Jak nás oko klame a proč vidíme barevně

RNDr. Jitka Prokšová,Ph.D.

KOF FPE ZČU Plzeň

přednáška pro FPV 2010/11

Obsah

1. Vznik zrakového vjemu

(fyziologie oka, rozlišovací schopnost …)

2. Optické klamy

3. Vnímání barev

4. Experimentální část

1. Vznik zrakového vjemu

Elektromagnetické spektrum

• viditelné světlo

• rozsah vlnové délky: 390 nm až 760 nm

Barva Vlnová délka Frekvence

červená ~ 625 až 760 nm ~ 480 až 405 THz

oranžová ~ 590 až 625 nm ~ 510 až 480 THz

žlutá ~ 565 až 590 nm ~ 530 až 510 THz

zelená ~ 520 až 565 nm ~ 580 až 530 THz

azurová ~ 500 až 520 nm ~ 600 až 580 THz

modrá ~ 430 až 500 nm ~ 700 až 600 THz

fialová ~ 380 až 430 nm ~ 790 až 700 THz

Parametry optických prostředí

1c

nv

1 2 2

2 1

1

r

cv v n

ncv nv

• absolutní index lomu(podíl rychlosti světla ve vakuu a v daném prostředí)

• relativní index lomu(podíl rychlostí světla v dvou různých prostředích)

Šíření světla optickým prostředím

• homogenní, izotropní a lineární prostředí

• rychlost světla v prostředí:

opticky řidší x opticky hustší

Gullstrandův model okaAllvar Gullstrand (1862-1930)

(NC 1911)

Newton, Helmholtz, Young

50 65 mm

• sítnice (11 vrstev)

• tyčinky čípky

• žlutá skvrna (čípků 50x více než tyčinek)

• Purkyňův jev

• slepá skvrna (Mariottův pokus)

67 10 6150 10

Oko v číslech(u dospělého člověka)

• Předozadní délka oka: 24,3 mm• Hmotnost oka: 6,3 až 7,8 g• Objem oka: 6,5 ml• Poloměr zakřivení celé oční koule: 10,8 mm• Obsah vody v rohovce: 73 %• Obsah vody ve sklivci: 98 % • Optická mohutnost rohovky: 43 D• Optická mohutnost čočky: 19 D (33 D)

1D

f

1 2

1 11 Drn

r r

Absorpční schopnost různých částí oka

• Rohovka : filtr UV ( pod 300 nm)

• Komorová voda a čočka: filtr IR

Transmisní vlastnosti okapodle věku

• Nutnost ochrany oka před UV-A v nízkém věku

• S věkem klesá propustnost čočkového jádra

Rozlišovací mez oka

• Kruhová plocha testu:

72 stejných výsečí bílých a černých

• Nelze-li ze vzdálenosti L rozeznat hvězdicovitý tvar obrázku průměru d, je rozlišovací mez

18 mm´́

m

d

L

Vývoj oční čočky• Oční čočka – vývoj nastává v raném stádiu embrya• Oční čočka – jediná průhledná tkáň v lidském těle (čočka =

biologický krystal)• Buňky oční čočky samovolně neopravitelné (až 90% buněk v

těle

v neustálé obnově)• Jedinečná schopnost oční čočky aktivovat ve svých buňkách

samozničující program• Rozpuštění jader buněk čočky• Vznik krystalinů (hustý roztok speciálních bílkovin)

2. Optické klamy

vytvoření obrazu na sítnici - varianty, výběr

chybná interpretace - vznik klamu

Kategorie:• objektivní

• fyziologické

• psychologické

Poznámka 1: Quételetovy kruhy

• vznik barevných kruhů nebo jejich částí na skle okenní tabulky, zrcadle nebo na vodní hladině po osvícení silným zdrojem světla (např. světlomety, reflektory aut)

• interference v tenké vrstvě?

• prach

• Lambert Adolphe Jacques Quételet

•(1796-1874)

•astronom, matematik, statistik a sociolog

Matematické pozadí

• pozorovatel v bodě O

• zdroj světla v bodě L

• zrcadlo má tloušťku t

• rozptyl na prachové částici v bodě P

• interference:

• dráhový rozdíl:

k

2

1

2 cos

2 cos

s nt

s nt

2 1s s

Quételetovy kruhy

Shrnutí:• vznik – na znečistěné okenní tabulce, na zaprášeném zrcadle nebo pylem zanesené vodní hladině + silný zdroj světla.

• GO – lom a odraz

• VO – interference, ohyb, rozptyl na zrnkách prachu

• překrytí rozptýlených paprsků světla – QK

Experiment:• sádrový (cementový) prach, zrcadlo, halogenová lampa (světlomet)

Poznámka 2: ohyb světla na zácloně

Fyziologické klamy:a) iradiace (Helmholtzův klam)

b) jevy kontrastu (únava oka)

Psychologické klamy:odhad velikosti

• Oba špalky jsou stejně velké. Zadní se zdá být větší.

• mozek: snaha o přenos perspektivního vidění do grafiky

Klamy 1

Klamy 2

Klamy 3

Neskutečný trojúhelník

• Oscar Reutersvärd (1934)

• 1980 triangl oceněn Švédskou vládou

• 1982 tisk známky

Klamy 4

Experimentujte doma:

• trubička z papíru(průměr cca 3 cm),

držet před levým okem,

pravou dlaň dát za trubičku,

nezaostřovat.

• 3D odraz

• světelný tunelvpředu – polopropustné zrcadlo,

za ním jsou do kruhu sestaveny pestrobarevné diody,

iluzi světelného tunelu vytváří další zrcadlo na zadní straně.

Hollow-Face-iluze• psychologický klam:

3D vystupující obličej• skutečnost: konkávní

maska• při správném osvětlení ji

mozek interpretuje na základě zkušenosti jako konvexní

3. Vnímání barev

• Isaac Newton (1643 - 1727)

7 základních barev

• Thomas Young (1773 - 1829)

• Hermann von Helmholtz (1821 - 1894)

přesný popis tří receptorů R, G, B

bílé světlo, trichromatické oko (velikost odezvy čípků - obr.)

Tabulka:

Další barevné prostory

• xyY

• CMY(K): cyan (azurová), magenta (purpurová), yellow (žlutá) - subtraktivní

• HSB: hue (odstín), saturation (nasycení), brightness (jas)

• Lab: a (červená - zelená), b (žlutá - modrá)

• Luv: u, v (barevné hodnoty)

4. Experimentální část

a) Součtové skládání základních barev

• vytváření barevných odstínů změnou intenzity složek

• součtové skládání doplňkových barev

• vytváření barevných stínů

b) Užití SSB

• barevná obrazovka

• velkoplošné reklamy

• umění: pointilismus

(Georges Seurat /1859-1891/)

vliv osvětlení a možnost srovnání barevných vjemů z okolí

c) Rozdílové skládání barev

• rozdílové skládání základních barev

• vliv osvětlení předmětu na pozorovanou barvu

• pozorování barevných předmětů přes barevné prostředí

Zdroje:http://www.illusionworks.com/index.shtmlhttp://www.brainbashers.com/illusions.asphttp://www.ionaphysics.org/lab/Demoes.htmapod.

Feynman R. P.: Přednášky z fyziky Fuka J., Havelka B.: OptikaBednář J.: Pozoruhodné jevy v atmosféře

• SCIENTIFIC AMERICAN

(Dahm: Umírají, abychom mohli vidět),

leden 2005, české vydání• JOURNAL OF CELL SCIENCE

(Bassnett: Development of a macromolecular diffusion pathway in the lens),

díl 15, 2003• EXPERIMENTAL EYE RESEARCH 74,

(Bassnett: Lens Organelle Degradation),

č.1, str. 1-6