Оптическая часть зрительной системы основы светотехники

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Оптическая ЧАСТЬ ЗРИТЕЛЬНОЙ СистемЫ
  ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ (лк – 3ч., практ. зан. – 2ч., РЗ, экз.)
  Физиологическая оптика и колориметрия
  Доц., к.т.н. Снетков Владимир Юрьевич SVY.2011@yandex.ru
  

• 

  2 слайд

  ПРЕПОДАВАТЕЛИ, ВЕДУЩИЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
  КИСТЕНЁВА АННА ВЯЧЕСЛАВОВНА
  anna.kisteneva@rambler.ru
  РЫБИНА ВИКТОРИЯ АНДРЕЕВНА
  dayzamina@gmail.com
  МАРТЫНОВ ВЛАДИМИР НИКОЛАЕВИЧ
  martynov-44@mail.ru
  2
  

• 

  3 слайд

  Контроль по балльно-рейтинговой
  структуре (БАРС)
  КМ-1: устный опрос по оптической части зрительной системы (ЗС) – 3 неделя (19 февраля 2020 г.).
  КМ-2: контрольная работа по ЗС и её пороговым характеристикам – 7 неделя (практические занятия).
  КМ-3: устный опрос по установившимся и неустановившимся процессам – 11 неделя.
  КМ-4: расчётное задание по фотометрическим и цветовым расчётам – 13 неделя (практ. зан.)
  3
  

• 

  4 слайд

  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  1. МЕШКОВ В.В., МАТВЕЕВ А.Б. ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ. Ч. 2, 1989
  2. МЕШКОВ В.В., МАТВЕЕВ А.Б. ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ. Ч. 1, 1979
  3. ЛУИЗОВ А.В. ГЛАЗ И СВЕТ, 1983
  4. ГРИГОРЬЕВ А.А. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ВОСПРИЯТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ В СВЕТОТЕХНИКЕ. Обнаружение объектов наблюдателем, 2003
  5. БООС Г.В., ГРИГОРЬЕВ А.А., СНЕТКОВ В.Ю. ЦВЕТ И ЦВЕТОВЫЕ РАСЧЁТЫ, 2017
  
  4
  

• 

  5 слайд

  СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (продолжение)
  
  
  6. ЛУИЗОВ А.В. ГЛАЗ И ЦВЕТ, 1989
  7. ХЬЮБЕЛ Д. ГЛАЗ, МОЗГ, ЗРЕНИЕ, 1990
  8. ДЖАДД Д., ВЫШЕЦКИ Г. ЦВЕТ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ, 1987
  9. СПРАВОЧНАЯ КНИГА ПО СВЕТОТЕХНИКЕ, ред. Айзенберга Ю.Б. и Бооса Г.В., 2019
  10. АНГЛО-РУССКИЙ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ. Рос.национальный комитет МКО,2011
  
  5
  

• 

  6 слайд

  ЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА –
  БИОЛОГИЧЕСКИЙ ПРИЁМНИК
  («тонкий» и совершенный приёмник излучения, гибко реагирующий на изменение внешних условий)
  АСПЕКТЫ РАСМОТРЕНИЯ:
  СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЙ (структура)
  ОПТИЧЕСКИЙ (геометрическая и физическая оптика)
  СВЕТОВОСПРИНИМАЮЩИЙ (светотехника)
  КОДИРОВАНИЕ И ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ (кибернетика)
  6
  

• 

  7 слайд

  ЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА:
  СОСТОИТ ИЗ 2-Х ГЛАЗ, ПЕРЕДАЮЩЕЙ ЦЕПИ НЕРВНЫХ ВОЛОКОН, ЦЕНТРАЛЬНЫХ УЧАСТКОВ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА (наружные и внутренние коленчатые тела, подушки зрительного бугра – промежуточные зрительные центры).
  2 глаза и для надёжности и для восстановления с помощью мозга 3-х мерного пространства.
  ПРАКТ. ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ОСИ ГЛАЗ (углы обзора по гор. - 150 градусов.. и по верт. - 125 градусов).
  СОТНИ МИЛЛИОНОВ РЕЦЕПТОРОВ (в жёлтом пятне размером порядка мкм), МИЛЛИОН НЕЙРОНОВ
  7
  

• 

  8 слайд

  ЗРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА (продолжение):
  ЕСТЬ ХИАЗМА
  (область
  перекрытия
  зрительных
  нервов
  2-х глаз).
  
  8
  

• 

  9 слайд

  Внутреннее физиологическое схематичное строение глаза
  1- задняя камера, 2 – зубчатый край, 3 – ресничная аккомодационная мышца, 4 – ресничный (цилиндрический) поясок, 5 – шлеммов канал, 6 – зрачок, 7 – передняя камера, 8 – роговица, 9 – радужная оболочка, 10 – кора хрусталика, 11 – ядро хрусталика, 12 – цилиарный отросток, 13 – конъюнктива, 14 – нижняя косая мышца, 15 – нижняя прямая мышца, 16 – медиальная прямая мышца, 17 – артерии и вены, 18 – слепое пятно, 19 – твердая мозговая оболочка, 20 – центральная артерия сетчатки, 21 – центральная вена сетчатки, 22 – зрительный нерв, 23 – варикозная вена, 24 – влагалище глазного яблока, 25 – желтое пятно, 26 – центральная ямка, 27 – склера, 28 – сосудистая оболочка глаза, 29 – верхняя прямая мышца, 30 – сетчатка.
  9
  

• 

  10 слайд

  Схематичное изображение строения глаза человека
  Оболочки: склеротическая , 1мм (с роговицей - 0,5мм; n=1,39), сосудистая, 0,3 мм (с радужкой и зрачком) и сетчатая ( ретина с жёлтым пятном и центральной ямкой).
  Передняя и задняя камеры (n= 1,35).
  Хрусталик (двояковыпуклая линза, радиус кривизны и показатель преломления изменяются в зависимости от расстояний до объекта); на периферии: n=1,39 ; в центре: n=1,41).
  Стекловидное тело, обеспечивающее постоянное расстояние от хрусталика до сетчатки (n=1,35).
  Зрительный нерв
  10
  

• 

  11 слайд

  ХРУСТАЛИК, ЗРАЧОК, СЕТЧАТКА…
  действительное перевёрнутое качественное (без аберационное) изображение на сетчатке;
  при изменении расстояния наблюдения радиус кривизны хрусталика меняется, из-за изменения величины заднего фокуса (расстояние от хрусталика до сетчатки будет постоянным в течение жизни благодаря упругому стекловидному телу);
  хрусталик – короткофокусный объектив (23,8 мм на дальнем расстоянии наблюдения и на 20 % меньше при мин. расстоянии–10 см. из-за аккомодации);
  оптическая система фотоаппарата или видеокамеры напоминает оптическую схему глаза, но фокусное расстояние изменяется благодаря перемещению компонента/ов объектива, а не изменению выпуклости хрусталика;
  диаметр глаза 30 мм, диаметр зрачка изменяется от 2 (1,5) мм при большом падающем потоке для защиты глаза до 8 мм в темноте;
  в жёлтом пятне (1 мм х 0,8 мм) есть углубление – фовеа (в 2,5 раза меньше пятна), а в его центре: фовеола (ещё в 4 раза меньше фовеа);
  вокруг центра глаз вращается на не более, чем на 50 град. с помощью 6 мышц.
  
  11
  

• 

  12 слайд

  Три аппарата глаза
  Рефракционный (преломление; для качественного изображения)
  Аккомодационный (приспособление к изменению условий)
  Сенсорный (приёмники)
  12
  

• 

  13 слайд

  13
  

• 

  14 слайд

  14
  

• 

  15 слайд

  15
  

• 

  16 слайд

  16
  

• 

  17 слайд

  17
  

• 

  18 слайд

  18
  

• 

  19 слайд

  РЕДУЦИРОВАННЫЙ ГЛАЗ ПО В.К. ВЕРБИЦКОМУ
  ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ
  Физиологическая оптика и колориметрия
  
  

• 

  20 слайд

  Зрительная система
  Децентрированная
  Иммерсионная
  20
  Исследования позволили определить: средние цифры размеров оптических элементов, фокусных расстояний и показателей преломления, а также сделать обоснованные выводы
  

• 

  21 слайд

  Схематический глаз по Альвару Гульстранду
  21
  

• 

  22 слайд

  Редуцированный глаз Вячеслава Константиновича Вербицкого
  22
  

• 

  23 слайд

  СРАВНЕНИЕ РЯДА МОДЕЛЕЙ
  23
  

• 

  24 слайд

  Редуцированный глаз по В.К. Вербицкому
  Оптическая преломляющая сила (рефракция) F=(n2 – n1)/r или F= n2 /f 2 см. слайды 26 и 27
  F (макс. акк.) = 70,58 дптр из-за уменьшения f 2 на 20% F (в покое) = 58,82 дптр
  В модели Вербицкого достаточно формально принято считать, что увеличение F на 1 дптр (приближение объекта) вызвано уменьшением r на 0,04 мм и увеличением n2 на 0,004
  Андрей Владимирович Луизов ещё более формально предложил при увеличении оптической силы в редуцированном глазе на 1 дптр уменьшать r на более удобные 0,1 мм, а показатель преломления сохранять постоянным 1,4 мм
  
  При этом расчётное ∆l отличается от экспериментально установленного не больше, чем на 0,1 мм – погрешность стала в три раза меньше!
  24
  

• 

  25 слайд

  Объем аккомодации D связывает ближнее и дальнее расстояние качественного изображения
  Зависит от возраста
  График зависимости объема аккомодации от возраста
  25
  

• 

  26 слайд

  Инвариант Аббе
  26
  

• 

  27 слайд

  Инвариант Аббе (продолжение)
  Выражение для оптической силы:
  Объём аккомодации:
  27
  

• 

  28 слайд

  Аномальный глаз
  Схема для исправления миопии
  Схема для исправления гиперметропии
  28
  

• 

  29 слайд

  Движения глаз
  29
  

• 

  30 слайд

  Освещенность на сетчатке
  Освещённость на сетчатке Eс можно записать через световой поток, прошедший через зрачок:
  Фзр – световой поток, упавший на зрачок,
   – коэффициент пропускания глазных сред (часто принимают г = 0,56),
  ас – площадь изображения на сетчатке
  Для определения освещенности на сетчатке не используют модель Вербицкого из-за её сложности !
  30
  

• 

  31 слайд

  
  Проведя преобразования, мы можем записать:
  
  Eс =I Азр/(ас l2)
  
  Теперь применим формулу синусов, а затем возведём правую и левую часть в квадрат, перейдём для малых углов a, a' к тангенсам:
  - формула синусов через площади
  (1)
  (2)
  Вывод формулы:
  
  31
  

• 

  32 слайд

  Далее, подставляя
  - преобразования из формулы Аббе
  (3)
  , получаем: Ес = I Aзр  / (f12A) = Aзр  L / f12
  
  Диаметр зрачка по Крауфорду: dзр= 5 – 3 th (0,4 lg L)
  
  (4)
  Подставляя в формулу (4) выражение для площади зрачка, получаем:
  
  (5)
  32
  Вывод формулы:
  

• 

  33 слайд

  Выражение (5) очень важное для светотехники, т.к. освещённость сетчатки, а значит реакция приемников дневного зрения (в виде импульсов тока действия), нелинейным образом связана с яркостью объекта.
  
  
  Для решения отдельных задач используют понятие «освещённость сетчатки в Троландах [Тр]». Один Троланд соответствует освещённости сетчатки при яркости объекта L=1 кд/м2 и площади зрачка Азр=1 мм2. Тогда 1 [Тр] по формуле (4) равен г/f12, а выражение (5) можно записать как:
  [Тр]
  33
  

• 

  34 слайд

  34
  

• 

  35 слайд

  35
  
  
  

• 

  36 слайд

  Палочки
  Палочки имеют удлиненную форму, цвет не различают, но существенно чувствительнее колбочек к свету.
  36
  

• 

  37 слайд

  Колбочки
  Колбочки обеспечивают восприятие формы и цвета предмета.
  37
  

• 

  38 слайд

  Спектральные чувствительности
  38
  

• 

  39 слайд

  НЕРВНЫЕ КЛЕТКИ (НЕЙРОНЫ)
  Типичная нервная клетка – нейрон. Тело нейрона имеет обычно более или менее шаровидную форму, свойственную многим клеткам и содержит ядро…. От тела клетки отходит главный отросток в виде цилиндрической нити – нервное волокно, передающее сигнал и называемое аксоном. Кроме аксона от тела отходит множество других ветвящихся и суживающихся к концу волокон; их называют дендритами. Вся нервная клетка – ее тело, аксон и дендриты – одета клеточной мембраной. Тело нейрона и дендриты получают информацию от других нейронов. Аксон передает информацию от данного нейрона другим нейронам. Вблизи своего окончания аксон обычно разделяется на многочисленные веточки, концевые участки которых очень близко подходят к телам или дендритам других нервных клеток, но не соприкасаются с ними вплотную. В этих областях, называемых синапсами информация передается от одной нервной клетки к следующей. Здесь происходит химическая передача информации.
  
  39
  

• 

  40 слайд

  НЕРВНЫЕ КЛЕТКИ (НЕЙРОНЫ)
  Нервная клетка имеет внутри хлористый натрий, хлористый калий, хлористый кальций…Большинство молекул соли диссоциировано, жидкости как внутри, так и снаружи клетки содержат: Ca+, K+, Na+, Cl-. В состоянии покоя электрические потенциалы внутри и снаружи клетки различаются примерно на 70 мВ, причем плюс (+) находится снаружи. Передаваемые нервами сигналы представляют собой быстрые изменения потенциала, перемещающиеся по волокну от тела клетки к окончаниям аксона. Мембрана нервной клетки, покрывающая весь нейрон, содержит миллионы «пор», через которые вещества могут переходить с одной стороны на другую. Разность потенциалов на мембране в любой момент определяется концентрацией ионов внутри и снаружи, а также тем, открыты или закрыты различные поры. По всей длине нерва не перемещаются электрические заряды. Ионы образуют лишь местные токи, переходя внутрь или наружу мембраны: так перемещается некоторое событие или процесс.
  40
  

• 

  41 слайд

  НЕЙРОН (передача информации)
  Клеточный обмен -1: когда нерв находится в покое, большинство К-каналов открыто, а Na – закрыто. Поэтому снаружи будет + заряд. Во время импульса на коротком отрезке нервного волокна внезапно открывается большое число Na- каналов, что приводит к кратковременному преобладанию потока ионов Na, и этот участок быстро становится электроотрицательным снаружи по отношению к внутреннему пространству. Затем Na поры вновь закрываются, в то время как K остаются открытыми, причем, даже в большем количестве, чем в состоянии покоя. Оба процесса – закрытие Na пор и дополнительное открытие K пор – приводят к быстрому восстановлению потенциала покоя с положительным зарядом снаружи. Вся последовательность событий занимает примерно тысячную долю с. Нервный импульс приходит к окончанию аксона и вызывает здесь высвобождение нейромедиаторных молекул. Они воздействуют на мембрану в месте синапса так, что либо понижают ее мембранный потенциал, либо предотвращают его понижение. При понижении потенциала f импульсации возрастает; такой синапс называют возбуждающим. Если же мембранный потенциал вместо этого стабилизируется на подпороговом уровне, импульсы не возникают или возникают с меньшей f, и тогда синапс называют тормозным. В любой момент времени существует один активный участок по нейрону, и эта область передвигается (скорость от 0,1 до 10 м/с), удаляясь о тела нейрона; впереди нее находится участок с еще не открытыми каналами, а позади – участок, где каналы снова закрылись и временно не способны к повторному открытию. Это и есть процесс распространения импульса.
   
  
  41
  

• 

  42 слайд

  42
  

• 

  43 слайд

  
  Модель зрительного восприятия(по Аткинсу - Шифрину)
  Свет, переработанный сетчаткой глаза, поступает в виде сенсорной
  (чувственной) информации в блок иконической памяти в виде ощущения
  (икона - образ). Комбинация сигналов, еще не обработанная мозгом, может
  запомниться в КП – блоке кратковременной памяти, где хранится не самая
  важная информация, которая скоро будет не нужна. Распознавание объекта,
  отображенного на сетчатке, осуществляется на основании работы блока БР
  при сравнении информации, получаемой из ИП, с признаками, хранящимися
  в КП и ДП.
  БУ «руководит» деятельностью КП, ДП, БР. В конце концов, именно блок БР
  принимает решение и делает вывод, какой именно образ зафиксирован
  глазом. Т.к. в образе, который человек внутренне изучает, воспроизведены
  некоторые характерные признаки изображаемого объекта, так что понятен
  смысл, то человек способен по этим признакам восстановить целиком образ,
  опираясь на КП и ДП, т.к. там хранятся черты, признаки уже встречавшихся
  образов и сами образы.
  
  
  43
  

• 

  44 слайд

  Нарушения цветовосприятия
  44
  

• 

  45 слайд

  ЦВЕТОАНОМАЛЫ
  45
  

• 

  46 слайд

  Нарушение аккомодационной способности хрусталика
  46
  

• 

  47 слайд

  Коррекция нарушения аккомодационной способности хрусталика
  47
  

• 

  48 слайд

  Нарушение аккомодационной способности хрусталика. Астигматизм
  48
  

• 

  49 слайд

  Коррекция астигматизма
  49
  

• 

  50 слайд

  ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
  Совместное действие клеток говорит о том, что сигнал начался /закончился (это один из видов кодирования информации). Таких видов много, некоторые увеличивают свою частоту, когда увеличивается амплитуда сигнала. Само кодирование направлено на сокращение информации, которая передается в мозг.
  
  50