Фокусное расстояние глаза: Фокусное расстояние глаза. Какое же оно?

Содержание

Фокусное расстояние глаза. Какое же оно?

Перед началом статьи обращаюсь к маленьким фотографам — запасайтесь огнетушителями.
Поехали!

В этот раз я постараюсь обойтись без аналогий глаза с фотоаппаратом и мозга с компьютером. Почему?
С самых первых попыток изучения мозга человеком люди искали аналогии для облегчения понимания/объяснения его работы. Для каждой эпохи были свои примеры — человек сравнивал мозг с самым сложным устройством своего времени:
— паровые машины,
— ламповая техника,
— сегодня это компьютеры,
— в будущем…
Обратимся за материалом к учебникам по физиологии, дабы избежать ненужных заблуждений.

Глаз как оптическая система

На этом рисунке добавил пояснения для удобства.

Начнём с руководства по офтальмологии.
Суммарная преломляющая сила всей оптической проводящей системы глаза называется физической рефракцией.

Диоптрии всех оптических сред глазного яблока:
— роговица ~ 43 дптр,
— передняя камера ~ 3 дптр,
— хрусталик ~ 19–33 дптр,
— стекловидное тело ~ 6 дптр.
Необходимо понимать, что первые три среды являются собирающими свет, а стекловидное тело рассеивает его, поэтому при расчёте мы отнимаем это значение.
Сила преломления рассчитывается в диоптриях по простой формуле:
Д=Др+Дп.к+Дхр-Дст.т.= 43+3+19–6=59 дптр

Значение хрусталика в этом расчёте принято 19 дптр, так как оно соответствует его рефракции в расслабленном состоянии, когда мы смотрим в даль.

Дальше переводим диоптрии в миллиметры:
F=1/Д=1/59=0,0169 м=17 мм.

Вывод: фокусное расстояние глаза человека ~17 мм.

На этапе изучения оптических свойств глаза мы имеем значение ~17 мм.
Но, думаю, кто-то возразит — фокусное расстояние должно быть около 50 мм!

Почему должно и почему некоторым так кажется? Для ответа на этот вопрос мы двинемся дальше — в зрительную кору.

Зрительная кора

Дэвид Хьюбел и Торстен Визель в своих знаменитых работах по физиологии зрения установили, что путь сетчатка→ЛКТ→первичная зрительная кора имеет топографическую организацию.
Это говорит нам о том, что порядок, в котором волокна зрительного нерва выходят из сетчатки сохраняется и в коре V1.
А визуализировать это утверждение смог Р. Тутелл. Для этого он взял макака, нашпиговал его транквилизаторами и в течение 45 минут показывал мишень с тремя радиальными кружками. Обезьян смотрел на рисунок только одним глазом. Перед всей этой затеей животному сделали инъекцию радиоактивной 2-дезоксиглюкозы.
Так как нейроны питаются исключительно глюкозой, то можно легко отследить самые активные клетки — они потребляют больше всего сахара.
После этого первичную зрительную кору макаки растянули, заморозили и проявили радиоактивные метки.

Результат на рисунке ниже.

Самый маленький кружок в центре мишени на топографической проекции в коре занимает площадь совсем немного меньше, чем площадь внешнего круга.

У человека этот эффект ещё более выражен — центральная часть поля зрения проецируется на бОльшие площади в коре.
Для облегчения понимания был создан такой рисунок:

Здесь прекрасно видно, как увеличивается изображение с центра сетчатки.
Сделаю ударение на том, что это не оптическое, а феноменальное увеличение.

Подведём итог:
— фокусное расстояние ~17 мм,
— охват поля зрения одного глаза по горизонтали 140 — 160˚,
— изображение с центральной части сетчатки создаёт в коре ощущение (феномен) увеличенной картинки, хотя оптически проекция равномерная.

Литература:
В.В. Вит «Строение зрительной системы человека» 2003 г.
Е.А. Егоров «Офтальмология» 2010 г.

С.А. Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.
Новохатский А.Г. «Клиническая периметрия», 1973 г.
Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»
Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»
Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»
Джон Николлс, А.

Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»
Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

Ссылки:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089662730700774X
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10944/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5446894/

Оптическая система глаза — Исток Аудио Лабс

С точки зрения физики глаз человека представляет собой оптически центрированную систему – система, представляющая собой совокупность отражающих и преломляющих сред, оптические центры которых лежат на одной прямой.

Оптическая система глаза представлена рядом преломляющих сред: роговица, влага передней и задней камера глаза, хрусталик, стекловидное тело. Проходя все эти преломляющие среды лучи света фокусируются на сетчатке, чувствительной части глаза. Каждая из сред имеет свой показатель преломления, среды разделены преломляющими поверхностями, которые имеют разный радиус кривизны.

Поэтому луч света, попадающий в глаз, неоднократно меняет свое направление. Чем больше преломляющая сила оптической системы, тем короче фокусное расстояние (расстояние от центра оптической системы до точки схождения преломленных лучей).

Рис.1 – схематичный глаз, с обозначением наиболее важных преломляющих сред

С позиции оптики роговица представляет собой вогнуто-выпуклую линзу, в норме значение ее оптической силы в среднем равно 43,06 диоптрий

Рис.2 – фото роговицы vs часовое стекло

Хрусталик является двояковыпуклой линзой, подвешенной на связках на мышцах внутри глаза, напряжение и расслабление которых приводит к изменению кривизны передней и задней поверхности линзы, увеличению или уменьшению толщины хрусталика и, как следствие, его оптической силы (от 19,11 до 33,06 диоптрий в процессе фокусировки на ближнее и дальнее расстояние).

Рис. 3 – фото хрусталика vs стеклянная двояковыпуклая линза

Рис. 4 – схема осуществления аккомодации за счет изменения кривизны (толщины) хрусталика (1 – глаз в расслабленном состоянии, 2 – глаз, сфокусированный на предмете, находящийся на близком расстоянии, 3 – глаз, сфокусированный на предмете, находящемся на дальнем расстоянии)

При рассматривании дальних предметов преломляющая сила глаза составляет 59 диоптрий, при рассматривании близких предметов — 70,5 диоптрий. Ввиду того, что показатели преломления влаги передней и задней камер, а так же стекловидного тела в меньшей степени отличается от показателя преломления воздуха, в отличие от показателей преломления роговицы и хрусталика. Зрительное восприятие обеспечивается оптической системой глаза и начинается с передачи изображения на сетчатку. Изображение на сетчатке глаза получается действительным, уменьшенным, перевернутым. Хотя изображение на сетчатке перевернутое, мы видим предметы в прямом виде благодаря повседневной тренировке центрального представительства зрительной сенсорной системы.

Какое фокусное расстояние объектива наиболее близко напоминает перспективу человеческого глаза?

Я помню, как смотрел в видоискатель одним глазом, а вокруг — другим, полагая, что он будет соответствовать «естественному» размеру. Это было около 55 мм. Но это не обязательно верно …

Плюс это зависит от характера печати! Посмотрите на окончательный вариант. Скажем, фото 4 на 6, на расстоянии чтения. Поднимите его, оставив расстояние до глаза одинаковым, и оно должно выглядеть точно так же, как в исходном положении проволочной рамки (окна).

Так что это зависит от размера отпечатка и расстояния просмотра. Обрезка изменяет это, а это означает, что вам понадобится более короткая линза, если вы планируете поля для обрезки позже. Современный компьютерный просмотр, вероятно, отличается от «печати», и даже 4 на 6 — это не то, что использовалось для этого.

Если вы хотите, чтобы люди не выглядели смешно, используйте определенную длину телефото.

Задняя часть глаза не является плоской, и проекция не «корректируется» (но отображение того, какой пиксель находится там, где не действует эффект проецирования), так что на самом деле такого не бывает без специального оборудования. Однако на расстоянии считывания сканирование макулы над «окном» дает эффект, довольно близкий к плоскому, за исключением того, что у вас два глаза, и они не могут совмещаться одновременно, а восприятие корректируется с учетом расположения глаз. против оси вращения головы, и это показывает видимые различия, если вы проследите окно против удержания обычной фотографии.

Но чтобы быть точным в том, что имеется в виду, и чтобы показать, что оно точное, «окно» — это определение, которое нужно использовать. Это то, что делают режиссеры, когда они протягивают руку, чтобы определить углы кадра.

Если отпечаток удерживается таким образом, что лицо человека в натуральную величину (поместите его там, где должно быть окно), оно выглядит нежелательным, если вы находитесь ближе к окну печати / окну, чем вы бы обычно смотрели на человека.

Нарушение рефракции глаза » Офтальмологический центр «Добрый взгляд»

Рефракция – это преломление света в оптической системе. Учение о рефракции строится на законах оптики, поэтому вспоминаем школьный курс физики и вперед! Прежде чем поговорить о нарушениях рефракции, нужно узнать что же она из себя представляет. А затем рассмотрим как происходит нарушение рефракции глаз.
Существует 2 вида рефракции глаза: физическая и клиническая. Начнем с физической:

Физическая рефракция глаза — это преломляющая сила оптической системы глаза, выраженная в диоптриях.
Диоптрия (этот термин должен быть хорошо знаком тем, кто носит очки) – единица измерения преломляющей способности оптического стекла. Например, 1 диоптрия (D) – преломляющая сила стекла с фокусным расстоянием 1 м. Сила стекла обратно пропорциональна фокусному расстоянию. Т. е. если у нас линза силой в 2 D, то фокусное расстояние будет равно (1/2) 0,5 м.

Глаз человека представляет собой сложную оптическую систему, в состав которой входят два основных отдела: светопроводящий и световоспринимающий. Светопроводящий отдел составляют прозрачные среды глаза:

Роговица. Ее преломляющая сила составляет в среднем 40,0 D;
Влага передней камеры – служит проводником лучей;
Хрусталик – преломляющая сила составляет 20,0 D;
Стекловидное тело – является в основном проводником лучей, преломляющая сила составляет 1,5 – 2,0 D.

В общей сложности физическая рефракция глаза взрослого человека составляет примерно 60,0 D.
Световоспринимающим отделом является сетчатая оболочка. Изображение предметов внешнего мира воспроизводится на сетчатке с помощью оптической системы светопроводящих сред. Лучи света, отраженные от рассматриваемых предметов, проходят через четыре преломляющие поверхности: переднюю и заднюю поверхности роговицы, переднюю и заднюю поверхности хрусталика. При этом каждая из них отклоняет луч от первоначального направления, в результате в фокусе оптической системы глаза образуется действи-тельное, но перевернутое изображение рассматриваемого предмета.

Теперь поговорим о клинической рефракции.
Клиническая рефракция — характеризуется положением заднего главного фокуса по отношению к сетчатке, иными словами отображает сходятся ли преломленные лучи на сетчатке или нет.

Если сходятся, то такая рефракция называется эмметропией (Em). Такая рефракция у здорового глаза и обладатель таких глаз прекрасно видит и вблизи и вдали.
Если лучи, преломленные в оптических средах глаза собираются ЗА сетчаткой, то такая рефракция называется гиперметропией (Hm). Человек с такой рефракции зачастую видит и вблизи и вдали.
Если лучи сходятся перед сетчаткой, то такая рефракция называется миопией. Человек с такой рефракцией плохо видит вдаль и хорошо вблизи.

Астигматизм – сочетание в одном глазу различных видов рефракции или разных степеней одного вида рефракции.В астигматических глазах две перпендикулярные плоскости сечения с наибольшей и наименьшей преломляющей силой называются главными меридианами. Чаще они взаимно перпендикулярны и располагаются вертикально и горизонтально, однако могут иметь и косое расположение, образуя астигматизм с косыми осями.

Размытое или искаженное зрение вблизи

Видение здоровым глазом

Видение пораженным глазом

Пресбиопия

Пресбиопия или возрастная дальнозоркость — это снижение способности фокусирования глаза, которое провоцирует потерю остроты ближнего зрения. Обычно проявляется в 40-45 лет.

Это обусловлено потерей эластичности хрусталиком — естественной линзы глаза, расположенной между роговицей и сетчаткой.

Хрусталик обладает способностью аккомодации, то есть изменять фокусное расстояние. Можно сказать, как “zoom” фотокамеры.

С возрастом хрусталик теряет эластичность и фокусировку, что приводит к возрастной дальнозоркости.
Люди с пресбиопией имеют трудности с фокусированием на близких изображениях, что провоцирует ощущение “танцующих” или размытых букв.

Для большей информации об этой патологии, нажмите на эту ссылку.

Как действовать?

Начиная с 40 лет рекомендуется реализовать комплексный офтальмологический осмотр каждые 1-2 года.
Пресбиопию можно корректировать с помощью очков и путем рефракционной хирургии в тех случаях, когда она связана с другими рефракционными проблемами или катарактой.

Гиперметропия

Гиперметропия (дальнозоркость) – это дефект рефракции глаза. Изображение предметов фокусируется не на определенной области сетчатки, а в плоскости за ней, что приводит к нечеткости изображения, особенно вблизи.

Для большей информации об этом рефракционном дефекте, нажмите эту ссылку.

Как действовать?

Гиперметропия легко корректируется с помощью очков с собирающими линзами или контактными линзами.
Если пациент хочет обойтись без оптической коррекции, можно применить некоторые виды роговичной рефракционной хирургии, которая показана людям с низкой степенью гиперметропии.
Другим вариантом являются факичные линзы (между роговицей и хрусталиком), которые показаны пациентам с более высокой степенью дефекта.
Для пациентов старше 40-45 лет решением могут являться псевдофакичные линзы (которые заменяют хрусталик).

Катаракта искусственный хрусталик ИОЛ лучший выбор для замены

Микроразрезы при операции

Профессионализм хирурга и современные линзы — ваша безопасность

Настоящие премиум-линзы изготовлены из таких материалов, которые позволяют их имплантировать через микроразрез величиной всего 1,8 мм. Это обеспечивает настоящую безопасность при проведении операции, так как роговица остается практически неповрежденной. Имплантация линз через микропрокол в 1,8 мм является в настоящее время наиболее передовой технологией в лечении катаракты.

Уменьшение размера разреза обеспечивает максимальную безопасность и надежность технологии проведения операции. Процедура менее агрессивна по сравнению с традиционной операцией, что приводит к более быстрому выздоровлению, восстановление всех зрительных функций происходит намного быстрее. Микроразрез надежно предотвращает развитие послеоперационного астигматизма, который имеет место при имплантации традиционных линз.

Клинические исследования показали преимущество имплантации линз с минимальным сечением 1,8 мм в отношении осложнений, а также отличную послеоперационную стабильность и высокое качество зрения.

Стандартные хрусталики

При выборе стандартного хрусталика для лечения катаракты пациенту имплантируется прозрачная монофокальная ИОЛ, способная очень четко фокусировать зрение только на одном расстоянии. Обычно расчет ИОЛ осуществляется таким образом, что пациент хорошо видит вдаль (5 метров и далее). Для хорошего видения на среднем расстоянии (компьютер) или вблизи (чтение книги) пациенту подбираются две пары очков.

Такие линзы очень хорошо компенсируют наличие миопии или гиперметропии, но не могут компенсировать астигматизм, если он имеется.

Премиум-линзы

Естественные фильтры для защиты ваших глаз

Линзами премиум-класса являются хрусталики желтого цвета NATURAL, наряду с УФ-фильтром они также имеют дополнительные специальные функции.

Эти ИОЛ представляют собой усовершенствованную защиту от агрессивного коротковолнового синего света. В ходе многолетних исследований выявлено, что синий свет, особенно высокой энергии, может повредить сетчатку.

Кроме того, естественный хрусталик увеличивает поглощение синего света с возрастом. Это формирует в естественном хрусталике желтый краситель, который действует как естественный фильтр. Хрусталик поглощает вредный синий свет и защищает сетчатку. Те же функции имеют хрусталики премиум-класса. Таким образом, при выборе этой ИОЛ сетчатка надежно защищена и ее тяжелых повреждений можно избежать.

Инновационные интраокулярные линзы

Для вашего наилучшего видения

Еще одним шагом развития линз премиум-класса является их асферичность. Такие хрусталики обладают значительно более высоким оптическим качеством по сравнению со стандартными линзами. Специальный оптический эффект таких линз достигается с помощью их особой геометрии. С внутренней стороны линза более плоская, чем с наружной, подобно нашему родному хрусталику. Результатом такой оптимизации является то, что световые лучи, проходящие через ИОЛ, не рассеиваются, как в обычных линзах, а с самой высокой точностью фокусируются на сетчатке глаза, что позволяет получать более четкое изображение, чем со стандартными линзами. Кроме того, такие хрусталики имеют увеличенное фокусное расстояние, позволяя пациенту отлично видеть на дальних и средних расстояниях, а очками пользоваться исключительно для чтения.

В повседневной практике асферические линзы обеспечивает лучшую контрастность и ночного видения, поэтому именно они рекомендованы водителям, военным, полицейским.

Торические линзы

Стандартный искусственный хрусталик позволяет компенсировать при операции миопию или гиперметропию. Присущий многим роговичный астигматизм остается некорригированным и существенно снижает зрение. Для его коррекции требуется дополнительная лазерная операция.

Инновационная торическая линза дает возможность проводить коррекцию близорукости, дальнозоркость, а также астигматизма. Для получения идеального зрения с такой линзой требуется одна операция вместо двух. Эти ИОЛ подбираются только индивидуально, с учетом всех особенностей глаза и, как правило, требуют индивидуального изготовления на заказ.

Использование такой линзы является больше, чем чисто медицинским вмешательством по поводу катаракты. Одновременно вы значительно улучшаете качество жизни.

Близорукость и дальнозоркость :: Класс!ная физика

Глаз человека — это оптическая система. Лучи света, попадающие в глаз, преломляются на поверхности роговицы и хрусталика.
Хрусталик — это прозрачное тело, похожее на линзу. Особая мышца может менять форму хрусталика, делая его то более, то менее выпуклым. Благодаря этому хрусталик то увеличивает, то уменьшает свою кривизну и вместе с ней фокусное расстояние. Оптическую систему глаза можно рассматривать как собирающую линзу с переменным фокусным расстоянием, проецирующую изображение на сетчатку.

Если предмет находится очень далеко, изображение получается на сетчатке глаза без напряжения мышцы хрусталика (то есть когда глаз смотрит вдаль, он находится в расслабленном состоянии). Когда же рассматривается предмет, находящийся вблизи, происходит сжатие хрусталика и уменьшение фокусного расстояния настолько, что плоскость получаемого изображения снова совмещается с сетчаткой.

У некоторых людей глаза в расслабленном состоянии создают изображение предмета не на сетчатке, а перед ней. В результате изображение предмет «расплывается». Такие люди не могут видеть четко удаленные предметы, но зато хорошо видят предметы, находящиеся вблизи. Это наблюдается, если велика ширина глаза или хрусталик слишком выпуклый ( имеет большую кривизну). В этом случае четкое изображение предмета формируется не на сетчатке, а перед ней. Этот недостаток (дефект) зрения называется близорукостью (иначе миопия).

Близоруким людям необходимы очки с рассеивающими линзами. Пройдя через такую линзу, лучи света фокусируются хрусталиком точно на сетчатку. Поэтому близорукий человек, вооруженный очками, может рассматривать удаленные предметы, как и человек с нормальным зрением.

Другие люди хорошо видят далекие предметы, но не могут различить те, что находятся вблизи. У них в расслабленном состоянии четкое изображение удаленных предметов получается за сетчаткой. В результате изображение предмет «расплывается». Это возможно, когда ширина глаза недостаточно большая или хрусталик глаза плоский, тогда человек видит удаленные предметы четко, а близкие плохо. Этот недостаток зрения называется дальнозоркостью.

Особой формой дальнозоркости является старческая дальнозоркость или пресбиопия. Она возникает потому, что с возрастом снижается эластичность хрусталика, и он уже не сокращается так хорошо, как у молодых людей. Дальнозорким людям можно помочь с помощью очков с собирающими линзами.

Очки, являясь простым оптическим прибором, приносят людям, имеющим дефекты зрения, огромное облегчение в повседневной жизни.

Другие страницы по теме «Интересно о зрении»:

История изобретения очков (с древних времен — по 12 век)
История изобретения очков (12-16 века)
История изобретения очков (с 17 века — по наши дни)
Необычные свойства зрения. Опыт
«Слепое пятнышко» в твоем глазу. Опыт
Опыты по цветовому зрению
Загадка Ивана Грозного
Опыты с фильтрами. Цветовое зрение
Объемное зрение. Опыт: дырка в руке
Дальнозоркость и близорукость
У кого глаза лучше?
Как видят близорукие?
Сквозь цветные очки
Зрение при быстром движении
Странное действие увеличительного стекла
Очки для незрячих
Наблюдение дифракции
Наблюдение радуги
Хитрые задачки по оптике

Камера против человеческого глаза

Эта статья началась после того, как я следил за онлайн-дискуссией о том, дает ли объектив 35 мм или 50 мм на полнокадровой камере поле зрения, эквивалентное нормальному человеческому зрению. Это конкретное обсуждение сразу же погрузилось в оптическую физику глаза как камеры и объектива — понятное сравнение, поскольку глаз состоит из переднего элемента (роговицы), кольца диафрагмы (радужная оболочка и зрачок), линзы и датчика. (сетчатка).

Несмотря на всю впечатляющую математику, которую обсуждали в оптической физике глазного яблока, обсуждение не имело логического смысла, поэтому я много читал по этой теме.

Эта статья не принесет никакой прямой выгоды, которая позволит вам сбежать и сделать более качественные снимки, но она может вам показаться интересной. Вы также можете найти это невероятно скучным, поэтому сначала я дам вам свой вывод в виде двух цитат из Гарри Виногранда:

Фотография — это иллюзия буквального описания того, как камера «увидела» кусок времени и пространства.

Фотография — это не предмет фотографирования. Речь идет о том, как эта штука выглядит на снимке .

В основном, проводя все эти исследования о том, как человеческий глаз похож на фотоаппарат, я действительно узнал, что человеческое зрение не похоже на фотографию. В каком-то смысле это объяснило мне, почему я так часто нахожу фотографии намного красивее и интереснее, чем сама сцена.

Глаз как система камеры

Тем не менее, вы найдете несколько других цифр, указанных для фокусного расстояния глаза. Некоторые из них взяты из физических измерений анатомических структур глаза, другие из оптометрических расчетов, некоторые учитывают, что хрусталик глаза и сам размер глаза изменяются при сокращении различных мышц.

Вкратце, однако, одно из часто называемых фокусных расстояний глаза составляет 17 мм (это рассчитывается на основе значения оптометрической диоптрии). Однако более общепринятое значение составляет от 22 до 24 мм (рассчитывается на основе физической рефракции в глазу). В определенных ситуациях фокусное расстояние может быть больше.

Поскольку мы знаем приблизительное фокусное расстояние и диаметр зрачка, относительно легко вычислить апертуру (диафрагму) глаза. При фокусном расстоянии 17 мм и зрачке 8 мм глазное яблоко должно функционировать как f / 2.1 линза. Если мы используем фокусное расстояние 24 мм и зрачок 8 мм, оно должно быть f / 3,5. На самом деле в астрономии был проведен ряд исследований по измерению диафрагмы человеческого глаза, и полученное число оказалось от f / 3,2 до f / 3,5 (Миддлтон, 1958).

Причина в том, что измеренное фокусное расстояние глаза не является тем, что определяет угол зрения человеческого зрения.Я расскажу об этом более подробно ниже, но главное, что только часть сетчатки обрабатывает основное изображение, которое мы видим. (Область основного зрения называется конусом зрительного внимания, остальное, что мы видим, — «периферическое зрение»).

Исследования показали, что конус зрительного внимания имеет ширину около 55 градусов. На 35-миллиметровой полнокадровой камере 43-миллиметровый объектив обеспечивает угол обзора 55 градусов, так что фокусное расстояние обеспечивает точно такой же угол обзора, что и у людей.Блин, если это не на полпути между 35 мм и 50 мм. Итак, первоначальный аргумент окончен, реальный «нормальный» объектив на 35-миллиметровой зеркальной фотокамере не является ни 35-миллиметровым, ни 50-миллиметровым, это что-то среднее между ними.

Глаз — это

, а не — Система камеры

Получив ответ на первоначальное обсуждение, я мог бы оставить все в покое и уйти с еще одной довольно бесполезной мелочью, чтобы поразить моих онлайн-друзей. Но НЕЕЕЕЕТ. Когда мне нужно выполнить кучу работы, я почти всегда предпочитаю потратить еще пару часов на чтение статей о человеческом зрении.

Рассмотрим датчик глаза, сетчатку. Сетчатка почти такого же размера (диаметр 32 мм), что и сенсор полнокадровой камеры (диаметр 35 мм). Однако после этого почти все изменилось.

Сетчатка человеческого глаза

Первое различие между сетчаткой и сенсором вашей камеры довольно очевидно: сетчатка изогнута вдоль задней поверхности глазного яблока, а не плоская, как кремниевый сенсор в камере.Кривизна имеет очевидное преимущество: края сетчатки находятся примерно на том же расстоянии от линзы, что и центр. У плоского сенсора края дальше от объектива, а центр ближе. Преимущество сетчатки — она должна иметь лучшую «резкость по углам».

Человеческий глаз также имеет намного больше пикселей, чем ваша камера, около 130 миллионов пикселей (вы, владельцы 24-мегапиксельных камер, сейчас чувствуете себя скромными?). Однако только около 6 миллионов пикселей глаза являются конусами (которые видят цвет), а остальные 124 миллиона видят только черно-белое изображение.Но снова преимущество сетчатки. Долгое время.

Но если посмотреть дальше, различия станут еще более заметными…

Макула содержит около 150 000 «пикселей» в каждом квадрате 1 мм (сравните это с 24 000 000 пикселей, распределенных по сенсору 35 x 24 мм в 5DMkII или D3x) и обеспечивает наше «центральное зрение» (конус зрительного внимания 55 градусов, упомянутый выше) . В любом случае, центральная часть нашего поля зрения имеет гораздо большую разрешающую способность, чем даже лучшая камера.

Общее поле зрения (область, в которой мы можем видеть движение) человеческого глаза составляет 160 градусов, но за пределами конуса визуального внимания мы не можем распознавать детали, только широкие формы и движение.

Преимущества человеческого глаза по сравнению с камерой немного уменьшаются, когда мы покидаем сетчатку и возвращаемся к мозгу.Камера отправляет данные каждого пикселя с датчика на компьютерный чип для обработки в изображение. Глаз имеет 130 миллионов датчиков в сетчатке, но зрительный нерв, передающий сигналы этих датчиков в мозг, имеет только 1,2 миллиона волокон, поэтому менее 10% данных сетчатки передаются в мозг в любой момент времени. (Отчасти это связано с тем, что химическим датчикам света в сетчатке требуется время, чтобы «перезарядиться» после стимуляции. Отчасти потому, что мозг все равно не мог обработать такой объем информации.)

Подсознательный мозг также посылает сигналы в глаз, слегка перемещая глазное яблоко по схеме сканирования, так что резкое зрение желтого пятна перемещается по интересующему объекту. В течение нескольких секунд глаз фактически отправляет несколько изображений, а мозг обрабатывает их в более полное и детальное изображение.

Подсознательный мозг также отклоняет большую часть входящей полосы пропускания, отправляя в сознательный мозг лишь небольшую часть своих данных. Вы можете контролировать это до некоторой степени: например, прямо сейчас ваш сознательный мозг говорит латеральному коленчатому ядру: «пришлите мне информацию только из центрального зрения, сосредоточьтесь на набранных словах в центре поля зрения, двигайтесь слева направо. правильно, чтобы я мог их прочитать ».Прекратите читать на секунду и, не двигая глазами, попытайтесь увидеть то, что находится в вашем периферийном поле зрения. Секунду назад вы не «видели» этот объект справа или слева от монитора компьютера, потому что периферическое зрение не передавалось в сознательный мозг.

Если вы сконцентрируетесь, даже не двигая глазами, вы хотя бы сможете сказать, что объект находится там. Однако, если вы хотите видеть его ясно, вам придется послать другой мозговой сигнал в глаз, переместив конус визуального внимания на этот объект. Заметьте также, что вы не можете одновременно читать текст и видеть периферийные объекты — мозг не может обработать такой объем данных.

Мозг не работает, когда изображение достигает сознательной части (называемой зрительной корой). Эта область прочно связана с участками памяти мозга, позволяя вам «узнавать» объекты на изображении. Мы все пережили тот момент, когда что-то видим, но не осознаем, что это такое, на секунду или две. После того, как мы это узнали, мы задаемся вопросом, почему, черт возьми, это не стало очевидным сразу.Это потому, что мозгу потребовалась доля секунды, чтобы получить доступ к файлам памяти для распознавания изображений. (Если вы еще не испытали этого, просто подождите несколько лет. Будет.)

На самом деле (и это очень очевидно) человеческое видение — это видео, а не фотография. Даже глядя на фотографию, мозг делает несколько «снимков», перемещая центр фокуса по изображению, складывая и собирая их в окончательное изображение, которое мы воспринимаем. Посмотрите на фотографию в течение нескольких минут, и вы поймете, что подсознательно ваш взгляд скользил по ней, получая обзор изображения, сосредотачиваясь на деталях здесь и там, и через несколько секунд осознавая некоторые вещи в нем, которые не были очевидны на первый взгляд.

Так в чем же смысл?

Что ж, у меня есть некоторые наблюдения, хотя они далеки от того, «какой объектив имеет поле зрения, наиболее схожее с человеческим зрением?». Эта информация заставила меня задуматься о том, что меня так привлекает в одних фотографиях, а не в других. Я не знаю, верны ли какие-либо из этих наблюдений, но это интересные мысли (по крайней мере, для меня). Все они основаны на одном факте: когда мне действительно нравится фотография, я провожу минуту или две, глядя на нее, позволяя своему человеческому зрению сканировать ее, улавливая детали или, возможно, размышляя о деталях, которые не видны.

Фотографии, сделанные с «нормальным» углом зрения (от 35 до 50 мм), кажутся, сохраняют свою привлекательность независимо от их размера. Даже изображения веб-формата, снятые с таким фокусным расстоянием, сохраняют суть кадра. Снимок ниже (сделанный на 35 мм) имеет гораздо больше деталей, если смотреть на большое изображение, но суть очевидна даже на маленьком. Возможно, мозгу удобнее распознавать изображение, которое он видит в обычном поле зрения. Возможно, это потому, что мы, фотографы, склонны подсознательно подчеркивать композицию и объекты на фотографии с «нормальным» углом зрения.

Фотография выше демонстрирует кое-что еще, о чем я всегда интересовался: происходит ли наше увлечение и любовь к черно-белой фотографии, потому что это один из немногих способов, которыми плотные конические (только цветные) рецепторы в нашей макуле вынуждены отправлять изображение в оттенках серого? в наш мозг?

Возможно, нашему мозгу нравится смотреть только на тон и текстуру, без того, чтобы данные о цвете забивали узкую полосу пропускания между глазным яблоком и мозгом.

Как и снимки «под обычным углом», телефото и макро снимки часто отлично смотрятся на небольших отпечатках или веб-форматах JPG. У меня есть глаз слона размером 8 × 10 и макро-отпечаток паука такого же размера на стене моего офиса, который даже на другом конце комнаты выглядит великолепно. (По крайней мере, мне они кажутся великолепными, но вы заметите, что они висят в моем офисе. Я повесил их еще в паре мест в доме, и мне тактично сказали, что «они действительно не идут с мебелью для гостиной », так что, может быть, они не всем так хорошо смотрятся.)

Нет хорошей композиции или каких-либо других факторов, чтобы сделать эти фотографии привлекательными для меня, но я все равно нахожу их интересными.Возможно, потому, что даже при небольшом размере мое человеческое зрение может видеть детали на фотографии, которые я никогда не мог увидеть, глядя на слона или паука «невооруженным глазом».

С другой стороны, когда я получаю хороший широкоугольный или живописный снимок, я даже не удосуживаюсь опубликовать изображение веб-размера или сделать небольшой отпечаток (и я не собираюсь начинать эту статью). Я хочу напечатать БОЛЬШОЙ. Я думаю, возможно, так, что мое человеческое зрение может сканировать изображение, выявляя мелкие детали, которые полностью теряются при его уменьшении.И каждый раз, когда я делаю большой отпечаток, даже сцены, в которой я был десяток раз, я замечаю на фотографии вещи, которых никогда не видел, когда был там лично.

Возможно, «видео», которое мой мозг делает при сканировании отпечатка, дает гораздо больше деталей, и я считаю его более приятным, чем композиция фотографии, когда она напечатана небольшого размера (или которую я видел, когда действительно был на месте происшествия).

И, возможно, подсознательное «сканирование», которое мое зрение производит на фотографии, объясняет, почему такие вещи, как «правило третей» и выборочная фокусировка, привлекают мой взгляд к определенным частям фотографии.Возможно, мы, фотографы, просто выяснили, как мозг обрабатывает изображения, и воспользовались этим на практике, не зная всей науки.

Но я думаю, что мой единственный реальный вывод таков: фотография — это НЕ то, что мой глаз и мозг видели на месте происшествия. Когда я получаю хороший снимок, это что-то другое и что-то лучше, как то, что сказал Виногранд в двух цитатах выше, а также в этой цитате:

Вы видите, что что-то происходит, и начинаете это делать.Либо вы получите то, что видели, либо что-то еще — и в зависимости от того, что лучше, вы напечатаете.

Об авторе : Роджер Чикала — основатель LensRentals. Эта статья изначально была опубликована здесь.

Изображение предоставлено : мой глаз крупным планом с помощью machinecodeblue, глаз Ниха через глаз камеры от моих глаз к вашим глазам 🙂 от slalit, Схема человеческого глаза полностью субъективно, Моя сетчатка левого глаза от Ричарда Мейсонера / Cyclelicious, Хроматическая аберрация (вроде) по moppet65535

Видео о здоровье: Медицинская энциклопедия MedlinePlus

Обзор

Зрение является доминирующим чувством для большинства людей со зрением.

Орган зрения — глаз. Думайте об этом как о слегка неправильной полой сфере, которая принимает свет и переводит его в изображения. Если мы увеличим глаз и заглянем внутрь, мы сможем понять, как это делается.

Внутри глаза различные структуры работают вместе, чтобы создать изображение, которое мозг может понять. Среди них роговица, прозрачная куполообразная структура, покрывающая радужную оболочку или окрашенную часть глаза, линзу непосредственно под ней и сетчатку, которая выстилает заднюю часть глаза.Сетчатка состоит из тонких слоев светочувствительной ткани.

Эта свеча может помочь нам понять, как глаз захватывает изображения, а затем отправляет их в мозг. Сначала свет свечи проходит через роговицу. При этом он изгибается или преломляется на линзе. Когда свет проходит через линзу, она изгибается во второй раз. Наконец, он попадает на сетчатку, где формируется изображение.

Однако это двойное изгибание перевернуло изображение и перевернуло его вверх ногами. Если бы это был конец истории, мир всегда оказывался бы перевернутым. К счастью, в мозгу изображение перевернуто вверх.

Прежде чем это произойдет, изображение должно пройти в виде импульсов по зрительному нерву и попасть в затылочную долю мозга. Когда изображение формируется там, оно приобретает правильную перспективу.

Теперь давайте рассмотрим два общих состояния, вызывающих нечеткое зрение. Форма глаза важна для того, чтобы держать предметы в фокусе. При нормальном зрении свет фокусируется точно на сетчатке в месте, называемом фокусной точкой.

Но что будет, если глаз длиннее обычного? Чем длиннее глаз, тем больше расстояние между хрусталиком и сетчаткой.Но роговица и хрусталик по-прежнему искривляют свет одинаково. Это означает, что фокус будет где-то перед сетчаткой, а не на ней.

Это затрудняет просмотр удаленных предметов. Говорят, что человек с длинным глазом близорук. Очки с вогнутыми линзами могут исправить близорукость.

Линза расширяет поле света, проходящего через роговицу. Это возвращает точку фокусировки на сетчатку.

Дальнозоркость как раз наоборот. Длина глаза слишком короткая.Когда это происходит, фокус находится за сетчаткой. Так что трудно увидеть что-то вблизи.

Очки с выпуклыми линзами сужают плоскость света. Сужение света, проходящего через роговицу, перемещает точку фокусировки обратно на сетчатку и может исправить дальнозоркость.

Преломление и лучевая модель света

Хотя вся поверхность сетчатки содержит нервные клетки, есть небольшая часть диаметром примерно 0,25 мм, где концентрация колбочек наибольшая.Эта область, известная как fovea centralis , является оптимальным местом для формирования изображения. Глаз обычно вращается в глазнице, чтобы сфокусировать изображения объектов в этом месте. Расстояние от внешней поверхности роговицы (где свет претерпевает большую часть своего преломления) до центральной части ямки на сетчатке составляет примерно 2,4 см. Свет, попадающий в роговицу, должен давать изображение на расстоянии 2,4 см от ее внешнего края. В отличие от камеры, которая может изменять расстояние между пленкой (детектором) и линзой, расстояние между сетчаткой (детектор , ) и роговицей (рефрактор , ) является фиксированным.Расстояние изображения неизменное. Впоследствии глаз должен иметь возможность изменять фокусное расстояние, чтобы фокусировать изображения как близлежащих, так и далеких объектов на поверхности сетчатки. При изменении расстояния до объекта необходимо изменить фокусное расстояние, чтобы расстояние до изображения оставалось постоянным.

Жилье

Способность глаза регулировать фокусное расстояние известна как аккомодация .Поскольку ближайший объект (маленький объект с d _{) обычно фокусируется на большем расстоянии (большое изображение с d _{, изображение}), глаз приспосабливается, принимая форму линзы с более коротким фокусным расстоянием. Это уменьшение фокусного расстояния вызовет большее преломление света и поможет приблизить изображение к системе роговица / хрусталик и к поверхности сетчатки. Таким образом, для близлежащих предметов цилиарные мышцы сокращаются и сжимают линзу, придавая ей более выпуклую форму. Это увеличение кривизны линзы соответствует более короткому фокусному расстоянию.С другой стороны, удаленный объект (большой d _объект) обычно фокусируется на более близком расстоянии (маленькое d _{изображение}). Глаз приспосабливается, принимая форму линзы с большим фокусным расстоянием. Таким образом, для удаленных объектов цилиарные мышцы расслабляются, и хрусталик принимает более плоскую форму. Это уменьшение кривизны линзы соответствует большему фокусному расстоянию. В приведенной ниже таблице данных показано, как требуется изменение фокусного расстояния для поддержания постоянного расстояния до изображения, равного 1.80 см.}

Зависимость f от объекта d (изображение d зафиксировано на 1,80 см)

Расстояние до объекта	Фокусное расстояние
0,25 м	1,68 см
1 мес.	1.77 см
3 мес.	1,79 см
100 м	1.80 см
бесконечность	1.80 см

(Приведенные выше значения были рассчитаны с использованием уравнения линзы.Уравнение линзы представляет собой упрощенную математическую модель глаза.)

Способность глаза приспосабливаться автоматическая. Более того, это происходит мгновенно. Сосредоточьтесь на удаленном объекте и быстро переключите внимание на ближайший объект; Обратите внимание на отсутствие заметной задержки в способности глаза сфокусировать близлежащий объект. Проживание — замечательный подвиг!

Диоптрия

Оптика измеряет оптическую силу в единицах, известных как диоптрия. диоптрий — величина, обратная фокусному расстоянию.

диоптрий = 1 / (фокусное расстояние)

Система линз с фокусным расстоянием 1,8 см (0,018 м) представляет собой линзу 56 диоптрий. Система линз с фокусным расстоянием 1,68 см — это линза с диоптриями 60 диоптрий. Здоровый глаз способен фокусировать как удаленные, так и близлежащие объекты без необходимости использования корректирующих линз. То есть здоровый глаз может принимать как малое, так и большое фокусное расстояние; он будет иметь возможность просматривать объекты с большим разбросом по расстоянию.Максимальное изменение силы зрения называется . Сила аккомодации . Если глаз имеет способность принимать фокусное расстояние 1,80 см (56 диоптрий) для просмотра объектов на много миль, а также способность принимать фокусное расстояние 1,68 см для просмотра объекта на расстоянии 0,25 метра (60 диоптрий), тогда его Сила аккомодации будет измеряться как 4 диоптрии (60 диоптрий — 56 диоптрий).

Здоровый глаз молодого взрослого человека имеет аккомодационную способность около 4 диоптрий.По мере того, как человек становится старше, способность аккомодации обычно уменьшается, так как человек теряет способность видеть близлежащие объекты. Отсутствие возможности видеть близлежащие объекты приводит к необходимости использования корректирующих линз. В следующих двух разделах Урока 6 мы обсудим два наиболее распространенных дефекта глаза — близорукость и дальнозоркость.

Вы когда-нибудь задумывались, как выглядела бы диаграмма зрения в кабинете врача, если бы у вас было плохое зрение? Теперь вы можете узнать.Воспользуйтесь виджетами Imperfect Vision и Eye Chart ниже, чтобы увидеть, как будет выглядеть диаграмма глаз Снеллена при несовершенном зрении.

Формирование изображения линзами и глазом

Формирование изображения линзой зависит от волнового свойства, называемого рефракцией. Преломление можно определить как изгиб волн, когда они входят в среду, где их скорость отличается. Поскольку скорость света в стеклянной линзе ниже, чем в воздухе, световой луч будет изгибаться при входе и выходе из линзы в зависимости от формы и кривизны линзы. В случае собирающей линзы, такой как показанная ниже двойная выпуклая линза, параллельные лучи будут собираться вместе в одной точке.

Расстояние от объектива до этой основной точки фокусировки называется фокусным расстоянием объектива и обозначается символом f. Для проецирования изображения освещенного объекта можно использовать собирающую линзу. Например, собирающая линза в слайд-проекторе используется для проецирования изображения слайда на экран, а собирающая линза в глазу зрителя, в свою очередь, проецирует изображение экрана на сетчатку в задней части экрана. глаз.

Существует геометрическая зависимость между фокусным расстоянием линзы (f), расстоянием от линзы до яркого объекта (o) и расстоянием от линзы до проецируемого изображения (i). Соотношение между расстояниями, показанными на рисунке 2, можно выразить как

Это соотношение будет использоваться для определения фокусного расстояния стеклянной линзы и будет использоваться в качестве основы для качественного исследования формирования изображения глазом с использованием большой модели глаза.

I. Формирование изображения линзой; определение фокусного расстояния.

1. Поместите объектив и белый экран на оптическую скамью так, чтобы расстояние от освещенного «объекта» до линзы можно было измерить на настольной шкале. Отрегулируйте экран, чтобы получить четкое изображение.

Определите расстояние до объекта и расстояние до изображения, o и i, и вычислите фокусное расстояние по соотношению линз. Опишите внешний вид изображения по сравнению с объектом (например,г, больший, меньший, прямостоячий, перевернутый). Отрегулируйте расстояние до объекта на другое значение и повторите процесс с другим набором измерений.

2. Каково среднее значение ваших измерений фокусного расстояния, выраженное в метрах?

3. Сила линзы в диоптриях определяется как S = 1 / f (в метрах). Единица измерения — 1 / м, но ее обычно называют «диоптрия».

Какова сила вашей линзы в диоптриях?

Примечание. Сходящиеся линзы обозначаются как +, а расходящиеся линзы — как -, когда указаны числа диоптрий. Рецепты очков обычно выражаются в диоптриях.

4. Какое число диоптрий у объектива с фокусным расстоянием 0,05 метра? Какое фокусное расстояние линзы +7 диоптрий?

5. Используя среднее значение ваших измерений фокусного расстояния, вычислите расстояние до изображения i, если расстояние до объекта в 1,5 раза больше вашего фокусного расстояния (например, если ваше измеренное фокусное расстояние составляло 10 см, вы должны выполнить расчет для расстояния до объекта, равного 15 см). Для этой компоновки расстояние до изображения и линейное увеличение изображения равны

Измерьте высоту вашего объекта и спрогнозируйте размер изображения, которое будет сформировано при размещении объекта, как описано выше.Теперь произведите фактические измерения расстояния до изображения и размера изображения и сравните их со своими прогнозами.

Прогнозы

Измеренное фокусное расстояние f = _______ см

Расстояние до объекта o = 1,5 x f = _______ см

Прогнозируемое расстояние до изображения i = _______ см

Прогнозируемое увеличение M = i / o = _______ см

Измерения

Размер измеряемого объекта h = _______ см

Измеренное расстояние изображения i = _______ см

Измеренный размер изображения = h ‘= _______ см

Прогнозируемый размер изображения h ‘= _______ см

II. Исследование формирования изображения глазом.

На рисунке показан эскиз модели глаза. В начале эксперимента сетчатка должна находиться в среднем положении, или положении «нормальный глаз». Модель следует наполнить водой на высоту, которая закрывает фиксированный хрусталик модели глаза. Эта фиксированная линза модели глаза представляет роговицу. Помимо роговицы, человеческий глаз имеет еще одну внутреннюю линзу.

1. Поместите объектный свет на расстоянии примерно двух метров от модели глаза, чтобы свет проходил через хрусталик глаза и падал на сетчатку.Найдите линзу, которую поместите в держатель внутри воды модели глаза, что даст вам четкое изображение на сетчатке. Эта внутренняя линза человеческого глаза имеет переменное фокусное расстояние и меняет форму, чтобы вы могли менять фокус вашего глаза с удаленного объекта на близкий. Это изменение фокуса называется «аккомодацией».

Сила линзы для резкого изображения с расстояния 2 метра: _________

2. Переместите объект на расстояние 35 см от передней линзы.Чтобы проиллюстрировать аккомодацию, попробуйте найти линзу, чтобы заменить линзу в воде, которая снова даст вам четкое изображение на сетчатке. Затем внесите небольшие изменения в расстояние до объекта, чтобы получить максимально резкое изображение, и запишите расстояние до объекта и силу линзы, необходимую для его достижения.

Сила линзы для резкого изображения на 35 см: _________

Если вы отодвинули его от 35 см, запишите данные:

Расстояние для максимальной резкости _____________
Сила линзы ___________

Примечание. Теперь на сетчатке должно быть четкое изображение.Положение объекта и модели глаза следует сохранять фиксированными для следующих двух этапов эксперимента.

3. Для имитации дальнозоркости (дальнозоркости) переместите сетчатку модели глаза в переднее положение. Световые лучи должны сходиться к точке за сетчаткой. Найдите корректирующую линзу для этого дефекта. (Линзы для коррекции должны быть размещены в пазах вне модели глаза. ).

Число диоптрий для лучшей коррекции ___________

4.Чтобы смоделировать близорукость (миопию), переместите сетчатку назад. Световые лучи должны сходиться к точке перед сетчаткой. Найдите корректирующую линзу для этого дефекта.

Корректирующая линза _______________

5. Снимите корректирующую линзу с передней части модели близорукого глаза и замените ее держателем линзы с металлической пластиной с отверстием. Опишите любые изменения качества изображения, когда это отверстие расположено спереди модели глаза.Будет ли близорукий человек видеть более четкие изображения при тусклом или ярком свете? Почему прищуривают близорукие?

6. Человеческий глаз расслаблен, когда он сосредоточен на удаленных объектах. Судя по вашему опыту в этой лаборатории, приближается ли фокусное расстояние объектива к максимуму или минимуму, когда ваш глаз расслабляется? Означает ли это, что хрусталик глаза более округлый или менее округлый, когда глазная мышца расслаблена?

Оборудование: формирование изображения

Оптическая скамья
Конвергентная линза и держатель линзы
Изображение с подсветкой и оптическая подставка для его крепления.
Белая карта для экрана и подставка для карты
Модель глаза с комплектом линз
Большой освещенный объект для модели глаза.

Заболевания глаз и средства их устранения

Общие глазные заболевания и способы их устранения

Четыре распространенных глазных заболевания — это пресбиопия, гиперония, миопия и астигматизм. Эти нарушения вызваны тем, что глаз не преломляет свет должным образом.

Пресбиопия

Глаз может видеть ближе объекты в процессе проживания. Однако с возрастом эта способность ухудшается, поскольку линза становится менее гибкой. Так что вместо возможности регулировать фокусное расстояние с помощью ресничные мышцы фокус формируется за сетчаткой, что приводит к размытому изображение. Это известно как пресбиопия.

Распространенное лекарство от этого расстройства: очки для чтения, в которых используется собирающая линза для уменьшить фокусное расстояние, в результате чего точка фокусировки чтобы снова появиться на сетчатке.

http://holbert.com/eye-disorders/

Гиперония

Гиперония или дальнозоркость — это когда кто-то может видеть объекты далеко, но они не могут видеть объекты вверх Закрыть.Это вызвано слишком коротким глазным яблоком, относительно фокусного расстояния.

Когда глаз пытается рассмотреть объект вблизи, объектив не может вместить достаточно, чтобы произвести изображение на сетчатке, поэтому точка фокусировки оказывается позади сетчатка создает размытое изображение.

Обычное решение этой проблемы — корректирующие линзы, которые выпуклый или сходящийся, что заставляет световые лучи преломляются больше внутрь, уменьшая фокусное расстояние, и размещение фокусной точки на сетчатке.

Близорукость
Близорукость, также называемая близорукостью, — это когда кто-то может видеть объекты вблизи, но не может видеть объекты далеко. Это происходит из-за того, что глазное яблоко слишком долго относительно фокусного расстояния.

Это приводит к удалению фокальной точки объекты, которые будут производиться перед сетчаткой, что делает изображение размытым.

Обычное средство для лечения этого расстройства — корректирующее вогнутые или расходящиеся линзы, вызывает увеличение фокусного расстояния, перемещение фокусной точки на сетчатку.

http: // holbert.com / глазные болезни /

Астигматизм
Астигматизм вызывается роговицей глаза. неправильной формы, как правило, сторона футбольного мяча, препятствующая правильному преломление света и создает множественные очаговые точки на сетчатке.Это создает размытую изображение.

Одним из распространенных способов устранения этой проблемы является корректирующие линзы, компенсирующие форму роговица.

http://www.ullmaneye.com/full/micro.php

Boddeker’s Optics, страницы

Ch 27 Оптика и Глаз

световых проходов через роговицу человеческого глаза и фокусируется линзой на сетчатке.Цилиарные мышцы меняют форму хрусталика.

Глаз производит реальное перевернутое изображение на сетчатке. Почему все не выглядит перевернутым нас?

Ближайшая точка ближайшая точка к глазу, на которую объектив может сфокусироваться ≈ 25 см от глаз (меняется с возрастом)

Дальняя точка самая дальняя точка, на которой глаз может сфокусироваться; должно быть бесконечно далеко

Самый простой фотоаппарат состоит из объектива и пленки в тёмном ящике

Объектив фотоаппарата не может менять форму; он приближается к фильму или отдаляется от него в чтобы сосредоточиться.

Число f характеризует размер проема:

Комбинация числа f и выдержки определяет количество света, которое достигает фильм.

Комбинированные линзы и корректирующая оптика

В двухлинзовом системе изображение, создаваемое первой линзой, служит объектом для вторая линза.

Чтобы найти изображение, сформированное комбинацией линз, рассмотрим каждую линзу по очереди, начиная с ближайшим к объекту.

Всего Увеличение — это произведение увеличения каждой линзы.

Близорукий у человека есть дальняя точка, которая находится на конечном расстоянии от линзы слишком много внимания; объекты, находящиеся дальше, будут выглядеть размытыми.

Очки бытовые по сути, рассеивающая линза, которая формирует изображение удаленного объекта на дальняя точка.

Сила Корректирующие линзы обычно обозначаются как преломляющая сила, которая является обратной фокусного расстояния, измеренного в 1 / м или диоптриях.

Сила преломления = 1 / f

Пример

Расслабленные глаза пациента имеют преломляющую силу 48.5 диоптрий.

(а) Это пациент близорукий или дальнозоркий?

(b) Поскольку это пациент близорук, найдите дальнюю точку. (Относитесь к глазу как к однообъективная система с сетчаткой на расстоянии 2,40 см от линзы.)

(а) рядом зрячие люди любят видеть вдаль, поэтому рассчитывают рефракционные мощность для очень удаленных объектов.

1 / f = 1 / d _и + 1 / д _o

1 / f = 1/0.024 + 1 / ∞

1 / ж = +41,7 диоптрии

Поскольку это меньше заданной преломляющей способности, мы знаем этот человек близорук.

(б)

1 / f = 1 / d _и + 1 / д _o

48,5 = 1 / 0,024 + 1 / д _о

д _о = 14,6 см

Дальновидный -> не может сфокусироваться на близких объектах

ближайшая точка слишком далеко.

Объектив не достаточно фокусировки

А сходящийся Объектив дополнительно фокусирует изображение и перемещает изображение за пределы ближней точки.

Пример

A дальновидный человек использует очки с преломляющей силой 3,4 диоптрии. Очки носил 2,5 см от глаз. Что это за люди рядом, когда они не носят очки? (б) Какая требуется сила преломления для контактов?

Ключевое допущение:

Ближайшая точка обычно корректируется на 25 см от глаз (не хрусталик).

1 / f = 1 / d _и + 1 / д _o

3,4 = 1 / д _и + 1 / (. 25-.025)

д _и = -0,957 метра (от объектива)

N = 95,7 см + 2,5 размеры в см

N = 98,2 см

(б)

1 / f = 1 / d _и + 1 / д _o

1 / f = -1 / .982 + 1 / (. 25)

1 / f = +2,98 диоптрии

Увеличительное стекло

А увеличительное стекло стекло (выпуклая линза) приближает ближнюю точку к глазу.

А увеличительное стекло стекло с фокусным расстоянием 20 см помещается в 15 см правее стрелки. Где изображение?

1 / f = 1 / d _или + 1 / д _и

1/20 = 1 / 15 + 1 / д _и

d _i = -60 см

Объект в фокусной точке

загар θ = h _o / N (когда θ небольшой; тангенс θ ≈ θ)

θ = h _o / N

Теперь установите собирающую линзу с фокусным расстоянием меньше N очень близко к глазу и поместите объект в фокус линзы.(ж

1 / f = 1 / d _или + 1 / д _и

1 / f = 1 / f + 1 / d _i

d _i = бесконечность

Это дает объект большего углового размера.

загар θ = h _o / f

θ = h _o / f

M = h _i / ч _o

= θ / θ

M = h _o / ф / ч _или / N

M = N / f

Изображение в ближней точке

В этом случае увеличение увеличивается до максимума, если изображение находится в ближней точке

1 / f = 1 / d _или + 1 / д _и

1 / f = 1 / d _или — 1 / №

(отрицательно, потому что на той же стороне, что и объект)

d _o = f N / (N + f)

M ≈ d _i / д _или

M ≈ N / [f N / (N + f)]

M = 1 + н / ж

Микроскоп

м _{объектив
линза} = h _i / h _o

м _{объектив
линза} ≈ — d _i / d _o = — d _o / f _{объектив}

Если объект помещается рядом с фокусной точкой линзы объектива, затем

Изображение Линза объектива формируется в фокусе окуляра.

, который, в свою очередь, формирует изображение окуляра на бесконечности.

м _окуляр = N / f _окуляр

(это уравнение получено выше объекта в фокусной точке)

Так увеличение микроскопа

м = (м _{объектив
линза}) (окуляр _м)

м = (-d _o / Объектив f ) (окуляр N / f )

Телескопы

M = h _i / ч _o

= θ / θ

M = h _o / f _глаз / h _o / f _obj

M = f _{объектив
линза} / f _окуляр

ПОЧЕМУ ???

Пример с Объектив

1 / f = 1 / ∞ + 1 / d _{изображение}

и изображение формы в фокусе

f = d _{изображение}

Объект находится в бесконечности

И нужен самый большой объектив возможного (собирать свет)

Пример

Кассегрен астрономический телескоп использует два зеркала для формирования изображения. Чем больше Зеркало объектива (вогнутое) имеет фокусное расстояние 50,0 см. Небольшая выпуклая Вторичное зеркало устанавливается на 43,0 см перед основным. Свет отражается от вторичной обмотки через отверстие в центре первичной обмотки, тем самым формируя реальное изображение на расстоянии 8,00 см за главным зеркалом. Что это радиус кривизны вторичного зеркала?

Поскольку лучи исходят из бесконечности, изображение появляется на фокусное расстояние или на 50 см, что на 7 см больше, чем у 2 ^nd зеркало.Таким образом, объект для зеркала 2 ^nd находится на 7 см позади зеркала 2 ^nd. зеркало.

1 / этаж ₂ = 1 / d _o + 1 / d _i

1 / этаж ₂ = 1 / -7 + 1 / (43 + 8)

ф ₂ = -8,11 см

Зеркала: R = -2f

R = -2 (-8,11)

R = 16,2 см

Пример

У нас есть горит стрелка на 22. 5 см и выпуклая линза (фокусное расстояние 5 см) на 12,5 см. и зеркало на 0 см. Где формируется финальное изображение и какой увеличение?

1 / f = 1 / o + 1 / i

1/5 = 1/10 + 1 / i

2/10 = 1/10 + 1 / я

1/10 = 1 / я

я = 10 см

на расстоянии 2,5 см от зеркала

Теперь проведем трассировку лучей.Поместите виртуального человека где-нибудь за изображением (которое является объектом для зеркала)

И используя закон отражения

(угол падения = угол выхода)

Посмотрите на красную (от объекта) и зеленую линии (от человека). Они равны нормали, сформированной на поверхности зеркала.

Изображение с зеркала расположено 2.5 см за зеркалом.

Это объект для последнего изображения через линзу.

1 / f = 1 / o + 1 / i

1/5 = 1 / (12,5 — -2,5) + 1 / i

1/5 = 1/15 + 1 / i

я = 7,5 размеры в см

, что дает конечное положение на расстоянии 20 см от зеркала.

как всегда положительное расстояние изображения означает, что изображение находится на ПРОТИВОПОЛОЖНАЯ сторона объектива.

Аберрации объектива

Сферический аберрация возникает, когда свет, падающий на линзу далеко от оси, не сфокусируйтесь правильно. Это может быть исправлено точной шлифовкой линзы, несферическая форма.

Хроматический аберрация возникает, когда свет разных цветов фокусируется в разных точках.

Хроматический аберрацию можно улучшить, комбинируя две или более линз, которые имеют тенденцию устраняют аберрации друг друга. Это отлично работает только для сингла длина волны

Аренда линз | Блог

Обычно я пишу для этих столбцов полезные небольшие аннотации: как правильно выбрать объектив, сравнение оборудования и т. Д.Это совсем другое, немного фотографической псевдофилософии, если хотите. Это началось после того, как я следил за онлайн-дискуссией о том, дает ли 35-миллиметровый или 50-миллиметровый объектив на полнокадровой камере поле зрения, эквивалентное нормальному человеческому зрению. Это конкретное обсуждение сразу же погрузилось в оптическую физику глаза как камеры и объектива — понятное сравнение, поскольку глаз состоит из переднего элемента (роговицы), кольца диафрагмы (радужная оболочка и зрачок), линзы и датчика. (сетчатка).Несмотря на всю впечатляющую математику, которую обсуждали с оптической физикой глазного яблока, обсуждение не имело логического смысла. Так что я много читал по теме, о которой расскажу ниже.

Эта статья не принесет прямой пользы, которая позволит вам побегать и сделать более качественные снимки, но она может показаться вам интересной. Вы также можете найти это невероятно скучным, поэтому сначала я дам вам свой вывод в виде двух цитат из Гарри Виногранда

«Фотография — это иллюзия буквального описания того, как камера« увидела »кусок времени и пространства.”

«Фотография — это не о том, что сфотографировано. Это о том, как эта штука ВЫГЛЯДИТ на фотографиях ».

В основном, проводя все эти исследования о том, что человеческий глаз ПОДОБИВАЕТ фотоаппарат, я действительно узнал, что человеческое зрение НЕ похоже на фотографию. В каком-то смысле это объяснило мне, почему я так часто нахожу фотографии намного красивее и интереснее, чем сама сцена.

Глаз как система камеры

На первый взгляд довольно логично сравнивать глаз с фотоаппаратом.Мы можем измерить длину глаза спереди назад (около 25 мм от роговицы до сетчатки) и диаметр зрачка (2 мм сужен, от 7 до 8 мм расширен) и вычислить числа, похожие на линзы, на основе этих измерений. Однако вы найдете несколько других цифр, указанных для фокусного расстояния глаза. Некоторые из них взяты из физических измерений анатомических структур глаза, другие из оптометрических расчетов, некоторые учитывают, что хрусталик глаза и сам размер глаза изменяются при сокращении различных мышц. Подводя итог, тем не менее, обычно указывается фокусное расстояние глаза 17 мм (это рассчитывается на основе значения оптометрической диоптрии). Однако более общепринятое значение составляет от 22 до 24 мм (рассчитывается на основе физической рефракции в глазу). В определенных ситуациях фокусное расстояние может быть больше.

В этот момент вы оба, кто дочитал до этого места, вероятно, задались вопросом: «Если фокусное расстояние глаза составляет 17 или 24 мм, почему все спорят о том, 35 или 50 мм линзы — это то же поле зрения, что и человеческий глаз?» Причина в том, что измеренное фокусное расстояние глаза не является тем, что определяет угол зрения человеческого зрения. Я расскажу об этом более подробно ниже, но главное, что только часть сетчатки обрабатывает основное изображение, которое мы видим. (Область основного зрения называется конусом зрительного внимания , остальное, что мы видим, — это «периферическое зрение».) Исследования измерили конус зрительного внимания и обнаружили, что его ширина составляет около 55 градусов (http : //www.photosig.com/articles/585/article). На 35-миллиметровой полнокадровой камере 43-миллиметровый объектив обеспечивает угол обзора 55 градусов, так что фокусное расстояние обеспечивает точно такой же угол обзора, что и у людей.Блин, если это не на полпути между 35 мм и 50 мм. Итак, первоначальный аргумент окончен, реальный «нормальный» объектив на 35-миллиметровой зеркальной фотокамере не является ни 35-миллиметровым, ни 50-миллиметровым, это середина между ними.

Глаз — это не камера

Получив ответ на первоначальное обсуждение, я мог бы оставить все в покое и уйти с еще одной довольно бесполезной мелочью, чтобы поразить моих онлайн-друзей. Но НЕЕЕЕЕТ. Когда мне действительно нужно выполнить кучу работы, я обнаруживаю, что почти всегда предпочитаю потратить еще пару часов на чтение статей о человеческом зрении.

Возможно, вы заметили, что в приведенном выше разделе не учтены некоторые аналогии с камерой, потому что, как только вы пройдете простые измерения диафрагмы и объектива, остальные сравнения не будут так хорошо соответствовать. Рассмотрим датчик глаза, сетчатку. Сетчатка почти такого же размера (диаметр 32 мм), что и сенсор полнокадровой камеры (диаметр 35 мм). Однако после этого почти все изменилось.

Первое различие между сетчаткой и сенсором вашей камеры довольно очевидно — сетчатка изогнута вдоль задней поверхности глазного яблока, а не плоская, как силиконовый сенсор в камере.Кривизна имеет очевидное преимущество: края сетчатки находятся примерно на том же расстоянии от линзы, что и центр. У плоского сенсора края дальше от объектива, а центр ближе. Преимущество сетчатки, у нее должна быть лучшая «резкость по углам».

Человеческий глаз также имеет намного больше пикселей, чем ваша камера, около 130 миллионов пикселей (вы, владельцы 24-мегапиксельных камер, сейчас чувствуете себя скромно?). Однако только около 6 миллионов пикселей глаза являются конусами (которые видят цвет), а остальные 124 миллиона видят только черно-белое изображение.Но снова преимущество сетчатки. Долгое время. Но если посмотреть дальше, различия станут еще более заметными.

На сенсоре камеры каждый пиксель отображается в виде регулярной сетки. Каждый квадратный миллиметр сенсора имеет одинаковое количество пикселей и одинаковый узор. На сетчатке есть небольшая центральная область размером около 6 мм (макула), которая содержит самую плотную концентрацию фоторецепторов в глазу. Центральная часть макулы (ямка) плотно заполнена только колбочками (цветочувствительными) клетками.Остальная часть макулы вокруг этой центральной «цветной» области содержит как палочки, так и колбочки. Макула содержит около 150 000 «пикселей» в каждом квадрате размером 1 мм (сравните это с 24 000 000 пикселей, распределенных по сенсору 35 x 24 мм в 5DMkII или D3x) и обеспечивает наше «центральное зрение» (конус зрительного внимания с углом зрения 55 градусов, упомянутый выше, ). В любом случае, центральная часть нашего поля зрения имеет гораздо большую разрешающую способность, чем даже лучшая камера.

Остальная часть сетчатки имеет гораздо меньше «пикселей», большинство из которых являются только черно-белыми.Он обеспечивает то, что мы обычно считаем «периферическим зрением», то есть то, что мы видим «краем глаза». Эта часть очень хорошо распознает движущиеся объекты, но не обеспечивает достаточного разрешения, например, для чтения книги. Общее поле зрения (область, в которой мы можем видеть движение) человеческого глаза составляет 160 градусов, но за пределами конуса зрительного внимания мы не можем распознавать детали, только широкие формы и движение.

И, конечно же, мозг обрабатывает сигналы иначе, чем фотоаппарат. В отличие от прерывистых щелчков затвора камеры, глаз посылает в мозг постоянное видео, которое преобразуется в то, что мы видим. Подсознательная часть мозга (латеральное коленчатое ядро, если вы должны знать) сравнивает сигналы от обоих глаз, собирает наиболее важные части в трехмерные изображения и отправляет их в сознательную часть мозга для распознавания изображений и далее. обработка.Подсознательный мозг также посылает сигналы в глаз, слегка перемещая глазное яблоко по схеме сканирования, так что резкое зрение макулы перемещается по интересующему объекту. В течение нескольких секунд глаз фактически отправляет несколько изображений, а мозг обрабатывает их в более полное и детальное изображение.

Подсознательный мозг также отклоняет большую часть входящей полосы пропускания, отправляя только небольшую часть своих данных в сознательный мозг. Вы можете контролировать это до некоторой степени: например, прямо сейчас ваш сознательный мозг говорит латеральному коленчатому ядру: «пришлите мне информацию только из центрального зрения, сосредоточьтесь на набранных словах в центре поля зрения, двигайтесь слева направо. так что я могу их прочитать ».Прекратите читать на секунду и, не двигая глазами, попытайтесь увидеть то, что находится в вашем периферийном поле зрения. Секунду назад вы не «видели» этот объект справа или слева от монитора компьютера, потому что периферическое зрение не передавалось в сознательный мозг. Если вы сконцентрируетесь, даже не двигая глазами, вы по крайней мере сможете сказать, что объект находится там. Однако, если вы хотите видеть его ясно, вам придется послать другой мозговой сигнал в глаз, переместив конус визуального внимания на этот объект.Также обратите внимание, что вы не можете одновременно читать текст и видеть периферийные объекты. Мозг не может обработать столько данных.

Мозг не работает, когда изображение достигает сознательной части (называемой зрительной корой). Эта область прочно связана с участками памяти мозга, позволяющими «узнавать» объекты на изображении. Мы все пережили тот момент, когда что-то видим, но не осознаем, что это такое, на секунду или две. После того, как мы это узнали, мы задаемся вопросом, почему, черт возьми, это не стало очевидным сразу.Это потому, что мозгу потребовалась доля секунды, чтобы получить доступ к файлам памяти для распознавания изображений. (Если вы еще не испытали этого, просто подождите несколько лет. Будет.)

На самом деле (и это очень очевидно) человеческое видение — это видео, а не фотография. Даже глядя на фотографию, мозг делает несколько «снимков», перемещая центр фокуса по изображению, складывая и собирая их в окончательное изображение, которое мы воспринимаем. Посмотрите на фотографию в течение нескольких минут, и вы поймете, что подсознательно ваш взгляд скользил по ней, получая обзор изображения, сосредотачиваясь на деталях здесь и там, через несколько секунд осознавая некоторые вещи в нем, которых не было. на первый взгляд очевидно.

Так в чем смысл, Роджер? (Вы правы, верно?)

Фотографии, сделанные с «нормальным» углом зрения (от 35 до 50 мм), кажутся, сохраняют свою привлекательность независимо от их размера. Даже изображения формата Интернет, снятые с таким фокусным расстоянием, сохраняют суть кадра. Снимок ниже (сделанный на 35 мм) имеет гораздо больше деталей, если смотреть на большое изображение, но суть очевидна даже на маленьком. Возможно, мозгу удобнее распознавать изображение, которое он видит в обычном поле зрения. Возможно, это потому, что мы, фотографы, склонны подсознательно подчеркивать композицию и предметы на фотографии с «нормальным» углом зрения.

Фотография выше демонстрирует кое-что еще, о чем я всегда интересовался — происходит ли наше увлечение и любовь к черно-белой фотографии, потому что это один из немногих способов, которыми плотные конические (только цветные) рецепторы в нашей макуле вынуждены отправлять изображение в оттенках серого в наш мозг? Возможно, нашему мозгу нравится смотреть только на тон и текстуру, без того, чтобы данные о цвете забивали узкую полосу пропускания между глазным яблоком и мозгом.

Как и снимки «под обычным углом», телефото и макро снимки часто отлично смотрятся на небольших отпечатках или в формате JPEG для Интернета.У меня есть глаз слона размером 8 × 10 и макро-отпечаток паука такого же размера на стене моего офиса, который даже на другом конце комнаты выглядит великолепно. (По крайней мере, мне они кажутся великолепными, но вы заметите, что они висят в моем офисе. Я повесил их еще в паре мест в доме, и мне тактично сказали, что «они действительно не идут с мебелью для гостиной », так что, может быть, они не для всех выглядят так хорошо.) Нет хорошей композиции или других факторов, чтобы сделать эти фотографии привлекательными для меня, но я все равно нахожу их очаровательными.Возможно, потому, что даже при небольшом размере мое человеческое зрение может видеть детали на фотографии, которые я никогда не мог увидеть, глядя на слона или паука «невооруженным глазом».

С другой стороны, когда я получаю хороший широкоугольный или живописный снимок, я даже не удосуживаюсь опубликовать графику размером с веб или сделать небольшой отпечаток (и я не собираюсь начинать эту статью). Я хочу напечатать БОЛЬШОЙ. Я думаю, возможно, так, что мое человеческое зрение может сканировать изображение, выявляя мелкие детали, которые полностью теряются при его уменьшении. И каждый раз, когда я делаю большой отпечаток, даже сцены, в которой я был десяток раз, я замечаю на фотографии вещи, которых никогда не видел, когда был там лично. Возможно, «видео», которое мой мозг снимает при сканировании отпечатка, дает гораздо больше деталей, и я нахожу его более приятным, чем композиция фотографии, когда она напечатана небольшого размера (или которую я видел, когда фактически был на месте происшествия).

Но я думаю, что мой единственный реальный вывод таков: фотография — это НЕ то, что мой глаз и мозг видели на месте происшествия. Когда я получаю хороший снимок, это что-то другое и что-то лучше. Как то, что Виногранд сказал в двух приведенных выше цитатах, а также в этой цитате:

«Вы видите, что что-то происходит, и вы бросаете это. Либо вы получите то, что видели, либо что-то еще — и в зависимости от того, что лучше, вы напечатаете ».

Надеюсь, что для тех, кто дочитал до этого места, это не было пустой тратой времени. А на следующей неделе я вернусь к чему-нибудь практическому. Я обещаю.

Автор: Роджер Чикала

Я Роджер и основатель Lensrentals.com. Меня называют одним из оптических ботаников, и в свободное время я с удовольствием снимаю коллимированный свет через объективы микроскопа с 30-кратным увеличением. Когда я делаю реальные снимки, мне нравится использовать что-то другое: средний формат, или Pentax K1, или Sony RX1R.