25.1: El ojo humano

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objetivos de aprendizaje

Identificar partes del ojo humano y sus funciones

El ojo humano es la puerta de entrada a uno de nuestros cinco sentidos. El ojo humano es un órgano que reacciona con la luz. Permite la percepción de la luz, la visión del color y la percepción de profundidad. ¡Un ojo humano normal puede ver alrededor de 10 millones de colores diferentes! Hay muchas partes de un ojo humano, y eso es lo que vamos a cubrir en este átomo.

Propiedades

Contrario a lo que se podría pensar, el ojo humano no es una esfera perfecta, sino que está formado por dos piezas de formas diferentes, la córnea y la esclerótica. Estas dos partes están conectadas por un anillo llamado limbo. La parte del ojo que se ve es el iris, que es la parte colorida del ojo. En medio del iris se encuentra la pupila, el punto negro que cambia de tamaño. La córnea cubre estos elementos, pero es transparente. El fondo de ojo está en lo opuesto de la pupila, pero dentro del ojo y no se puede ver sin instrumentos especiales. El nervio óptico es lo que transmite las señales del ojo al cerebro. es un diagrama del ojo. El ojo humano se compone de tres capas:

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Diagrama del Ojo Humano: La córnea y el cristalino de un ojo actúan juntos para formar una imagen real sobre la retina fotosensible, la cual tiene su concentración más densa de receptores en la fóvea y un punto ciego sobre el nervio óptico. El poder de la lente de un ojo es ajustable para proporcionar una imagen en la retina para diferentes distancias de objeto. Aquí se muestran capas de tejidos con índices variables de refracción en el cristalino. No obstante, se han omitido de otras imágenes para mayor claridad.

Capa más externa — compuesta por la córnea y la esclerótica.
Capa Media — compuesta por la coroides, el cuerpo ciliar y el iris.
Capa más interna — la retina, que se puede ver con un instrumento llamado oftalmoscopio.

Una vez que estás dentro de estas tres capas, está el humor acuoso (fluido claro que está contenido en la cámara anterior y la cámara posterior), el cuerpo vítreo (gelatina transparente que es mucho más grande que el humor acuoso) y la lente flexible. Todos estos están conectados por el alumno.

Dinámica

Siempre que el ojo se mueve, aunque sea un poco, reajusta automáticamente la exposición ajustando el iris, lo que regula el tamaño de la pupila. Esto es lo que ayuda a que el ojo se ajuste a lugares oscuros o luces realmente brillantes. El cristalino del ojo es similar a uno en gafas o cámaras. El ojo humano tiene una abertura, igual que una cámara. La pupila cumple esta función, y el iris es el tope de apertura. Las diferentes partes del ojo tienen diferentes índices de refracción, y esto es lo que dobla los rayos para formar una imagen. La córnea proporciona dos tercios del poder al ojo. La lente proporciona la potencia restante. La imagen pasa por varias capas del ojo, pero ocurre de una manera muy similar a la de una lente convexa. Cuando la imagen finalmente llega a la retena, se invierte, pero el cerebro corregirá esto. muestra lo que sucede.

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Diagrama de visión: Se forma una imagen en la retina con rayos de luz que convergen la mayoría en la córnea y al entrar y salir del cristalino. Los rayos de la parte superior e inferior del objeto se trazan y producen una imagen real invertida en la retina. La distancia al objeto se dibuja más pequeña que la escala.

Movimiento de los ojos

Cada ojo tiene seis músculos; recto lateral, recto medial, recto inferior, recto superior, oblicuo inferior y oblicuo superior. Todos estos músculos proporcionan diferentes tensiones y pares para controlar el movimiento del ojo. Estos son algunos ejemplos de tipos de movimiento ocular:

Movimiento rápido de los ojos — A menudo referido como REM, esto sucede en la etapa de sueño cuando ocurren los sueños más vívidos.
Saccada — Estos son movimientos rápidos y simultáneos de ambos ojos, y es controlado por el lóbulo frontal del cerebro.
Reflejo vestibulo-ocular — Este es el movimiento del ojo que es opuesto al movimiento de la cabeza y mantiene el objeto que estás mirando en el centro de la visión.
Movimiento de Persecución — Este es el movimiento de seguimiento cuando estás siguiendo un objeto en movimiento. Es menos preciso que el reflejo vestibulo-ocular.

Visión del color

Usando las células cónicas en la retina, percibimos imágenes en color; cada tipo de cono ve específicamente en regiones de rojo, verde o azul.

objetivos de aprendizaje

Explicar cómo el ojo humano percibe los colores

Con la vista humana, las células cónicas son responsables de la visión del color. A partir de ahí, es importante entender cómo se percibe el color. Usando las células cónicas en la retina, percibimos imágenes en color. Cada tipo de cono ve específicamente en regiones de rojo, verde o azul, (RGB), en el espectro de color rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo, violeta.

Los colores entre estos absolutos se ven como diferentes combinaciones lineales de RGB. Es por ello que los televisores y las pantallas de computadoras están conformadas por miles de pequeñas luces rojas, verdes o azules, y por qué los colores en forma electrónica están representados por diferentes valores de RGB. Estos valores suelen darse en el valor de su frecuencia en forma logarítmica.

Espacio de color YUV

El ojo humano es más sensible a los cambios de intensidad que a los cambios de color, razón por la cual es aceptable utilizar la fotografía en blanco y negro en lugar del color y por qué la gente todavía puede distinguir todo en la foto sin colores. La intensidad, o luminancia Y, se puede encontrar a partir de la siguiente ecuación:

\[\left. \begin{array} { l } { \mathrm { Y } = 0.3 \mathrm { R } + 0.6 \mathrm { G } + 0.1 \mathrm { B } } \\ { \mathrm { Y } = 0.3 \mathrm { R } + 0.6 \mathrm { G } + 0.1 \mathrm { B } } \end{array} \right.\]

La ecuación anterior trata de la luminancia, pero la crominancia (que trata de colores) se puede encontrar a partir de las siguientes ecuaciones:

\[\left. \begin{array} { l } { \mathrm { U } = 0.5 ( \mathrm { BY } ) } \\ { \mathrm { U } = 0.5 ( \mathrm { B } - \mathrm { Y } ) } \\ { \mathrm { V } = 0.625 ( \mathrm { R } - \mathrm { Y } ) } \end{array} \right.\]

\[\mathrm { V } = 0.625 ( \mathrm { R } \mathrm { Y } )\]

Puede pasar de espacios de color RGB a YUV con la siguiente operación matricial:

\[\left( \begin{array} { c } { \mathrm { Y } } \\ { \mathrm { U } } \\ { \mathrm { V } } \end{array} \right) = \mathrm { C } * \left( \begin{array} { l } { \mathrm { R } } \\ { \mathrm { G } } \\ { \mathrm { B } } \end{array} \right)\]

Donde C es igual a:

\[\left( \begin{array} { c c c } { 0.3 } & { 0.6 } & { 0.1 } \\ { - 0.15 } & { - 0.3 } & { 0.45 } \\ { 0.4375 } & { - 0.3750 } & { - 0.0625 } \end{array} \right)\]

Sensibilidad Visual

En, podemos ver que

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Sensibilidad Visual: Esta gráfica muestra la sensibilidad del ojo a los componentes de luminancia (Y) y crominancia (U, V) de las imágenes. La escala horizontal es la frecuencia espacial, y representa la frecuencia de un patrón alterno de franjas paralelas con intensidad sinusoidalmente variable. La escala vertical es la sensibilidad al contraste de la visión humana, que es la relación entre el rango máximo visible de intensidades y la variación mínima discernible de la intensidad pico a pico a la frecuencia especificada.

la sensibilidad máxima a Y ocurre para frecuencias espaciales alrededor de 5 ciclos/grado, lo que corresponde a patrones rayados con un medio periodo (ancho de banda) de 1.8 mm a una distancia de 1 m (~longitud de brazo).
El ojo tiene muy poca respuesta por encima de 100 ciclos/grado, lo que corresponde a un ancho de banda de 0.1 mm a 1 m. ¡En una pantalla PC estándar de ancho 250 mm, esto requeriría 2500 pels por línea! Por lo tanto, el estándar SVGA actual de 1024×768 pels aún queda algo por debajo del ideal y está limitado por el tamaño del punto CRT. Las pantallas modernas para portátiles tienen un tamaño de pel de aproximadamente 0.3 mm, pero son agradables de ver porque los bordes del pel son muy nítidos (y no hay parpadeo).
La sensibilidad a la luminancia disminuye a bajas frecuencias espaciales, lo que demuestra que no somos muy buenos para estimar los niveles de luminancia absoluta siempre que no cambien con el tiempo; la sensibilidad de la luminancia a las fluctuaciones temporales (parpadeo) no disminuye a bajas frecuencias espaciales.
La sensibilidad máxima a la crominancia es mucho menor que la sensibilidad máxima a la luminancia, siendo la sensibilidad azul-amarilla (U) aproximadamente la mitad de la sensibilidad al rojo-verde (V) y aproximadamente 16 de la sensibilidad máxima a la luminancia.
Las sensibilidades de crominancia caen por encima de 1 ciclo/grado, requiriendo un ancho de banda espacial mucho menor que la luminancia.

Ahora podemos ver por qué es mejor convertir al dominio YUV antes de intentar la compresión de imágenes. Los componentes U y V pueden muestrearse a una velocidad menor que Y (debido a un ancho de banda más estrecho) y pueden cuantificarse de manera más gruesa (debido a una menor sensibilidad de contraste).

Resolución del Ojo Humano

El ojo humano es un órgano de los sentidos que permite la visión y es capaz de distinguir alrededor de 10 millones de colores.

objetivos de aprendizaje

Describir el campo de visión y la sensibilidad al color del ojo humano

El ojo humano es un órgano que reacciona a la luz en muchas circunstancias. Como órgano de los sentidos conscientes, el ojo humano permite la visión; las células bastoncillos y conos en la retina permiten la percepción consciente de la luz y la visión, incluyendo la diferenciación del color y la percepción de profundidad. El ojo humano puede distinguir alrededor de 10 millones de colores. Un modelo del ojo humano se puede ver en.

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Diagrama esquemático del ojo humano: estructura del ojo y primer plano de la retina.

La retina del ojo humano tiene una relación de contraste estático de alrededor de 100:1 (aproximadamente 6.5 f-stops). Tan pronto como el ojo se mueve, reajusta su exposición, tanto química como geométricamente, ajustando el iris (que regula el tamaño de la pupila). La adaptación inicial a la oscuridad se lleva a cabo en aproximadamente cuatro segundos de oscuridad profunda e ininterrumpida; la adaptación completa, a través de ajustes en la química retiniana, se completa mayormente en treinta minutos. Por lo tanto, es posible una relación de contraste dinámico de aproximadamente 1,000, 000:1 (aproximadamente 20 f-stops). El proceso es no lineal y multifacético, por lo que una interrupción por luz inicia nuevamente el proceso de adaptación. La adaptación completa depende del buen flujo sanguíneo (por lo tanto, la adaptación a la oscuridad puede verse obstaculizada por la mala circulación y los vasoconstrictores como el tabaco).

El ojo incluye una lente no diferente a las lentes que se encuentran en los instrumentos ópticos (como las cámaras). Se pueden aplicar los mismos principios. La pupila del ojo humano es su apertura. El iris es el diafragma que sirve como tope de apertura. La refracción en la córnea hace que la abertura efectiva (la pupila de entrada) difiera ligeramente del diámetro físico de la pupila. La pupila de entrada es típicamente de unos 4 mm de diámetro, aunque puede variar de 2 mm (f/8.3) en un lugar muy iluminado a 8 mm (f/2.1) en la oscuridad. Este último valor disminuye lentamente con la edad; los ojos de las personas mayores a veces se dilatan a no más de 5-6mm.

El campo de visión aproximado de un ojo humano individual está a 95° de distancia de la nariz, 75° hacia abajo, 60° hacia la nariz y 60° hacia arriba, lo que permite que los humanos tengan un campo de visión horizontal orientado hacia adelante de casi 180 grados. Con una rotación del globo ocular de aproximadamente 90° (rotación de la cabeza excluida, visión periférica incluida), el campo de visión horizontal es tan alto como 170°. Alrededor de 12—15° temporal y 1.5° por debajo de la horizontal está el nervio óptico o punto ciego que tiene aproximadamente 7.5° de alto y 5.5° de ancho.

Miopía, hipermetropía y corrección de la visión

Para que el ojo humano pueda ver con claridad, la imagen necesita formarse directamente sobre la retina; si no lo es, la imagen es borrosa.

objetivos de aprendizaje

Identificar los factores responsables de la miopía y los defectos de visión de hipermetropía

El ojo humano es la puerta de entrada a uno de nuestros cinco sentidos. El ojo humano es un órgano que reacciona con la luz. Permite la percepción de la luz, la visión del color y la percepción de profundidad, pero no todos los ojos son perfectos. ¡Un ojo humano normal puede ver alrededor de 10 millones de colores diferentes!

Propiedades

Contrario a lo que se podría pensar, el ojo humano no es una esfera perfecta, sino que está formado por dos piezas de formas diferentes, la córnea y la esclerótica. Estas dos partes están conectadas por un anillo llamado limbo. La parte del ojo que se ve es el iris, que es la parte colorida del ojo. En medio del iris se encuentra la pupila, que es el punto negro que cambia de tamaño. La córnea cubre estos elementos, pero es transparente. El fondo de ojo está en lo opuesto de la pupila, pero dentro del ojo y no se puede ver sin instrumentos especiales. El nervio óptico es lo que transmite las señales del ojo al cerebro. muestra un diagrama del ojo.

Visión

Las diferentes partes del ojo tienen diferentes índices de refracción, y esto es lo que dobla los rayos para formar una imagen. La córnea proporciona dos tercios del poder al ojo. La lente proporciona la potencia restante. La imagen pasa por varias capas del ojo, pero esto sucede de una manera muy similar a la de una lente convexa. Cuando la imagen finalmente llega a la retena, se invierte, pero el cerebro corregirá esto. Para que la visión sea clara, la imagen tiene que formarse directamente sobre la retina. Se necesita cambiar el enfoque, al igual que una cámara, dependiendo de la distancia y el tamaño del objeto. El cristalino del ojo es flexible y cambia de forma. Esto cambia la distancia focal. Los músculos ciliares del ojo controlan la forma del cristalino. Cuando te enfocas en algo, aprietas o relajas estos músculos.

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Visión Cercana

La miopía, o miopía es un defecto de la visión que se produce cuando el foco de la imagen está frente a la retina. Esto se muestra en. Los objetos cercanos se ven bien, pero los objetos distantes son borrosos. Esto se puede corregir colocando lentes divergentes frente al ojo. Esto hará que los rayos de luz se extiendan antes de que entren al ojo.

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Visión Cercana: Esto ocurre cuando la imagen se forma antes de la retina

Visión de lejos

La hipermetropía, o hipermetropía, es un defecto de la visión que se produce cuando el foco de la imagen está detrás de la retina. Esto se muestra en. Los objetos distantes se ven bien, pero los objetos más cercanos son borrosos. Esto se puede corregir colocando lentes convergentes frente al ojo. Esto hará que los rayos de luz converjan ligeramente juntos antes de que entren al ojo.

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Visión de lejos: Esto ocurre cuando la imagen se forma detrás de la retina

Puntos Clave

El ojo está formado por varias partes, incluyendo el iris, la pupila, la córnea y la retina.
El ojo tiene seis músculos que controlan el movimiento del ojo, todos proporcionando diferentes tensiones y torque.
El ojo funciona mucho como una cámara, la pupila proporciona el f-stop, el iris el tope de apertura, la córnea se asemeja a una lente. La forma en que se forma la imagen es muy parecida a la forma en que una lente convexa forma una imagen.
Los conos en la retina son los encargados de ver los colores. Hay tres tipos de conos, cada tipo solo puede recoger un color: rojo, verde o azul. Es por ello que los televisores y las pantallas de las computadoras están compuestas por miles de pequeñas luces rojas, verdes o azules.
El ojo humano es más sensible a los cambios de intensidad que a los cambios de color, razón por la cual es aceptable utilizar la fotografía en blanco y negro en lugar del color y por qué la gente todavía puede distinguir todo en la foto sin colores.
Los colores suelen estar escritos en diferentes valores de rojo, verde o azul. Cada valor es la forma logarítmica de esa frecuencia.
La retina del ojo humano tiene una relación de contraste estático de alrededor de 100:1 y una relación de contraste dinámico de aproximadamente 1,000. 000:1.
El ojo incluye una lente no diferente a las lentes que se encuentran en los instrumentos ópticos, como las cámaras.
El campo de visión aproximado de un ojo humano individual está a 95° de distancia de la nariz, 75° hacia abajo, 60° hacia la nariz y 60° hacia arriba, lo que permite que los humanos tengan un campo de visión horizontal orientado hacia adelante de casi 180 grados.
El punto focal de la imagen cambiará dependiendo de cómo se forme la lente. Tu lente cambia dependiendo de la distancia del objeto, por la relajación o contracción de los músculos, y esto controla la distancia focal.
La miopía cercana ocurre cuando la imagen se forma antes de la retina.
La hipermetropía ocurre cuando la imagen se forma detrás de la retina.

Términos Clave

pupila: El agujero en la mitad del iris del ojo, a través del cual pasa la luz para enfocarse en la retina.
apertura: El diámetro de la abertura que restringe el ancho de la trayectoria de la luz a través de todo el sistema. Para un telescopio, este es el diámetro de la lente objetivo (por ejemplo, un telescopio puede tener una abertura de 100 cm).
luminancia: La intensidad de un objeto, independiente de su color.
relación de contraste estático: Relación de luminosidad del color más brillante y oscuro que el sistema es capaz de procesar simultáneamente en cualquier instante de tiempo.
relación de contraste dinámico: Relación de luminosidad del color más brillante y oscuro que el sistema es capaz de procesar a lo largo del tiempo (mientras la imagen se mueve).
campo de visión: La extensión angular de lo que se puede ver, ya sea con el ojo o con un instrumento óptico o cámara.
miopía: Un trastorno de la visión donde los objetos distantes aparecen borrosos porque el ojo enfoca sus imágenes frente a la retina en lugar de sobre ella.
hipermetropía: Un trastorno de la visión donde el ojo enfoca imágenes detrás de la retina en lugar de sobre ella, para que los objetos distantes se puedan ver mejor que los objetos cercanos.

LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

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Ojo humano. Proporcionado por: Wikipedia. Ubicado en: es.wikipedia.org/wiki/Human_Eye. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
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apertura. Proporcionado por: Wikcionario. Ubicado en: es.wiktionary.org/wiki/aperture. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
pupila. Proporcionado por: Wikcionario. Ubicado en: es.wiktionary.org/wiki/pupil. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
Colegio OpenStax, Física del Ojo. 25 de diciembre de 2012. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m42482/latest/. Licencia: CC BY: Atribución
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Óptica. Proporcionado por: Wikipedia. Ubicado en: es.wikipedia.org/wiki/Optics. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
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luminancia. Proporcionado por: Wikipedia. Ubicado en: es.wikipedia.org/wiki/Luminance. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
Colegio OpenStax, Física del Ojo. 25 de diciembre de 2012. Proporcionado por: OpenStax CNX. Ubicado en: http://cnx.org/content/m42482/latest/. Licencia: CC BY: Atribución
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Óptica. Proporcionado por: Wikipedia. Ubicado en: es.wikipedia.org/wiki/Optics. Licencia: CC BY-SA: Atribución-CompartirIgual
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