Biofizyka Procesu Widzenia

I. Prawa optyki geometrycznej.

a) Prawo odbicia.

Kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień odbity i normalna do powierzchni odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. W wyniku odbicia zmienia się tylko kierunek rozchodzenia się fali, nie zmienia się jej długość.

b) Prawo złamania.

Zmiana kierunku biegu promienia światła przy przejściu przez granicę między dwoma ośrodkami pzezroczystymi o różnych współczynnikach załamania.

II. Równanie soczewki.

Jest to równanie określające zależność pomiędzy odległościami od soczewki przedmiotu i jego obrazu otrzymanego w tej soczewce:

x- odległość przedmiotu od środka soczewki

y- odległość obrazu od środka soczewki

f- ogniskowa

III. Zdolność skupiająca soczewki.

Oznacza odwrotność ogniskowej soczewki:

D- zdolność skupiająca

f- ogniskowa

[1 dioptria] = [m-1]

1 dioptria – to zdolność skupiająca soczewki o długość ogniskowej równej 1m.

IV. Oko

0. dostarcza najwięcej informacji

1. nośnikiem informacji jest fala elektromagnetyczna o długości fali 380-700 nm

2. oko jest odbiornikiem receptorem złożonym z dwóch układów : optycznego i receptorowego

3. prawie połowa kory mózgowej przetwarza informacje wzrokowe.

V. Powsawanie obrazu na siatkówce

Światło wpadające do oka przechodzi przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewkę i ciało szkliste, by dotrzeć do siatkówki. Rogówka wraz z cieczą wodnistą, soczewką i ciałem szklistym skupiają promienie świetlne tak, by na siatkówce pojawił się ostry obraz oglądanego przedmiotu. Zawdzięczamy to soczewce, która może zmieniać kształt, a co za tym idzie moc optyczną. Pozwala to na precyzyjne obserwowanie przedmiotów znajdujących się w różnej odległości od oka. Zdolność tę nazywamy akomodacją. Przechodząc przez soczewkę, promienie załamują się i trafiają na siatkówkę z tyłu oka. Tu powstaje obraz, który za pośrednictwem nerwu wzrokowego jest przekazywany do mózgu.

VI. Czułość oka.

0. oko reaguje na szeroki zakres natężeń 1:10^5, najmniejsza dawka wywołująca ważenie świelne wynosi 2*10^ -7J

1. na silne światło oko reaguje automatycznie skurczem mięśni zmniejszających rozmiary źrenicy.

2. adaptacja- przystosowanie do silniejszych i słabszych wiązek światła.

VII. Akomodacja oka.

Akomodacja- zjawisko dostosowania się oka do oglądania przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach. Dostosowanie to polega na odpowiednim doborz ostrości widzenia.

Promień zmienia się od 5,7 do 10,7 mm.

Istnieją dwa zasadnicze mechanizmy akomodacji:

0. zmiana kształtu soczewki oka, a wskutek tego zmiana jej ogniskowej, zmiana jej zdolności zbierającej.

1. zmiana odległości soczewki d siatkówki

Zakres akomodacji(odległość między punktem bliży i dali wzrokowej) oka człowieka:

0. punkt bliży wzrokowej- najbliższy punkt, jaki oko jest w stanie ostro widzieć dzięki akomodacji szoczewki(ok.10 cm)

1. punkt dali wzrokowej-najbliższy punkt powyżej którego soczewka nie akomoduje(ok.6cm)

Zdolności akomodacyjne oka maleją wraz z wiekiem:

0. od 14 dioptrii w wieku 10 lat

1. do 1 dioptrii w wieku 70 lat.

VIII. Wady wzroku.

0. Dalekowzroczność- niezdolność do ostrego widzenia przedmiotów bliskich, obraz punktu leżącego w nieskończoności powstaje za siatkówką oka. Dalekowzroczność wyrównuje się szkłami wypukłymi (zbierającymi).

1. Krótkowzroczność- tor optyczny ok nieprawidłowo skupia promienie świetlne, obraz punktu leżącego w nieskończoności powstaje przed siatkówką. Krótkowzroczność wyrównują szkła wklęsłe, rozpraszające (tzw. minusy)

IX. Metoda Fouriera.

Analizy widmowej zdeterminowanych sygnałów okresowych dokonuje się wykorzystując szereg Fouriera (w matematyce szereg pozwalający rozłożyć funkcję okresową na sumę funkcji trgonometrycznych.)

Trygonometrycznym szeregiem Fouriera funkcji f nazywamy szereg funkcyjny następującej postaci:

0. Funkcję f przedstawiono jako sumę cosinusoid oraz stałej

1. Częstotliwości przyjmują wartości harmoniczne to znaczy są wielokrotnościami częstotliwości podstawowej ω0:

2. Częstotliwość podstawowa ω0 jest najmniejszą częstotliwością, występującą w szeregu Fouriera, jej okres T0=2π/ω0 jest równy okresowi funkcji f.