Визуальные наблюдения. Глаз человека (Е. Никитина)

Визуальные наблюдения. Глаз человека
Астеризм (др.-греч. звезда) — легко
различимая группа звёзд, имеющая
исторически устоявшееся самостоятельное
название.
Астеризмом не считаются группы звёзд,
включающие все значимые звёзды какоголибо созвездия.
ОСЕННЕЛЕТНИЙ
ТРЕУГОЛЬНИК
ЗИМНИЙ
ТРЕУГОЛЬНИК
ВЕШАЛКА
Созвездие — это участок небесной сферы со всеми
проецирующимися на него с точки зрения земного
наблюдателя небесными объектами.
Пространственное положение звезд созвездия Орион.
Справа находимся мы – наблюдатели.
Изменения конфигурации звезд ковша Большой Медведицы
за 300 тыс. лет в результате движения звезд в пространстве.
а - 150 000 лет назад
б - настоящее время
в - через 150 000 лет
Люди с нормальным зрением на фоне городского неба различают звезды примерно до 4m, а на фоне темного
загородного неба – примерно до 6m, т.е. создающие на зрачке в 6,3 раза более слабый поток света.
Видимость источника света зависит от яркости окружающего фона. Но даже на совсем темном небе глаз не
замечает очень слабые источники света.
При наблюдении неба глаз откликается даже на 300 фотонов в
секунду, а в полной темноте его чувствительность возрастает
еще в несколько раз. А при большой освещенности
чувствительность глаза понижается в 100 000 раз.
Глаз не позволяет проводить
точные измерения,
длительное время
накапливать свет и
сохранять увиденную
картинку.
Глаз имеет не совсем правильную шарообразную (почти сферическую) форму, диаметром примерно 24 мм.
Длина его горизонтальной оси в среднем равна 23,6 мм, вертикальной — 23,3 мм. Объём у взрослого человека в
среднем равен 7,448 см3. Масса глазного яблока 7—8 г.
Ядро глазного яблока окружают три оболочки:
наружная, средняя и внутренняя.
1. Наружная: защитная функция, форма глаза.
Состоит из передней прозрачной части —
роговицы, и задней непрозрачной части
белесоватого цвета —склеры.
2. Средняя: обменные процессы, обеспечивая
питание глаза и выведение продуктов обмена.
Образована радужкой, ресничным телом и
собственно сосудистой оболочкой. В центре
радужки имеется круглое отверстие — зрачок.
Радужка содержит различное количество
пигмента, от которого зависит её окраска —
«цвет глаз».
3. Внутренняя — сетчатка — это рецепторная часть зрительного анализатора, здесь происходит непосредственное восприятие света,
биохимические превращения зрительных пигментов, изменение электрических свойств нейронов и передача информации в
центральную нервную систему.
НАРУЖНАЯ ОБОЛОЧКА ГЛАЗА
Склера (от греч. — твёрдый) —наружная плотная оболочка глаза, выполняющая защитную и опорную
функции. Средняя толщина от 0,3 до 1 миллиметра. Через множество мелких полостей в зоне соединения её
с роговицей, происходит отток жидкости из передней камеры глаза.
Роговица — передняя наиболее выпуклая прозрачная часть глазного яблока, одна из светопреломляющих
сред глаза.
Роговица у человека занимает примерно 1/16 площади наружной оболочки глаза. Она имеет вид выпукловогнутой линзы, обращённой вогнутой частью назад. Диаметр роговицы является почти абсолютной
константой и составляет 10±0,56 мм, однако вертикальный размер обычно на 0,5—1 мм меньше
горизонтального. Толщина роговицы в центральной части 0,52—0,6 мм, по краям — 1—1,2 мм. Радиус
кривизны роговицы составляет около 7,8 мм.
СРЕДНЯЯ ОБОЛОЧКА ГЛАЗА
Радужка - тонкая подвижная диафрагма глаза со
зрачом в центре. Расположена за роговицей,
перед хрусталиком. Практически светонепроницаема.
Содержит пигментные клетки и мышцы, сужающие и
расширяющие его. Радужная оболочка
большинства рыб не содержит мышц, и зрачок не
меняет диаметра.
Хориоидеа, или хориоидея — собственно сосудистая оболочка глаза. Хориоидея питает сетчатку и восстанавливает
постоянно распадающиеся зрительные вещества. Она расположена под склерой.
Хориоидеа присутствует у всех видов млекопитающих. Хориокапилляры снабжают кислородом и питательными
веществами фоторецепторы.
Зрачок. Диаметр меняется от 2 до 8 мм в зависимости от освещенности наблюдаемых. С возрастом глаз
утрачивает эту способность.
Простые оптические приборы помогают глазу в получении резкого изображения, но количество света,
попадающего в зрачок, практически не увеличивают.
СЕТЧАТКА.
Па́лочки названы так за цилиндрическую форму. В сетчатке человека приблизительно около
120 миллионов палочек. Размеры: длина 0,06 мм, диаметр 0,002 мм. На периферии
сетчатки их плотность выше, чем к её середине, что определяет их участие в ночном и
периферийном зрении. В центре сетчатки, в центральной ямке (жёлтом пятне), палочки
практически отсутствуют.
Ко́лбочки названы так за коническую форму. В сетчатке человека со 100 % зрением
насчитывается около 6-7 млн колбочек. Размеры: длина 50 мкм, диаметр — от 1 до 4 мкм.
Колбочки приблизительно в 100 раз менее чувствительны к свету, чем палочки, но гораздо
лучше воспринимают быстрые движения.
Длинноволновые и средневолновые колбочки (с пиками в жёлто-красном и сине-зелёном
RPE — пигментный эпителий сетчатки
OS — наружный сегмент фоторецепторов
IS — внутренний сегмент фоторецепторов
R — палочки
C — колбочки
диапазонах) имеют широкие зоны чувствительности со значительным перекрыванием,
поэтому колбочки определённого типа реагируют не только на свой цвет; они лишь
реагируют на него интенсивнее других.
«Синие» колбочки находятся ближе к периферии, в то время как
«красные» и «зеленые» распределены случайным образом.
Кривые спектральной чувствительности трёх видов колбочек частично перекрываются. Очень сильный свет возбуждает все 3 типа
рецепторов, и потому воспринимается, как излучение слепяще-белого цвета (эффект метамерии).
Областью наиболее чувствительного (центрального) зрения в сетчатке
является жёлтое пятно с центральной ямкой. Тут сосредоточена также
основная часть колбочек. Центральная ямка - небольшое углубление,
находящееся в центре желтого пятна. По месту своего положения
центральная ямка соответствует приблизительно заднему полюсу
глазного яблока. Она от 0,2 до 0,4 мм в диаметре, а также это самое
тонкое место сетчатки. В направлении к центральной ямке слои
сетчатки становятся тонкими, и некоторые даже исчезают.
Центральная ямка имеется только в сетчатке человека и обезьяны.
Место на сетчатке, где нет ни палочек, ни колбочек, называется слепым пятном; оттуда зрительный нерв выходит на другую сторону
сетчатки и далее в мозг. Слепые пятна в двух глазах находятся в разных местах (симметрично), поэтому при нормальном
использовании обоих глаз они незаметны; кроме того, мозг корректирует воспринимаемое изображение. Слепое пятно открыл Эдм
Мариотт в 1668 году. Король Франции Людовик XIV развлекался со слепым пятном, наблюдая своих подданных, как будто у них не
было голов.
Фокусировка изображения обеспечивается за счёт изменения кривизны хрусталика. При увеличении кривизны хрусталик
становится более выпуклым и сильнее преломляет свет, настраиваясь на видение близко расположенных объектов. При
расслаблении мышцы хрусталик становится более плоским, и глаз приспосабливается для видения удалённых предметов. Так
же в фокусировке изображения принимает участие и сам глаз в целом. Если фокус находится за пределами сетчатки — глаз (за
счёт глазодвигательных мышц) немного вытягивается (чтобы видеть вблизи). И наоборот округляется, при рассматривании
далёких предметов.
Стекловидное тело — гелеподобное студнеобразное прозрачное вещество, заполняющее пространство между хрусталиком и
сетчаткой в глазу. Оно занимает около 2/3 объема глазного яблока. На 99% стекловидное тело состоит из воды.
Основными функциями стекловидного тела являются:
 придание глазу правильной формы;
 преломление поступающего света на сетчатку глаза;
 обеспечение упругости тканей;
 обеспечение несжимаемости глаза.
С функциональной точки зрения оболочки глаза и её производные подразделяют на три аппарата:
 рефракционный (светопреломляющий),
 аккомодационный (приспособительный),
 сенсорный (рецепторный) аппарат.
Светопреломляющий аппарат: сложная система линз, формирующая на сетчатке уменьшенное и перевёрнутое изображение
внешнего мира, включает в себя роговицу, камерную влагу — жидкости передней и задней камер глаза, хрусталик, а
также стекловидное тело, позади которого лежит сетчатка.
Аккомодационный аппарат: фокусировка изображения на сетчатке, а также приспособление глаза к интенсивности освещения.
Он включает в себя радужку со зрачком и ресничное тело с ресничным пояском хрусталика.
Рецепторный аппарат: зрительная часть сетчатки, содержащей фоторецепторные, а также тела и аксоны нейронов (проводящие
нервное раздражение клетки и нервные волокна), расположенных поверх сетчатки и соединяющиеся в слепом
пятне в зрительный нерв.
Аккомода́ция — приспособление органа либо организма в целом
к изменению внешних условий.
У птиц и млекопитающих обеспечивается изменением
кривизны хрусталика, а у земноводных и головоногих — за счёт
перемещения хрусталика относительно сетчатки. Рептилии могут
использовать оба механизма аккомодации. Усталость может
вызывать временное нарушение аккомодации.
Многие наркотики и отравляющие вещества обладают
способностью вызывать нарушение аккомодации.
Острота зрения — одна из важнейших функций зрения. Острота зрения зависит от размеров колбочек,
находящихся в области жёлтого пятна, сетчатки, а также от ряда факторов: рефракции глаза, ширины
зрачка, прозрачности роговицы, хрусталика (и его эластичности), стекловидного тела, состояния сетчатой
оболочки и зрительного нерва, возраста.
Поле зрения — угловое пространство, видимое глазом при
фиксированном взгляде и неподвижной голове.
Среднестатистический человек имеет поле зрения: 55° вверх,
60° вниз, 90° наружу и 60° — внутрь. Данное верно только для
ахроматического зрения. Наименьший размер поля зрения —
у зелёного цвета, наибольший — у синего.
Разные животные обладают разным полем зрения. Человек
двумя глазами видит практически 180° перед собой. У
некоторых птиц поле зрения достигает почти 360°.
Поле зрения оптического прибора зависит от его увеличения
— чем выше увеличение, тем меньше поле зрения.
Пространственное разрешение глаза человека различается для разных цветов: на белом
фоне ориентацию жёлтых линий определить сложно, поскольку жёлтый отличается от
белого синей (коротковолновой) компонентой.
Трёхкомпонентная теория, 1756 год, М. В. Ломоносов: наличие трёх разных
белков, реагирующих на разные длины волн, является достаточным для
цветового восприятия. У большинства млекопитающих таких генов только
два, поэтому они имеют двухцветное зрение. В том случае, если у человека
два белка, кодируемые разными генами, оказываются слишком схожи или
один из белков не синтезируется, развивается дальтонизм.
Оппонентная теория цвета Эвальда Геринга.
Её развили Дэвид Хьюбел (David H. Hubel) и Торстен Визел (Torsten N. Wiesel). Они
получили Нобелевскую премию 1981 года за своё открытие.
Они предположили, что в мозг поступает информация вовсе не о красном (R),
зелёном (G) и синем (B) цветах (теория цвета Юнга—Гельмгольца).
Мозг получает информацию о разнице яркости — о разнице
яркости белого (Yмах) и чёрного (Yмин), о разнице зелёного и
красного цветов (G — R), о разнице синего и жёлтого цветов (B —
yellow), а жёлтый цвет (yellow = R + G) есть сумма красного и
зелёного цветов, где R, G и B — яркости цветовых
составляющих — красного, R, зелёного, G, и синего, B.
Дневное зрение — механизм восприятия света зрительной системой
человека, действующий в условиях относительно
высокой освещённости. Осуществляется с
помощью колбочек. Палочки в этих условиях не функционируют.
 Низкая светочувствительность. Её величина примерно в сто раз
ниже, чем при ночном зрении.
 Высокая разрешающая способность (острота зрения).
 Способность воспринимать цвета. Осуществляется вследствие того,
что на сетчатке имеются колбочки трех типов, при этом колбочки
Спектральные зависимости относительной чувствительности
человеческого глаза для дневного (красная линия)
и ночного (синяя линия) зрения.
каждого из типов воспринимают свет только из одной свойственной
для данного типа части спектра.
Ночное зрение — механизм восприятия света зрительной системой
человека, действующий в условиях относительно низкой освещённости.
Осуществляется с помощью палочек. Колбочки в этих условиях не
функционируют, поскольку для их возбуждения не хватает
интенсивности света.
Максимум по сравнению с кривой чувствительности глаза при дневном
зрениирасполагается на длине волны 507 нм.

Высокая светочувствительность. Её величина примерно в сто раз
выше, чем при дневном зрении.

Низкая разрешающая способность (острота зрения). Причиной
Спектральные зависимости относительной чувствительности
является то, что плотность расположения палочек на сетчатке глаза
человеческого глаза для дневного (красная линия)
существенно ниже, чем плотность расположения колбочек.
и ночного (синяя линия) зрения.

Отсутствует способность различать цвета.
Сумеречное зрение — механизм восприятия света зрительной системой человека, действующий в условиях освещённости,
промежуточной по отношению к тем, при которых действуют ночное и дневное зрение. Осуществляется с помощью
функционирующих одновременно палочек и колбочек при значениях яркости фона.
 Поскольку в осуществлении сумеречного зрения
участвуют и палочки, и колбочки, то в формирование
спектральной зависимости светочувствительности
глаза свой вклад вносят рецепторы обоих типов. При
этом вместе с изменением яркости фона происходит
изменение относительного вклада палочек и
колбочек, соответственно изменяется и спектральная
зависимость светочувствительности.
 При изменении яркости фона происходят и изменения
восприятия цвета.
Эффект Пуркинье, сдвиг Пуркинье —
явление изменения цветового восприятия человеческим глазом при
понижении освещённости объектов.
Красные цвета в сумерках кажутся более тёмными, нежели зелёные, а в
ночное время — практически чёрными, в то время как синие объекты
«становятся» более светлыми.
Был обнаружен в январе 1819 года. Назван в честь чешского
анатома Евангелиста Пуркине.
Контрастная чувствительность — способность человека видеть объекты,
слабо отличающиеся по яркости от фона.
Способность глаза воспринимать свет и распознавать различные
степени его яркости называется светоощущением.
Цветопостоянство — особенность человеческого восприятия цвета, которая
заключается в том, что воспринимаемый цвет объекта остается примерно
одинаковым при изменении цвета освещения.
Цветопостоянство работает только тогда, когда свет содержит достаточно широкий
диапазон длин волн. Различные колбочки сетчатки глаза регистрируют свет
различных диапазонов длин волн. На основе этой информации зрительная система
пытается определить приблизительный состав освещения, и в дальнейшем делает
на него поправку, чтобы получить «истинный цвет объекта».
При взгляде на фотографию человек сразу подсознательно анализирует
информацию о отражающих свойствах предметов, а также о типе и положении
источника света.
Способность приспосабливаться к разной яркости освещения — адаптацией глаза.
Адаптация происходит к изменениям освещённости (различают адаптацию к свету и
темноте), цветовой характеристики освещения (способность воспринимать белые предметы
белыми даже при значительном изменении спектра падающего света).
Адаптация к свету наступает быстро и заканчивается в течение 5 мин., адаптация глаза к
темноте — процесс более медленный. Минимальная яркость, вызывающая ощущение света,
определяет световую чувствительность глаза. Последняя быстро нарастает в первые 30 мин.
пребывания в темноте, её повышение практически заканчивается через 50—60 мин.
В зависимости от ситуации, человек способен «видеть» предметы, частично скрытые от
глаза, например, частой решёткой. В течение одной-двух недель человек полностью
адаптируется к «перевёрнутому изображению мира», создаваемому специальными
призматическими очками.
 Дневная слепота — резкое снижение зрения в условиях избыточной освещённости,
Второй листок слева кажется розовее на
верхней картинке. Мозг меняет свое
представление о цвете за счет
цветового баланса остальной
фотографии.
недостаточная адаптация к яркому свету.
 Никталопия — расстройство, при котором затрудняется или пропадает способность
видеть в условиях низкой освещенности.
Человек с хорошим зрением способен разглядеть ночью
свет от свечи на расстоянии нескольких километров.
Однако световая чувствительность зрения многих ночных
животных (совы,грызуны) гораздо выше.
При зрении одним глазом (монокулярное зрение) —
стереоскопичность зрения невозможна и восприятие
глубины (рельефной удалённости) осуществляется
благодаря вторичным вспомогательным признакам
удаленности (видимая величина предмета, линейная и
воздушная перспективы, загораживание одних предметов
другими, аккомодация глаза и т. д. и т. п.).
Глаза человека функционально несколько различаются,
поэтому выделяют ведущий и ведомый глаз. Определение
ведущего глаза важно для охотников, видеооператоров и
лиц других профессий.