə ötürülməsidir. optik sinirlər. Bu məlumat bir neçə mərhələdə işlənir və nəticədə əldə edilir vizual kortekslər beyinin.

İnsan gözü buynuz qişa, iris, göz bəbəyi, sulu və şüşəvari yumorlar, dəyişən fokuslu lens və tor qişa (Şəkil 1-də göstərildiyi kimi) daxil olmaqla müxtəlif optik komponentlərlə təchiz edilmişdir. Bu elementlər birlikdə hər bir göz üçün baxış sahəsinə düşən obyektlərin təsvirlərini yaratmaq üçün işləyir. Bir obyekt müşahidə edildikdə, ilk növbədə qabarıqdan fokuslanır buynuz qişa və obyektiv elementləri, səthində tərs bir şəkil meydana gətirir tor qişa, milyonlarla işığa həssas hüceyrəni ehtiva edən çox qatlı membran. Retinaya çatmaq üçün buynuz qişa tərəfindən fokuslanan işıq şüaları ardıcıl olaraq onu keçməlidir sulu yumor (ön kamerada), konus və çubuq hüceyrələrinin işığa həssas xarici seqmentlərinə çatmazdan əvvəl kristal lens, jelatinli vitreus gövdəsi və retinanın damar və neyron təbəqələri. Bu fotosensor hüceyrələr təsviri aşkarlayır və onu beyinə ötürmək üçün bir sıra elektrik siqnallarına çevirir.

Göz anatomiyasını təsvir etmək üçün istifadə olunan terminologiyanın geniş spektrinə görə bəzi yanlış təsəvvürlərə baxmayaraq, gözün ümumi refraktiv gücünün böyük hissəsinə cavabdeh olan linza deyil, buynuz qişadır. Şüşə kimi hamar və şəffaf, eyni zamanda plastik kimi çevik və davamlı olan göz almasının xarici divarının ön, güclü əyri, şəffaf hissəsi təsvir yaradan işıq şüalarının içəriyə keçməsinə şərait yaradır. Buynuz qişa həmçinin gözün içini mikroorqanizmlərdən, tozdan, liflərdən, kimyəvi maddələrdən və digər zərərli materiallardan qoruyan fiziki bir maneə təmin edərək gözü qoruyur. Kristal lensdən daha incə olsa da, buynuz qişa gözün qırılma gücünün təxminən 65 faizini təmin edir. İşığın əyilmə gücünün çoxu toxumanın periferik hissələrindən daha yuvarlaq və nazik olan buynuz qişanın mərkəzinə yaxın yerdə yerləşir.

İşığın gözə daxil olmasına nəzarət edən pəncərə kimi buynuz qişa (Şəkil 2) yaxşı görmə üçün vacibdir və həmçinin ultrabənövşəyi işıq filtri kimi fəaliyyət göstərir. Buynuz qişa günəş işığında mövcud olan ən zərərli ultrabənövşəyi dalğa uzunluqlarından bəzilərini çıxarır və bununla da yüksək həssas retinanı və kristal lensi zədələnmədən daha da qoruyur. Əgər buynuz qişa çox əyilmişsə, məsələn, yaxındangörmədə olduğu kimi, retinaya işığın qeyri-kamil sınması səbəbindən uzaq obyektlər bulanıq görüntülər kimi görünəcək. kimi tanınan vəziyyətdə astiqmatizm, buynuz qişadakı qüsurlar və ya nizamsızlıqlar qeyri-bərabər refraksiya ilə nəticələnir ki, bu da retinaya proqnozlaşdırılan təsvirlərin təhrif edilməsinə səbəb olur.

Bədənin əksər toxumalarından fərqli olaraq, buynuz qişada qidalanma və ya infeksiyadan qorunmaq üçün qan damarları yoxdur. Ən kiçik kapilyarlar belə dəqiq refraksiya prosesinə müdaxilə edərdi. Buynuz qişa qidasını göz yaşlarından və strukturun arxasındakı kameraları dolduran sulu yumordan alır. Buynuz qişanın xarici epitelial təbəqəsi minlərlə kiçik sinir ucları ilə doludur, bu isə buynuz qişanın sürtülərkən və ya cızıldıqda ağrıya son dərəcə həssas olmasına səbəb olur. Doku qalınlığının təxminən 10 faizini təşkil edən buynuz qişanın epitel təbəqəsi oksigen və qida maddələrinin udulması üçün hamar bir səth təmin edərkən gözə yad cisimlərin daxil olmasını maneə törədir. Buynuz qişanın mərkəzi təbəqəsi adlanır stroma, toxumanın təxminən 90 faizini təşkil edir və epiteli dəstəkləmək üçün güc, elastiklik və forma təmin edən su ilə doymuş lifli zülal şəbəkəsindən ibarətdir. Qidalandırıcı hüceyrələr stroma təbəqəsinin qalan hissəsini tamamlayır. Stroma suyu udmağa meylli olduğundan, endotel toxumasının əsas vəzifəsi stromadan artıq suyu pompalamaqdır. Bu nasos hərəkəti olmadan, stroma su ilə şişir, dumanlı olur və nəticədə buynuz qişanı qeyri-şəffaf edir, gözü kor edir.

Kristal linza və ya onun kapsulası tərəfindən şəffaflığın qismən və ya tam itirilməsi kimi tanınan ümumi vəziyyətlə nəticələnir. katarakta. Katarakt bütün dünyada korluğun əsas səbəbidir və ABŞ-da görmə qabiliyyətinin itirilməsinin mühüm səbəbidir. Yetkinlərdə kataraktın inkişafı normal yaşlanma, günəş işığına məruz qalma, siqaret çəkmə, pis qidalanma, göz travması, diabet və qlaukoma kimi sistem xəstəlikləri və bəzi dərman vasitələrinin, o cümlədən steroidlərin arzuolunmaz yan təsirləri ilə əlaqədardır. Erkən mərhələlərdə kataraktadan əziyyət çəkən bir şəxs dünyanı bulanıq və ya diqqətdən kənar kimi qəbul edir. Aydın görmənin qarşısı retinaya çatan işığın miqdarının azalması və görüntünün buludlanması (difraksiya və işığın səpilməsi yolu ilə) sanki insan ətraf mühiti duman və ya duman vasitəsilə müşahidə edir (bax Şəkil 3). Katarakt əməliyyatı zamanı qeyri-şəffaf lensin çıxarılması, sonradan plastik lenslə əvəz edilməsi (göz içi lens implantları), tez-tez yaxındangörmə və ya uzaqgörənlik kimi əlaqəli olmayan vəziyyətlər üçün düzəldilmiş görmə ilə nəticələnir.

Retinanın funksiyası müasir rəqəmsal kamera sistemlərində göstərildiyi kimi rəqəmsal görüntü sensorunun (məsələn, yüklə birləşdirilmiş cihaz (CCD)) analoqdan rəqəmə çevirici ilə birləşməsinə bənzəyir. Gözlərin şəkil çəkən reseptorları olaraq bilinir çubuqlarkonuslar, beyinə siqnalların ötürülməsini əlaqələndirən bir sıra ixtisaslaşmış hüceyrələr vasitəsilə optik sinir dəstəsinin lifləri ilə əlaqələndirilir. Hər bir gözə girməsinə icazə verilən işığın miqdarını idarə edir iris, aşağı işıq səviyyələrində geniş açılan və qorunmaq üçün bağlanan dairəvi diafraqma şagird (apertura) və retinanın çox yüksək işıqlandırma səviyyəsində.

İşıqlandırma dəyişdikcə, göz bəbəyinin diametri (kristal lensin qarşısında yerləşir) refleksiv şəkildə təxminən 2 ilə 8 millimetr ölçüsü arasında dəyişir və retinaya çatan işığın miqdarını modulyasiya edir. İşıqlandırma çox parlaq olduqda, göz bəbəyi daralır və refraksiya elementlərinin periferik hissələri optik yoldan çıxarılır. Nəticə odur ki, görüntü yaradan işıq şüaları ilə daha az aberrasiyaya rast gəlinir və tor qişadakı təsvir daha kəskin olur. Çox dar bir göz bəbəyi (təxminən 2 millimetr) retinaya nöqtə mənbəyinin görüntüsünü yayan difraksiya artefaktları yaradır.

Beyində, hər bir gözdən gələn optik sinirlərin sinir lifləri kəsişir optik xiazma Paralel yollarla hərəkət edən hər iki tor qişadan gələn vizual məlumat, bir qədər rəqəmsal video maqnitofonda vaxt bazası korreksiyası generatorunun funksiyası kimi əlaqələndirilir. Oradan, vizual məlumat vasitəsilə səyahət edir optik trakt diz formasına qədər lateral genikulyar nüvələr içində talamus, burada siqnallar vasitəsilə paylanır optik şüalanmalar ikisinə vizual kortekslər hər yarısının aşağı arxa hissəsində yerləşir beyin. Korteksin aşağı təbəqələrində hər bir gözdən gələn məlumatlar sütun şəklində saxlanılır okulyar dominant zolaqlar. Vizual siqnallar korteksin yuxarı təbəqələrinə ötürüldükcə, iki gözdən gələn məlumatlar birləşir və binokulyar görmə formalaşır. kimi anormal oftalmoloji şəraitdə foriyalar gözlərin (səhv düzülmələri), o cümlədən çəpgözlük (daha yaxşı çarpaz gözlər kimi tanınır), stereovision, fərdin istiqamətləri və dərinlik qavrayışı pozulur. Oftalmik cərrahiyyəyə zəmanət verilmədiyi hallarda, eynəklərə quraşdırılmış prizmatik linzalar bu anomaliyaların bəzilərini düzəldə bilər. Binokulyar birləşmənin kəsilməsinin səbəbləri baş və ya doğuş travması, sinir-əzələ xəstəliyi və ya anadangəlmə qüsurlar ola bilər.

The mərkəzi fovea retinanın mərkəzinə yaxın bir ərazidə yerləşir və birbaşa boyunca yerləşir optik ox hər gözdən. "Sarı ləkə" kimi də tanınan fovea kiçikdir (1 kvadrat millimetrdən az), lakin çox ixtisaslaşmışdır. Bu sahələr yalnız yüksək sıxlıqlı, sıx şəkildə yığılmış konus hüceyrələrini ehtiva edir (yetkin insanlarda hər kvadrat millimetrdə 200.000 konusdan çox, Şəkil 4-ə baxın). Mərkəzi fovea ən kəskin görmə sahəsidir və məkanın (məkan qətnaməsi), kontrastın və rəngin maksimum qətnaməsini yaradır. Hər bir göz çox nazik (diametri 3 mikrometr) və uzanan təxminən yeddi milyon konus hüceyrəsi ilə doludur. Çubuq hüceyrələrinin konus hüceyrələrinə nisbəti tədricən artdıqca konus hüceyrələrinin sıxlığı fovea xaricində azalır (Şəkil 4). Retinanın periferiyasında hər iki növ işıq reseptorunun ümumi sayı əhəmiyyətli dərəcədə azalır, bu da tor qişanın sərhədlərində görmə həssaslığının kəskin şəkildə itirilməsinə səbəb olur. Bu, insanların görmə sahəsindəki obyektləri daim skan etməsi (qeyri-ixtiyari sürətli göz hərəkətləri səbəbindən) ilə kompensasiya edilir və nəticədə eyni dərəcədə kəskin bir görüntü əldə edilir. Əslində, görüntünün retinaya nisbətən hərəkətinin qarşısı alındıqda (optik fiksasiya cihazı vasitəsilə) bir neçə saniyədən sonra göz artıq təsviri hiss etmir.

Retinanın xarici seqmentlərində hissiyyat reseptorlarının düzülüşü gözün müxtəlif nahiyələrində həlletmə həddini qismən müəyyən edir. Təsviri həll etmək üçün, daha az stimullaşdırılan fotoreseptorlar sırası yüksək dərəcədə stimullaşdırılan iki sıra fotoreseptorlar arasında yerləşdirilməlidir. Əks halda, stimullaşdırmanın bir-birinə yaxın olan iki təsvirdən, yoxsa iki reseptor cərgəsini əhatə edən tək təsvirdən qaynaqlandığını ayırd etmək mümkün deyil. Mərkəzi foveada konuslar üçün 1,5 və 2 mikrometr arasında dəyişən mərkəzdən mərkəzə məsafə ilə, təxminən 3-4 mikrometrlik bir ayrılığa malik olan optik stimullar torlu qişada həll edilə bilən intensivliklər dəsti yaratmalıdır. Arayış üçün qeyd edək ki, tor qişada əmələ gələn difraksiya nümunəsi üçün ilk minimumun radiusu 550 nanometr işıq və göz bəbəyinin diametri 2 millimetr olan təxminən 4,6 mikrometrdir. Beləliklə, tor qişada hiss elementlərinin düzülüşü gözün məhdudlaşdırıcı ayırdetmə qabiliyyətini təyin edəcəkdir. Başqa bir amil adlanır görmə kəskinliyi (gözün kiçik obyektləri aşkar etmək və onların ayrılmasını həll etmək qabiliyyəti), terminin tərifi və kəskinliyin ölçülməsi üsulu da daxil olmaqla bir çox parametrlərə görə dəyişir. Torlu qişanın üzərində görmə kəskinliyi, ümumiyyətlə, təxminən 1,4 dərəcə görmə sahəsini əhatə edən mərkəzi foveada ən yüksəkdir.

Çubuq və konus hüceyrələrinin məkan düzülüşü və onların retinada neyronlarla əlaqəsi Şəkil 5-də təqdim olunur. Yalnız fotopiqmenti ehtiva edən çubuq hüceyrələri rodopsin, mavi-yaşıl işığa (dalğa uzunluğu təqribən 500 nanometr) qarşı ən yüksək həssaslığa malikdirlər, baxmayaraq ki, onlar görünən spektrdə geniş reaksiya diapazonunu nümayiş etdirirlər. Onlar ən çox yayılmış vizual reseptor hüceyrələridir, hər gözdə təxminən 125-130 milyon çubuq hüceyrəsi var. Çubuq hüceyrələrinin işığa həssaslığı konus hüceyrələrindən təxminən 1000 dəfə çoxdur. Bununla belə, tək çubuqların stimullaşdırılması nəticəsində yaranan təsvirlər nisbətən kəskindir və qara və ağ yumşaq fokuslu fotoqrafiya təsvirində olanlara bənzər boz çalarları ilə məhdudlaşır. Çubuq görmə ümumi olaraq adlandırılır skotopik və ya alacakaranlıq görmə, çünki aşağı işıq şəraitində obyektlərin formaları və nisbi parlaqlığını ayırd etmək olar, lakin onların rənglərini deyil. Bu mexanizmin qaranlıq uyğunlaşma onurğalıların geniş spektrində forma və hərəkət vasitəsilə potensial yırtıcı və yırtıcıları aşkar etməyə imkan verir.

İnsanın görmə sisteminin reaksiyası xətti deyil, loqarifmikdir, nəticədə inanılmaz parlaqlıq diapazonunu (səhnələrarası) qavramaq qabiliyyətinə malikdir. dinamik aralıq) 10 onillikdən çox. Gündüz işığında insanlar günəşdən gələn parlaq işıqda obyektləri təsəvvür edə bilirlər, gecələr isə ay qaranlıq olanda ulduz işığı ilə böyük obyektləri aşkar edə bilirlər. At eşik həssaslıq, insan gözü göz bəbəyinə daxil olan təxminən 100-150 foton mavi-yaşıl işığın (500 nanometr) varlığını təsbit edə bilir. Parlaqlığın yuxarı yeddi onilliyi üçün, fotoşəkilli görmə üstünlük təşkil edir və ilk növbədə fotoqəbul üçün məsul olan retinal konuslardır. Bunun əksinə olaraq, aşağı dörd onillik parlaqlıq adlandırılır skotopik görmə, çubuq hüceyrələri tərəfindən idarə olunur.

Uyğunlaşma gözün belə həddindən artıq parlaqlıq altında görmə qabiliyyətini təmin edir. Bununla belə, uyğunlaşma baş verməzdən əvvəlki müddət ərzində fərdlər yalnız təxminən üç onillikləri əhatə edən bir sıra parlaqlıq hiss edə bilirlər. Bir neçə mexanizm gözün yüksək parlaqlıq səviyyələrinə uyğunlaşma qabiliyyətinə cavabdehdir. Uyğunlaşma, parlaqlığın dəyişmə səviyyəsindən asılı olaraq saniyələr ərzində baş verə bilər (ilkin şagird reaksiyası ilə) və ya bir neçə dəqiqə çəkə bilər (qaranlıq uyğunlaşma üçün). Tam konus həssaslığı təxminən 5 dəqiqə ərzində əldə edilir, halbuki orta fotopik həssaslıqdan çubuq hüceyrələrinin yaratdığı tam skopik həssaslığa uyğunlaşmaq üçün təxminən 30 dəqiqə lazımdır.

İşığa tam uyğunlaşdıqda, insan gözü 555 nanometrdə (görünən işıq spektrinin yaşıl bölgəsində) pik həssaslıqla 400-dən 700 nanometrə qədər dalğa uzunluğu reaksiyasına malikdir. Qaranlığa uyğunlaşdırılmış göz 380 ilə 650 nanometr arasındakı dalğa uzunluğunun daha aşağı diapazonuna cavab verir, zirvəsi isə 507 nanometrdə olur. Həm fotopik, həm də skopik görmə üçün bu dalğa uzunluqları mütləq deyil, işığın intensivliyinə görə dəyişir. Daha qısa dalğa uzunluqlarında işığın göz vasitəsilə ötürülməsi tədricən azalır. Mavi-yaşıl bölgədə (500 nanometr) gözə daxil olan işığın yalnız 50 faizi tor qişadakı təsvir nöqtəsinə çatır. 400 nanometrdə bu dəyər hətta gənc gözdə də cüzi 10 faizə endirilir. Kristal lensdəki elementlər tərəfindən işığın səpilməsi və udulması uzaq mavidə həssaslığın daha da itirilməsinə səbəb olur.

Konuslar üç hüceyrə növündən ibarətdir, hər biri 430, 535 və ya 590 nanometrdə mərkəzləşmiş fərqli dalğa uzunluğu reaksiyasına "tənzimlənmişdir". Fərdi maksimumlar üçün əsas üç fərqli fotopiqmentin istifadəsidir, hər biri xarakterik görünən işıq udma spektrinə malikdir. Foton aşkar edildikdə fotopiqmentlər onların uyğunlaşmasını dəyişdirərək, onlara reaksiya verməyə imkan verir transdusin vizual hadisələrin kaskadını başlamaq. Transducin tor qişada yerləşən və işıq enerjisini effektiv şəkildə elektrik siqnalına çevirə bilən bir proteindir. Konus hüceyrələrinin populyasiyası çubuq hüceyrələrindən çox kiçikdir, hər gözdə bu rəng reseptorlarının 5-7 milyonu var. Həqiqi rəng görmə konus hüceyrələrinin stimullaşdırılması nəticəsində yaranır. Üç konus reseptor növünün hər birinə təsir edən işığın nisbi intensivliyi və dalğa uzunluğu paylanması əlavə ilə müqayisə edilə bilən şəkildə təsvir edilən rəngi (mozaika kimi) müəyyən edir. RGB video monitor və ya CCD rəngli kamera.

Əsasən qısa dalğalı mavi şüalanma ehtiva edən işıq şüası 430 nanometrlik işığa cavab verən konus hüceyrələrini digər iki konus növündən daha çox stimullaşdırır. Bu şüa xüsusi konuslarda mavi rəng piqmentini aktivləşdirəcək və bu işıq mavi olaraq qəbul edilir. Dalğa uzunluqlarının əksəriyyəti 550 nanometr ətrafında mərkəzləşmiş işıq yaşıl rəngdə görünür və əsasən 600 nanometr və ya daha uzun dalğa uzunluğu olan şüa qırmızı kimi görünür. Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, təmiz konus görmə fotopik görmə adlanır və həm daxili, həm də çöldə normal işıq səviyyələrində üstünlük təşkil edir. Ən məməlilərdir dikromatlar, adətən yalnız mavi və yaşılımtıl rəngli komponentləri ayırd edə bilir. Bunun əksinə olaraq, bəzi primatlar (əsasən insanlar) nümayiş etdirirlər trixromatik qırmızı, yaşıl və mavi işıq stimullarına əhəmiyyətli reaksiya ilə rəng görmə.

Şəkil 6-da təsvir olunan dörd insan vizual piqmentinin udma spektrləridir, onlar görünən işıq spektrinin gözlənilən qırmızı, yaşıl və mavi bölgələrində maksimumları nümayiş etdirirlər. Konus hüceyrəsinin hər üç növü eyni dərəcədə stimullaşdırıldıqda, işıq varlıq kimi qəbul edilir akromatik və ya ağ. Məsələn, günorta günəş işığı insanlara ağ işıq kimi görünür, çünki onun tərkibində təxminən bərabər miqdarda qırmızı, yaşıl və mavi işıq var. Günəş işığından rəng spektrinin əla nümayişi işığın şüşə prizma ilə tutulmasıdır. qırılır (və ya əyilir) müxtəlif dalğa uzunluqlarını müxtəlif dərəcələrdə, işığı onun komponent rənglərinə yayır. İnsanın rəng qavrayışı bütün reseptor hüceyrələrinin işıqla qarşılıqlı təsirindən asılıdır və bu birləşmə demək olar ki, trikromik stimullaşdırma ilə nəticələnir. İşıq səviyyələrində dəyişikliklərlə rəng həssaslığında sürüşmələr var ki, mavi rənglər zəif işıqda nisbətən daha parlaq, qırmızı rənglər isə parlaq işıqda daha parlaq görünür. Bu effekti bir fənəri rəngli çapa yönəltməklə müşahidə etmək olar ki, bu da qırmızıların birdən daha parlaq və daha doymuş görünməsi ilə nəticələnəcək.

Son illərdə insan rənginin vizual həssaslığının nəzərə alınması, yanğınsöndürən maşınlar və təcili yardım maşınları kimi təcili yardım maşınlarının tamamilə qırmızı rəngə boyanmasında uzun müddət davam edən təcrübədə dəyişikliklərə səbəb oldu. Rəng nəqliyyat vasitələrinin asanlıqla görünməsi və reaksiya verməsi üçün nəzərdə tutulsa da, dalğa uzunluğunun paylanması aşağı işıq səviyyələrində çox görünmür və gecələr demək olar ki, qara görünür. İnsan gözü sarı-yaşıl və ya oxşar çalarlara, xüsusən də gecə saatlarında daha həssasdır və indi əksər yeni təcili yardım maşınları ən azı qismən parlaq sarımtıl yaşıl və ya ağ rəngə boyanır, adətən ənənənin maraqlarına uyğun olaraq bəzi qırmızı rəngləri saxlayır.

Yalnız bir və ya iki növ konus hüceyrəsi stimullaşdırıldıqda, qəbul edilən rənglərin diapazonu məhduddur. Məsələn, bütün konus hüceyrələrini stimullaşdırmaq üçün dar bir yaşıl işıq zolağı (540-550 nanometr) istifadə olunarsa, yalnız yaşıl fotoreseptorları olanlar yaşıl rəngi görmək hissi yaratmaq üçün cavab verəcəklər. Sarı kimi ilkin subtractive rənglərin insan vizual qavrayışı iki yoldan birində yarana bilər. Qırmızı və yaşıl konus hüceyrələri eyni vaxtda 580 nanometr dalğa uzunluğuna malik monoxromatik sarı işıqla stimullaşdırılarsa, konus hüceyrə reseptorlarının hər biri demək olar ki, bərabər reaksiya verir, çünki onların absorbsiya spektral üst-üstə düşməsi görünən işıq spektrinin bu bölgəsində təxminən eynidir. Eyni rəng hissi, əhəmiyyətli üst-üstə düşməyən reseptor udma spektrlərinin bölgələrindən seçilmiş fərqli qırmızı və yaşıl dalğa uzunluqlarının qarışığı ilə qırmızı və yaşıl konus hüceyrələrini tək-tək stimullaşdırmaqla əldə edilə bilər. Nəticədə, hər iki halda, son nəticə iki fərqli mexanizmlə əldə edilsə də, sarı rəng hissi yaratmaq üçün qırmızı və yaşıl konus hüceyrələrinin eyni vaxtda stimullaşdırılmasıdır. Digər rəngləri dərk etmək qabiliyyəti müvafiq dalğa uzunluğu palitrası ilə bir, iki və ya hər üç növ konus hüceyrələrinin müxtəlif dərəcədə stimullaşdırılmasını tələb edir.

Baxmayaraq ki, insanın görmə sistemində müvafiq rəng piqmentləri və skotopik görmə üçün işığı qəbul edən çubuq hüceyrələri olan üç növ konus hüceyrəsi var, rəng qavrayışında işıq dalğa uzunluqlarının və işıq mənbələrinin dəyişməsini kompensasiya edən insan beynidir. Metamerlər insan beyni tərəfindən eyni rəng kimi qəbul edilən müxtəlif işıq spektrlərinin cütləridir. Maraqlıdır ki, insan tərəfindən eyni və ya oxşar kimi şərh edilən rənglər bəzən digər heyvanlar, xüsusən də quşlar tərəfindən asanlıqla fərqləndirilir.

Torlu qişa və beyin arasında vizual məlumat ötürən vasitəçi neyronlar, sadəcə olaraq, hiss hüceyrələri ilə tək-tək bağlı deyil. Foveadakı hər konus və çubuq hüceyrəsi ən azı üç bipolyar hüceyrəyə siqnal göndərir, halbuki retinanın daha periferik bölgələrində çoxlu sayda çubuq hüceyrələrindən gələn siqnallar tək qanqlion hüceyrəsinə birləşir. Retinanın xarici hissələrində məkan qətnaməsi tək bir kanalı qidalandıran çoxlu sayda çubuq hüceyrələrinin olması ilə pozulur, lakin zəif siqnalların tutulmasında çoxlu duyğu hüceyrələrinin iştirakı gözün həddi həssaslığını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır. İnsan gözünün bu xüsusiyyəti bir qədər nəticəyə bənzəyir zibilləmə yavaş skan CCD rəqəmsal kamera sistemlərində.

Retinanın duyğu, bipolyar hüceyrələri və qanqlion hüceyrələri də digər neyronlarla bir-birinə bağlıdır və kompleks inhibitor və həyəcanverici yollar şəbəkəsini təmin edir. Nəticədə, insanın tor qişasındakı 5-7 milyon konus və 125 milyon çubuqdan gələn siqnallar yalnız 1 milyona yaxın miyelinli optik sinir lifləri tərəfindən işlənir və görmə qabığına daşınır. Göz əzələləri qanqlion hüceyrələri tərəfindən stimullaşdırılır və idarə olunur lateral genikulyar bədəntorlu qişa və görmə qabığı arasında əks əlaqə nəzarəti kimi çıxış edir.

Retinada həyəcanverici və tormozlayıcı yolların mürəkkəb şəbəkəsi embrional inkişaf zamanı beynin müəyyən bir bölgəsindən yaranan üç neyron hüceyrə qatında təşkil edilmişdir. Bu sxemlər və əks əlaqə dövrələri kənarların kəskinləşməsini, kontrastın artırılmasını, məkanın ümumiləşdirilməsini, səs-küyün orta hesabla çıxarılmasını və digər siqnal işlənməsi formalarını, o cümlədən hələ kəşf edilməmiş effektləri yaradan effektlərin birləşməsinə səbəb olur. İnsan görməsində beyində əhəmiyyətli dərəcədə təsvirin işlənməsi baş verir, lakin torlu qişanın özü də geniş emal işlərində iştirak edir.

İnsan görməsinin başqa bir aspektində rəng dəyişkənliyi, obyektin rəngi və ya boz dəyəri geniş parlaqlıq diapazonunda dəyişmir. 1672-ci ildə ser İsaak Nyuton insanın görmə duyğusunda rəng dəyişkənliyini nümayiş etdirdi və rəng qavrayışının klassik nəzəriyyəsi və sinir sistemi üçün ipucu verdi. Polaroid Korporasiyasının qurucusu Edwin H. Land təklif etdi Retinex Rəng görmə nəzəriyyəsi, rəng dəyişməzliyi ilə bağlı müşahidələrinə əsaslanaraq. Rəngə (və ya boz dəyərə) adekvat işıqlandırma altında baxıldığı müddətcə, səhnənin parlaqlığı dəyişdirildikdə belə, rəng ləkəsi öz rəngini dəyişmir. Bu halda, səhnə boyu işıqlandırma qradiyenti yamağın qəbul edilən rəngini və ya boz səviyyəli tonunu dəyişmir. Parlaqlıq səviyyəsi skotopik və ya alacakaranlıq görmə həddinə çatarsa, rəng hissi yox olur. Land alqoritmində rəngli sahələrin açıqlıq dəyərləri hesablanır və səhnədəki müəyyən bir sahədəki enerji həmin dalğa zolağı üçün səhnədəki bütün digər sahələrlə müqayisə edilir. Hesablamalar üç dəfə həyata keçirilir, hər dalğa zolağı üçün bir (uzun dalğa, qısa dalğa və orta dalğa) və nəticədə əldə edilən üçlük yüngüllük dəyərləri üçölçülü diapazonda ərazinin mövqeyini müəyyənləşdirir. rəng sahəsi Retinex nəzəriyyəsi ilə müəyyən edilir.

Rəng korluğu termini səhv adlandırılan bir şeydir, rəngləri ayırd etməkdə hər hansı bir çətinlikə istinad etmək üçün danışıq söhbətində geniş istifadə olunur. Həqiqi rəng korluğu və ya hər hansı rəngi görə bilməmək olduqca nadirdir, baxmayaraq ki, kişilərin 8 faizi və qadınların 0,5 faizi hər hansı bir rəng görmə qüsuru ilə doğulur (Cədvəl 1-ə baxın). Rəng görmə qabiliyyətinin irsi çatışmazlıqları adətən gözün arxa hissəsində görüntüləmə səthi kimi fəaliyyət göstərən neyromembran olan retinada fotoreseptor hüceyrələrindəki qüsurların nəticəsidir. Rəng görmə qüsurları xəstəliklər, müəyyən dərmanların yan təsirləri və ya normal yaşlanma prosesləri nəticəsində də əldə edilə bilər və bu çatışmazlıqlar fotoreseptorlardan başqa gözün hissələrinə təsir göstərə bilər.

Normal konuslar və piqment həssaslığı insana bütün müxtəlif rəngləri, eləcə də çalarların incə qarışıqlarını ayırd etməyə imkan verir. Bu tip normal rəng görmə kimi tanınır trixromatiya və hər üç növ fotoreseptor konusunun üst-üstə düşən həssaslıq diapazonlarının qarşılıqlı təsirinə əsaslanır. Yüngül rəng görmə çatışmazlığı, üç konus növündən birində piqment qüsuru olduqda baş verir və onun pik həssaslığı başqa bir dalğa uzunluğuna keçdikdə, görmə çatışmazlığı adlanır. anomal trixromatiya, rəng görmə qüsurunun üç geniş kateqoriyasından biridir. Dixromatiklik, rəng korluğunun daha ağır forması və ya rəng çatışmazlığı, piqmentlərdən biri udma xüsusiyyətlərində ciddi şəkildə sapma olduqda və ya xüsusi piqment ümumiyyətlə istehsal olunmadıqda baş verir. Rəng hissiyyatının tam olmaması və ya monoxromiya, olduqca nadirdir, lakin ümumi rəng korluğu olan şəxslər (çubuq monoxromatlar) yalnız müxtəlif dərəcədə parlaqlıq görürlər və dünya qara, ağ və boz çalarlarında görünür. Bu vəziyyət yalnız hər iki valideyndən xəstəlik üçün bir geni miras alan şəxslərdə baş verir.

Dikromatlar bəzi rəngləri ayırd edə bilirlər və buna görə də gündəlik həyatlarında monoxromatlardan daha az təsirlənirlər, lakin onlar adətən rəng görmə problemi olduğunu bilirlər. Dixromasiya üç növə bölünür: protanopiya, deuteranopiya, və tritanopiya (Şəkil 7-ə baxın). Kişi əhalisinin təxminən iki faizi ilk iki növdən birini miras alır, üçüncüsü isə daha nadir hallarda baş verir.

Ishihara Rəng Korluğu Testi

Rəng korluğu, insanın fotopik görməsinin normal fəaliyyətində pozulma, genetik, biokimya, fiziki zədə və xəstəliklər də daxil olmaqla, bir çox şərtlərdən qaynaqlana bilər. Bu interaktiv dərslik rəng kor insanlar üçün tam rəngli təsvirlərin necə göründüyünü araşdırır və simulyasiya edir və bu şəkilləri Ishihara diaqnostik rəng korluğu testi ilə müqayisə edir.

Protanopiya qırmızı, narıncı, sarı və yaşıl arasında hiss olunan fərqin olmamasına səbəb olan qırmızı həssaslığın itirilməsi nəticəsində yaranan qırmızı-yaşıl qüsurdur. Bundan əlavə, qırmızı, narıncı və sarı rənglərin parlaqlığı normal səviyyələrlə müqayisədə kəskin şəkildə azalır. Azaldılmış intensivlik effekti qırmızı işıqforların tünd (sönməmiş) və qırmızı rənglərin (ümumiyyətlə) qara və ya tünd boz kimi görünməsi ilə nəticələnə bilər. Protanoplar tez-tez hər hansı hiss olunan rəng fərqinə deyil, ilk növbədə onların görünən parlaqlığına əsaslanaraq qırmızı və yaşıl, qırmızı ilə sarı arasında düzgün fərq qoymağı öyrənirlər. Green generally appears lighter than red to these individuals. Because red light occurs at one end of the visible spectrum, there is little overlap in sensitivity with the other two cone types, and people with protanopia have a pronounced loss of sensitivity to light at the long-wavelength (red) end of the spectrum. Individuals with this color vision defect can discriminate between blues and yellows, but lavender, violet, and purple cannot be distinguished from various shades of blue, due to the attenuation of the red component in these hues.

Individuals with deuteranopia, which is a loss of green sensitivity, have many of the same problems with hue discrimination as do protanopes, but have a fairly normal level of sensitivity across the visible spectrum. Because of the location of green light in the center of the visible light spectrum, and the overlapping sensitivity curves of the cone receptors, there is some response of the red and blue photoreceptors to green wavelengths. Although deuteranopia is associated with at least a brightness response to green light (and little abnormal intensity reduction), the names red, orange, yellow, and green seem to the deuteranope to be too many terms for colors that appear the same. In a similar fashion, blues, violets, purples, and lavenders are not distinguishable to individuals with this color vision defect.

Color Blindness Incidence and Causes
CLASSIFICATIONCAUSE OF DEFECTINCIDENCE
(%)
Anomalous Trichromacy 6.0
ProtanomalyAbnormal Red-Sensing Pigment1.0
DeuteranomalyAbnormal Green-Sensing Pigment5.0
TritanomalyAbnormal Blue-Sensing Pigment0.0001
Dichromacy 2.1
ProtanopiaAbsent Red-Sensing Pigment1.0
DeuteranopiaAbsent Green-Sensing Pigment1.1
TritanopiaAbsent Blue-Sensing Pigment0.001
Rod MonochromacyNo Functioning Cones< 0.0001
Cədvəl 1

Tritanopia is the absence of blue sensitivity, and functionally produces a blue-yellow defect in color vision. Individuals with this deficiency cannot distinguish blues and yellows, but do register a difference between red and green. The condition is quite rare, and occurs about equally in both sexes. Tritanopes usually do not have as much difficulty in performing everyday tasks as do individuals with either of the red-green variants of dichromacy. Because blue wavelengths occur only at one end of the spectrum, and there is little overlap in sensitivity with the other two cone types, total loss of sensitivity across the spectrum can be quite severe with this condition.

When there is a loss of sensitivity by a cone receptor, but the cones are still functional, resulting color vision deficiencies are considered anomalous trichromacy, and they are categorized in a similar manner to the dichromacy types. Confusion often arises because these conditions are named similarly, but appended with a suffix derived from the term anomaly. Beləliklə, protanomaly, və deuteranomaly produce hue recognition problems that are similar to the red-green dichromacy defects, though not as pronounced. Protanomaly is considered a "red weakness" of color vision, with red (or any color having a red component) being visualized as lighter than normal, and hues shifted toward green. A deuteranomalous individual exhibits "green weakness", and has similar difficulties in discriminating between small variations in hues falling in the red, orange, yellow, and green region of the visible spectrum. This occurs because the hues appear to be shifted toward red. In contrast, deuteranomalous individuals do not have the brightness loss defect that accompanies protanomaly. Many people with these anomalous trichromacy variants have little difficulty performing tasks that require normal color vision, and some may not even be aware that their color vision is impaired. Tritanomaly, or blue weakness, has not been reported as an inherited defect. In the few cases in which the deficiency has been identified, it is thought to have been acquired rather than inherited. Several eye diseases (such as glaucoma, which attacks the blue cones) can result in tritanomaly. Peripheral blue cone loss is most common in these diseases.

In spite of the limitations, there are some visual acuity advantages to color blindness, such as the increased ability to discriminate camouflaged objects. Outlines, rather than colors, are responsible for pattern recognition, and improvements in night vision may occur due to certain color vision deficiencies. In the military, colorblind snipers and spotters are highly valued for these reasons. During the early 1900s, in an effort to evaluate abnormal human color vision, the Nagel anomaloscope was developed. Utilizing this instrument, the observer manipulates control knobs to match two colored fields for color and brightness. Another evaluation method, the Ishihara pseudoisochromatic plate test for color blindness, named for Dr. Shinobu Ishihara, discriminates between normal color vision and red-green color blindness (as presented in the tutorial and Figure 7). A test subject with normal color vision can detect the hue difference between the figure and background. To an observer with red-green deficiency, the plates appear isochromatic with no discrimination between the figures and the design pattern.

As a natural part of the aging process, the human eye begins to perceive colors differently in later years, but does not become "colorblind" in the true sense of the term. Aging results in the yellowing and darkening of the crystalline lens and cornea, degenerative effects that are also accompanied by a shrinking of the pupil size. With yellowing, shorter wavelengths of visible light are absorbed, so blue hues appear darker. As a consequence, elderly individuals often experience difficulty discriminating between colors that differ primarily in their blue content, such as blue and gray or red and purple. At age 60, when compared to the visual efficiency of a 20-year old, only 33 percent of the light incident on the cornea reaches the photoreceptors in the retina. This value drops to around 12.5 percent by the mid-70s.

Human Eye Accommodation

Accommodation of the eye refers to the physiological act of adjusting crystalline lens elements to alter the refractive power and bring objects that are closer to the eye into sharp focus. This tutorial explores changes in the lens structure as objects are relocated with respect to the eye.

Yerləşdirmə of the eye refers to the act of physiologically adjusting the crystalline lens element to alter the refractive power and bring objects that are closer to the eye into sharp focus. Light rays initially refracted at the surface of the cornea are further converged after passing through the lens. During accommodation, contraction of the ciliary muscles relaxes tension on the lens, resulting in changes to the shape of the transparent and elastic tissue, while also moving it slightly forward. The net effect of the lens alterations is to adjust the focal length of the eye to bring the image exactly into focus onto the photosensitive layer of cells residing in the retina. Accommodation also relaxes the tension applied to the lens by the zonule fibers, and allows the anterior surface of the lens to increase its curvature. The increased degree of refraction, coupled with a slight forward shift in the position of the lens, brings objects that are closer to the eye into focus.

Focus in the eye is controlled by a combination of elements including the iris, lens, cornea, and muscle tissue, which can alter the shape of the lens so the eye can focus on both nearby and distant objects. However, in some instances these muscles do not work properly or the eye is slightly altered in shape, and the focal point does not intersect with the retina (a condition termed convergent vision). As individuals age, the lens becomes harder and cannot be properly focused, leading to poor vision. If the point of focus falls short of the retina, the condition is referred to as nearsightedness or myopia, and individuals with this affliction cannot focus on distant objects. In cases where the focal point is behind the retina, the eye will have trouble focusing on nearby objects, creating a condition known as farsightedness or hypermetropia. These malfunctions of the eye can usually be corrected with eyeglasses (Figure 8) using a concave lens to treat myopia and a convex lens to treat hypermetropia.

Convergent vision is not totally physiological and can be influenced by training, if the eyes are not defective. Repetitive procedures can be utilized to develop strong convergent vision. Athletes, such as baseball shortstops, have well-developed convergent vision. In every movement, the two eyes have to translate in unison to preserve binocular vision, with an accurate and responsive neuromuscular apparatus that is not usually subject to fatigue, controlling their motility and coordination. Changes in ocular convergence or head motion are considered in the calculations made by the complex ocular system to produce the proper neural inputs to the eye muscles. An eye movement of 10 degrees may be completed in about 40 milliseconds, with the calculations occurring faster than the eye can reach its intended target. Small eye movements are known as saccades and the larger movements from one point to another are termed versions.

The human visual system must not only detect light and color, but as an optical system, must be able to discern differences among objects, or an object and its background. Known as physiological contrast və ya contrast discrimination, the relationship between the apparent brightness of two objects that are seen either at the same time (simultaneous contrast) or sequentially (successive contrast) against a background, may or may not be the same. In the human visual system, contrast is reduced in environmental darkness and with individuals suffering from color visual deficiencies such as red-green color blindness. Contrast is dependent on binocular vision, visual acuity, and image processing by the visual cortex of the brain. An object with low contrast, which cannot be distinguished from the background unless it is moving, is considered camouflaged. However, colorblind individuals are often able to detect camouflaged objects because of increased rod vision and loss of misleading color cues. Increasing contrast translates into increased visibility, and a quantitative numerical value for contrast is usually expressed as a percentage or ratio. Under optimal conditions, the human eye can barely detect the presence of two percent contrast.

With human vision, an apparent increase in contrast is perceived in a narrow zone on each side of the boundary between two areas of different brightness and/or chromaticity. At the end of the nineteenth century, French physicist Michel Eugéne Chevreul discovered simultaneous contrast. As a special function of human visual perception, the edges or contour of an object are highlighted, setting the object away from its background and easing spatial orientation. When positioned over a bright background, the region at the edge of a dark object appears lighter than the rest of the background (in effect, the contrast is enhanced). With this perception phenomenon, the color with the strongest contrast, the complementary color, is created (by the brain) at the edge. Because the color and its complement are perceived simultaneously, the effect is known as simultaneous contrast. Borders and other lines of demarcation that separate the contrasting areas tend to lessen the effect (or optical illusion) by eliminating marginal contrast. Many forms of optical microscopy, most notably phase contrast illumination, take advantage of these features of the human visual system. By increasing the physical contrast of an image without having to change the object via staining or other technique, the phase contrast specimen is protected from damage or death (in the case of living specimens).

The spatial frequency response of the human eye can be evaluated by determining the ability to detect a series of strips in a modulated sinusoidal grating. Test gratings feature alternating regions (strips) of light and dark, which increases linearly from higher to lower frequencies along the horizontal axis while contrast decreases logarithmically from top to bottom. The boundary of stripes that can just be distinguished by individuals with normal vision is between 7 and 10 cycles per degree. For achromatic vision, when the spatial frequency is very low (broad line spacing), high contrast is required to detect the sinusoidally varying intensity. As the spatial frequency rises, humans can detect periods with less contrast, reaching a peak of about 8 cycles per degree in the visual field. Beyond that point, higher contrast is again required to detect the finer sinusoidal stripes.

Examination of the modulation transfer function (MTF) of the human visual system reveals that the contrast necessary to detect the luminance variation in standardized sinusoidal gratings increases at both higher and lower spatial frequencies. In this regard, the eye behaves quite differently from a simple imaging device (such as a film camera or CCD sensor). The modulation transfer function of a simple, focused camera system displays a maximum modulation at zero spatial frequency, with the degree of modulation dropping more or less monotonically to zero at the camera's cutoff frequency.

When the luminance of a scene fluctuates periodically several times a second (as it does with television and computer monitor screens), humans perceive an irritating sensation, as though the sequential scenes were disjoined. When the fluctuation frequency increases, irritation increases and reaches a maximum at around 10 hertz, especially when bright flashes of illumination alternate with darkness. At higher frequencies, the scene no longer appears disjointed, and objects displaced from one scene to the next are now perceived to be moving smoothly. Commonly referred to as flicker, the annoying light fluttering sensation can persist up to 50-60 hertz. Beyond a certain frequency and luminance, known as the critical flicker frequency (CFF), screen flicker is no longer perceived. This is the primary reason why increasing the refresh rate of a computer monitor from 60 to 85-100 hertz produces a stable, flicker-free display.

Advances in semiconductor fabrication technology, especially complementary metal oxide semiconductors (CMOS) and bipolar CMOS (BiCMOS) techniques, has led to a new generation of miniature photosensors that feature extraordinary dynamic range and fast response. Recently, arrays of CMOS sensor chips have been arranged to model the operation of the human retina. These so-called eye chips, by combining optics, human vision, and microprocessors, are advancing ophthalmology through the new field of optobionics. Damaged retinas resulting from debilitating visual diseases, such as retinitis pigmentosamacular degeneration, as well as aging and injuries to the retina, which rob vision, are being corrected with the implanted eye chips. The silicon eye chips contain approximately 3,500 miniature light detectors attached to metal electrodes that mimic the function of the human rods and cones. The light detectors absorb incident light refracted by the cornea and lens and produce a small quantity of electrical charge that stimulates the retinal neurons. Featuring a diameter of two millimeters (see Figure 9), the replacement retina is half as thick as a typical piece of paper and is implanted into a pocket under the damaged retina.

As an alternative to the eye chip, a retinal prosthesis using a digital signal processor and a camera mounted on a pair of glasses, captures and transmits an image of an object or scene. Wirelessly, the image is sent to an embedded receiver chip near the retinal layers where nerve impulses are sent to the brain. Artificial retinas, however, will not treat glaucoma or vision deficiencies that damage the nerve fibers leading to the optic nerve. As optobionics advances, so does science's understanding of the complex human visual system.

Contributing Authors

Kenneth R. Spring - Scientific Consultant, Lusby, Maryland, 20657.

Thomas J. FellersMichael W. Davidson - National High Magnetic Field Laboratory, 1800 East Paul Dirac Dr., The Florida State University, Tallahassee, Florida, 32310.


How can a clear object be transparent and visible at the same time?

Clear objects are visible because they bend the light as it passes through. There are four basic things that can happen to light when it hits an object:

  1. Specular Reflection: Think of a mirror or metal spoon. The light bounces off the object's surface like a billiard ball, allowing the original image to be seen in the object.
  2. Diffuse Reflection: Think of raw wood, flowers, or non-glossy painted surfaces. The light bounces off the object's surface in all directions, revealing the shape and color of the object.
  3. Absorption: Think of a black piece of coal or ash. The light enters the object where it is absorbed and converted to heat.
  4. Transmission/Refraction: Think of a glass of water. The light travels straight through the object but the direction it is traveling bends when entering and leaving the object.

In reality, all materials interact with light in all four ways. For instance, consider the hood of a red sports car. Some of the light is reflected specularly (leading to the glare spots you see and the image of trees reflected off the car). Some of the light is reflected diffusely (leading to the red color you see). Some of the light is absorbed (leading to the orange, yellow, green, blue, and violet light you don't see because it is absorbed – if these colors were not absorbed, the car would look white and not red). Also, some of the light is transmitted/refracted (very little actually).

For many materials, there may be one dominant way it interacts with light, so that the other ways are so small that they can be ignored. For instance, water does indeed absorb some red light (that is why the ocean is blue), and water does indeed reflect some light (that is why there is glare from the sun on the water's surface), but for the most part we can think of water as a clear material because transmission/refraction dominates.

Now, the interesting part is that each of the four interactions listed above alters the light. Our brains are able to detect this alteration in the light and deduce the presence and shape of an object from this information. Strictly speaking, we never see an "object". We see "light" that has been altered by an object. That is why it is so difficult to build machines that can see the way humans do: there is a great deal of intelligence required to deduce an object's shape and location from a pattern of light that it has altered.

When it comes to clear objects, we see them because we see the way light bends (refracts) as it passes through the objects. Look closely at a glass cup. When you look at the glass cup, what do you see? You just see an image of whatever is behind the cup, but distorted. Refraction bends the light as it passes through the cup and the background image ends up changed. Your brain is smart enough to be able to deduce the shape of the cup simply by how the background image is distorted.

This leads us to an interesting notion. If the refraction of a a clear material can be mostly canceled, the object can be made virtually invisible. One way to cancel refraction effects is to shape a clear material into a very flat slab with parallel surfaces. When light enters the slab, it bends, but when it leaves the slab out the other side it bends back by the same amount. As a result, the image coming out the other side is undistorted and the slab is effectively invisible. This is the principle behind windows. Windows are made out of clear glass and fashioned to be very flat, so that you can't actually see the window. You see the landscape beyond the window as if the window were not there (windows are not completely invisible because they do reflect a small amount of light which can be detected under the right conditions).


Night Vision And Humans: Why Can't We See Color?

When we are in a fairly dark room, or outside at night away from lights, we can still see, but we can't see the colors of things very well. Niyə belədir?

Sensing Light

There are two kinds of light-sensitive organs located in the backs of our eyes: rod-shaped and cone-shaped. Both rods and cones are sensitive to light. The difference between them is that the rods allow us to see in very dim light but don't permit detection of color, while the cones let us see color but they don't work in dim light.

When it gets dark the cones lose their ability to respond to light. The rods continue to respond to available light, but since they cannot see color, so to speak, everything appears to be various shades of black and white and gray.

Dim Light

A curious thing is that in dim light you can see more clearly out of the side of your eye, because the light-sensitive rods are more highly concentrated off to the side in the back of your eye.

So, next time you're out on a clear night, notice how little color you can see, and how you can see objects like dim stars better out of the corner of your eye than from the center.


Mixing colours

The primary colours of light are red, green and blue. Mixing these colours in different proportions can make all the colours of the light we see. This is how TV and computer screens work. If you look at a screen with a magnifying glass you will be able to see that only these three colours are being used. For example, red and green lights are used to make our brain perceive the image as yellow.

When coloured lights are mixed together, it is called additive mixing. Red, green and blue are the primary colours for additive mixing. If all of these colours of light are shone onto a screen at the same time, you will see white.

This is different when you are mixing paints. Each colour of paint is absorbing certain colours and reflecting others. Each time another colour of paint is mixed in, there are more colours absorbed and less are reflected. The primary colours for adding paints or dyes, such as for a computer printer, are yellow, magenta and cyan. If you mix all of these colours together, you will absorb all the light and will only see black, because no light will be reflected back to your eyes.

You can easily experiment with this. Hold some coloured cellophane in front of your eyes and have a look around. Notice how some colours are changed and others look similar. Figure out which colours are being absorbed.


Light Absorption and Color Filters

When white light shines on a red object, all of the colors that form the white light are absorbed except red, which is reflected. This is why the object appears red. A filter is a transparent material that absorbs some colors and allows others to pass through.

Light is the only source of color. Color pigments (paints, dyes, or inks) show color by absorbing certain parts of the light spectrum and reflecting the parts that remain. Color filters work the same way, absorbing certain wavelengths of color and transmitting the other wavelengths.

A yellow color filter will let through only yellow and absorb all other colors. So when blue light is allowed through a blue filter onto a blue object, the object will still reflect blue and therefore appear blue. But when blue light from a blue filter hits a red object, the blue will be absorbed and no light will be reflected, giving the object an appearance of being black.

Materiallar

  • Fənər
  • Red, blue, and green construction paper
  • See-through colored cellophane paper
  • Camera filters in red, blue and green
  • Masking tape or a rubber band

Research Questions

  • Why did the papers look white, red, blue, and green (respectively) in white light?
  • How did the filters affect the white flashlight beam?
  • Why did the yellow and green papers seem to lose their color when red light was shined on them?

Prosedur

  1. Darken the room as much as possible.
  2. Turn on the flashlight and aim it at the white paper. Observe and record the color of the paper in the data table.
  3. Repeat step 2 with the red, blue, and green pieces of paper.
  4. Place the red filter in front of the beam of the flash light as shown using tape or a rubber band to secure the cellophane paper filter. Shine the filtered beam on the white, red, blue, and green papers and record the colors seen.
  5. Repeat using the blue filter and then the green filter. After each test, record the results.

Digging Deeper

Place a filter in front of the light source. Combine two colored filters. Now combine three colors. Experiment with many different combinations.

Disclaimer and Safety Precautions

Education.com provides the Science Fair Project Ideas for informational purposes only. Education.com does not make any guarantee or representation regarding the Science Fair Project Ideas and is not responsible or liable for any loss or damage, directly or indirectly, caused by your use of such information. By accessing the Science Fair Project Ideas, you waive and renounce any claims against Education.com that arise thereof. In addition, your access to Education.com's website and Science Fair Project Ideas is covered by Education.com's Privacy Policy and site Terms of Use, which include limitations on Education.com's liability.

Warning is hereby given that not all Project Ideas are appropriate for all individuals or in all circumstances. Implementation of any Science Project Idea should be undertaken only in appropriate settings and with appropriate parental or other supervision. Reading and following the safety precautions of all materials used in a project is the sole responsibility of each individual. For further information, consult your state's handbook of Science Safety.


Definitions of Black and White

The correspondence of a color to a specific wavelength is called spectral color. White and black are excluded from this definition because they do not have specific wavelengths. White is not defined as a color because it is the sum of all possible colors. Black is not defined as a color because it is the absence of light, and therefore color. In the visual art world, white and black may sometimes be defined as distinct colors. This is different from the concept of spectral color in physics.


"Blue" Cone Distinctions

The "blue" cones are identified by the peak of their light response curve at about 445 nm. They are unique among the cones in that they constitute only about 2% of the total number and are found outside the fovea centralis where the green and red cones are concentrated. Although they are much more light sensitive than the green and red cones, it is not enough to overcome their disadvantage in numbers. However, the blue sensitivity of our final visual perception is comparable to that of red and green, suggesting that there is a somewhat selective "blue amplifier" somewhere in the visual processing in the brain.

The visual perception of intensely blue objects is less distinct than the perception of objects of red and green. This reduced acuity is attributed to two effects. First, the blue cones are outside the fovea, where the close-packed cones give the greatest resolution. All of our most distinct vision comes from focusing the light on the fovea. Second, the refractive index for blue light is enough different from red and green that when they are in focus, the blue is slightly out of focus (chromatic aberration). For an "off the wall" example of this defocusing effect on blue light, try viewing a hologram with a mercury vapor lamp. You will get three images with the dominant green, orange and blue lines of mercury, but the blue image looks less focused than the other two.


How Vision Works

It's no accident that the main function of the sun at the center of our solar system is to provide light. Light is what drives life. It's hard to imagine our world and life without it.

The sensing of light by living things is almost universal. Plants use light through photosynthesis to grow. Animals use light to hunt their prey or to sense and escape from predators.

­Some say that it is the development of stereoscopic vision, along with the development of the large human brain and the freeing of hands from locomotion, that have allowed humans to evolve to such a high level.In this article, we'll discuss the amazing inner workings of the human eye!

Although small in size, the eye is a very complex organ. The eye is approximately 1 inch (2.54 cm) wide, 1 inch deep and 0.9 inches (2.3 cm) tall.

The tough, outermost layer of the eye is called the sclera. It maintains the shape of the eye. The front sixth of this layer is clear and is called the cornea. All light must first pass through the cornea when it enters the eye. Attached to the sclera are the muscles that move the eye, called the extraocular muscles.

The choroid (or uveal tract) is the second layer of the eye. It contains the blood vessels that supply blood to structures of the eye. The front part of the choroid contains two structures:

  • The ciliary body - The ciliary body is a muscular area that is attached to the lens. It contracts and relaxes to control the size of the lens for focusing.
  • The iris - The iris is the colored part of the eye. The color of the iris is determined by the color of the connective tissue and pigment cells. Less pigment makes the eyes blue more pigment makes the eyes brown. The iris is an adjustable diaphragm around an opening called the pupil.

The iris has two muscles: The dilator muscle makes the iris smaller and therefore the pupil larger, allowing more light into the eye the sphincter muscle makes the iris larger and the pupil smaller, allowing less light into the eye. Pupil size can change from 2 millimeters to 8 millimeters. This means that by changing the size of the pupil, the eye can change the amount of light that enters it by 30 times.

The innermost layer is the retina -- the light-sensing portion of the eye. It contains rod cells, which are responsible for vision in low light, and cone cells, which are responsible for color vision and detail. In the back of the eye, in the center of the retina, is the macula. In the center of the macula is an area called the fovea centralis. This area contains only cones and is responsible for seeing fine detail clearly.

The retina contains a chemical called rhodopsin, or "visual purple." This is the chemical that converts light into electrical impulses that the brain interprets as vision. The retinal nerve fibers collect at the back of the eye and form the optic nerve, which conducts the electrical impulses to the brain. The spot where the optic nerve and blood vessels exit the retina is called the optic disk. This area is a blind spot on the retina because there are no rods or cones at that location. However, you are not aware of this blind spot because each eye covers for the blind spot of the other eye.

When a doctor looks at the back of your eye through an ophthalmoscope, here's the view:

Inside the eyeball there are two fluid-filled sections separated by the lens. The larger, back section contains a clear, gel-like material called vitreous humor. The smaller, front section contains a clear, watery material called aqueous humor. The aqueous humor is divided into two sections called the anterior chamber (in front of the iris) and the posterior chamber (behind the iris). The aqueous humor is produced in the ciliary body and is drained through the canal of Schlemm. When this drainage is blocked, a disease called glaucoma can result.

The lens is a clear, bi-convex structure about 10 mm (0.4 inches) in diameter. The lens changes shape because it is attached to muscles in the ciliary body. The lens is used to fine-tune vision.

Covering the inside surface of the eyelids and sclera is a mucous membrane called the conjunctiva, which helps to keep the eye moist. An infection of this area is called conjunctivitis (also called pink eye).

The eye is unique in that it is able to move in many directions to maximize the field of vision, yet is protected from injury by a bony cavity called the orbital cavity. The eye is embedded in fat, which provides some cushioning. The eyelids protect the eye by blinking. This also keeps the surface of the eye moist by spreading tears over the eyes. Eyelashes and eyebrows protect the eye from particles that may injure it.

Tears are produced in the lacrimal glands, which are located above the outer segment of each eye. The tears eventually drain into the inner corner of the eye, into the lacrimal sac, then through the nasal duct and into the nose. That is why your nose runs when you cry.

There are six muscles attached to the sclera that control the movements of the eye. They are shown here:


Colored Shadows

When lights of different colors shine on the same spot on a white surface, the light reflecting from that spot to your eyes is called an additive mixture because it is the sum of all the light. We can learn about human color perception by using colored lights to make additive color mixtures.

Video Demonstration

Tools and Materials

  • Red, green, and blue lightbulbs
  • A way to plug in all three lightbulbs at the same time and simultaneously direct their light onto the same white surface
  • A white surface, such as a wall or a piece of white poster board (white paper taped to stiff cardboard also works well)
  • Any narrow solid object such as a pencil or ruler (not pictured)

Assembly

  1. Set up the bulbs and the white surface, which will be your screen, in such a way that the light from all three bulbs falls on the same area of the screen and all bulbs are approximately the same distance from the screen.
  2. For best results, put the green bulb between the red and blue bulbs.

To Do and Notice

Make the room as dark as possible. Then turn on the three colored lights, aim them all at your white screen, and adjust the positions of the bulbs until you obtain the “whitest” light you can make on the screen.

Place a narrow opaque object, such as a pencil, fairly close to the screen. Adjust the distance until you see three distinct colored shadows on the screen.

Remove the object, turn off one of the colored lights, and notice how the color on the screen changes. Put the object in front of the screen again and notice the colors of the shadows. Move the object close to the screen until the shadows overlap. Notice the color of the combined shadows.

Repeat the preceding step with a different bulb turned off while the other two remain on, and then a third time until you’ve tried all the possible combinations. Repeat again with only one color turned on at a time, and then with all three on. Vary the size of the object and the distance from the screen. Try using your hand as an object.

What’s Going On?

Your retina, which covers the back of the eye, contains light receptors called rods and cones. Rods are used for night vision and they only let you see in shades of gray. You have only one type of rod but three types of cones. Cones let you see in color as long as it's not very dark.

All three types of cones respond to a wide range of wavelengths, but one type is the most sensitive to long wavelengths (the red end of the spectrum), one to medium wavelengths, and one to short wavelengths (the blue end of the spectrum). With just these three types of cones, we are able to perceive more than a million different colors.

When a red light, a blue light, and a green light are all shining on the screen, the screen looks white because these three colored lights stimulate all three types of cones in your eyes approximately equally, creating the sensation of white. Red, green, and blue are therefore called additive primaries of light.

With these three lights you can make shadows of seven different colors—blue, red, green, black, cyan, magenta, and yellow—by blocking different combinations of lights (click to enlarge diagram below). When you block two lights, you see a shadow of the third color—for example, block the red and green lights and you get a blue shadow. If you block only one of the lights, you get a shadow whose color is a mixture of the other two. Block the red light and the blue and green light mix to create cyan block the green light and the red and blue light make magenta block the blue light and red and green make yellow. If you block all three lights, you get a black shadow.

You can achieve a similar effect by turning off different lightbulbs. If you turn off the red light, leaving on only the blue and green lights, the entire screen will appear cyan. And when you hold an object in front of the screen, you will see two shadows, one blue and one green. In one place, the object blocks the light coming from the green bulb, leaving a blue shadow in the other location it blocks the light from the blue bulb, leaving a green shadow.

When you move the object close to the screen, the shadows overlap, leaving a very dark (black) shadow where the object blocks both lights. When you turn off the green light, leaving on the red and blue lights, the screen will appear to be magenta, a mixture of red and blue. The shadows will be red and blue. When you turn off the blue light, leaving on the red and green lights, the screen will appear to be yellow. The shadows will be red and green.

It may seem strange that a red light and a green light mix to make yellow light on a white screen. It just so happens that a particular mixture of red and green light stimulates the cones in your eyes exactly as much as they’re stimulated by yellow light—that is, by light from the yellow portion of the rainbow—so your eye can't tell the difference. Whether a mixture of red and green light or yellow light alone—whenever the cones in your eye are stimulated in just these proportions, you'll see the color yellow.

Going Further

If you let light from the three bulbs shine through a hole in a card that is held an appropriate distance from the screen, you will see three separate patches of colored light on the screen, one from each lamp. (Make the hole large enough to get a patch of color you can really see.) If you move the card closer to the screen, the patches of light will eventually overlap and you will see the mixtures of each pair of colors.

If you want to experiment further, find out what happens when you use different colors of paper or poster board for the screen. Try yellow, green, blue, red, or purple paper, and so on.

Resources

Watch this video to see Teacher Institute staff present this activity in a workshop designed to help teachers bring Science Snacks into the classroom.



Şərhlər:

  1. Shakora

    və bunu istəyən tək sən deyilsən

  2. Karcsi

    I read it with pleasure



Mesaj yazmaq