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Modelos para el sistema visual: II
Prof. Maria L. CalvoClase del 17 de abril de 2012
El modelo de Gullstrand (1924)
Plano objeto
Plano de la retina
Eje óptico
cristalino
córnea
vítreo
Propiedades
LENTE: Características
• Como la cornea, el tejido no está vascularizado.
• Una capsula fibrosa recubre enteramente a la lente.
• Esta capsula esta llena de una proteina transparente: cristalino
• Proteinas estables que permanecen intactas y con la misma funcionalidad durante toda la vida.
• Está suportada por un tejido fibroso (ligamento).
Modelo de lente: Medio GRIN
Superficies de igual índice de refracción .
La parte superior corresponde a un ojo sin acomodar.
La parte inferior corresponde a un ojo acomodado
Medios no homogéneos• Cuando se produce un gradiente en la
densidad del medio al paso de la luz èsta curva la trayectoria.
• La curvatura se produce en el sentido del gradiente del índice de refracción.
Agua con concentración de sal baja
Agua con alta concentración
de sal
Algunos ejemplos de lentes en sistemas visuales: a: vertebrado en medio acuático. b: Vertebrado terrestre. c: Insecto.
Mecanismo de enfoque
• La cornea y la lente forman un sistema compuesto que produce una imagen real invertida en la retina..– Desde el aire hasta la cornea (n=1.376):
alta curvatura del haz: alta potencia refractora.
– Desde la cornea hasta la lente(n=1.406),potencia refractora inferior.
– El ojo tiene una profundidad de campo limitada. No podemos ver objetos cercanos y lejanos al mismo tiempo.
Acomodación• El mecanismo de enfoque no se produce
cambiando la distancia lente-retina. Se produce a través de cambios en la potencia de la lente.
• Los músculos ciliares intervienen en los cambios de la curvatura de la lente: Acomodación. – Músculos relajados: larga distancia focal, observación
de objetos alejados del ojo. – Músculos no relajados: corta distancia focal,
observación de objetos cercanos. – El ojo de un observador normal puede acomodar para
observar objetos muy lejanos hasta 25 cm. (distancia mínima de visión distinta).
– En presencia de aberraciones (miopía e hipermetropía), la acomodación no corrige la deficiencia de enfoque.
Músculos extrínsecos del ojo
Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Los músculos están desarrollados para actuar sobre la parte externa del ojo.
Permiten la producción de los movimientos del globo ocular.
Figure 8.2
Acomodación de la lente
Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
La luz se enfoca en la retina para una visión óptima.
El ojo enfoca definiendo una distancia mínima de visión distinta (25 cm.)
La lente cambia de curvatura para enfocar objetos cercanos.
Figure 8.9
Otros factores importantes en la calidad de la imagen:
Muestreado del mosaico retiniano. Separación entre fotorreceptores contiguos: 2-3 micras …
5 arc minutes20/5 letter
Projected Image Sampled Image
Submuestreo
La imagen contiene frecuencias espaciales mayores que los fotorreceptores
Hay un submuestreo en la imagen Se producen “artefactos” (aliasing)
Consecuencia: La imagen contiene un rango de frecuencias más bajo.
Muestreo y Teorema de Nyquist• Teorema de Nyquist:
• La máxima frecuencia espacial que se puede detectar es igual a ½ de la frecuencia de muestreo.
• Espaciado de los conos en la fovea: ~ 120 fotorreceptores/grado
• Máxima frecuencia espacial: 60 cicles/grado (20/10 o 6/3 agudeza)
Respuesta de impulso del Sistema Visual Humano: Función de Ensanchamiento de
Pulso (PSF)• Claves:• A un punto objeto no le corresponde un punto
imagen inextenso. • Debido a la difracción y las aberraciones a un
punto objeto le corresponde una imagen extensa: Función de Ensanchamiento de Punto
• Los objetos puntuales son una ficción matemática.
• Las líneas inextensas también lo son. • Supondremos que una línea está formada por un
número infinito de puntos: Su imagen también tiene asociado un ensanchamiento...
Ejemplo: La PSF asociada a un sistema óptico perfecto con
pupila circular corresponde a la difracción de Fraunhofer (disco de Airy)
Difracción y poder de resolución: Criterio de Rayleigh
PSF – Imagen de un punto objeto formado por el ojo humano
La PSF asociada a un objeto puntual se distribuirá espacialmente sobre varios
fotorreceptoresImplicaciones: En la resolución espacial y en la
agudeza visual
Relative Position
Rel
ativ
e In
tens
ity
PSF del ojo humano afectado de aberraciones
Smith & Atchison
MTF y PSF: Transformada de Fourier
[ ]TF PSF
Proceso clave: Respuesta a estímulos
Rendimiento óptico versus rendimiento visual
Curva de Campbell-Robson
CSF: Onda sinusoidal
Máximasensitividaden frecuenciasmedias:
Procesadoneuronal: filtro pasa-banda
El camino visual
Magno
Parvo
Un modelo general para el sistema visual humano
• Optica: PSF
• Muestreo en la retina- bastones y conos- células ganglionares
• Cuerpo geniculado externo (LGN)
• Radiaciones ópticas- filtrado espacio-temporal
- Caminos visuales• Corteza visual
74.136.1 43.259.2 048.0952.0)( rr eerh
),(),(),( yxhyxIyxi
A1
Diapositiva 25
A1 Retinal ganglion cells transmit the information out of the eyeball.Author, 6/11/2004
Cuerpo geniculado externo (LGN)
• Es el centro de las conexiones sinápticas entre los axones de las células ganglionares y las dendritas de este tejido neuronal.
• El LGN contiene interneuronas que reciben impulsos generados en la retina. Su funcionalidad es semejante a las células horizontales y amacrinas de la retina.
• Igualmente el LGN recibe señales neuronales generadas en otras zonas del cerebro.
Estructura del LGNSección mostrando la estratificación en capas neuronales del macacus resus.
1
2
3
45
6
Seis regiones estriadas.
Reciben los impulsos neuronales vía radiación óptica.
Procesado masivo en paralelo de la información (MPP).
Células ganglio-nares Parvo
Células ganglio-nares Magno
Ejemplo: MPP en computación Each node has its own memory subsystem and I/O. Communication between nodes via Interconnection network Exchange message packets via calls to the MPI library
……
Node Node
Processor
Cache
Bus
Memory I/O
Processor
Cache
Bus
MemoryI/O
Process 0 Process N
Each task is a Process.
Each Process Executes the same program and has its own address space
Data are exchanged in form of message packets via the interconnect (switch, or shared memory)
Interconnection network
Imágenes neuronales al nivel del LGN
Imagen de entrada
Descomposición de la información en bajas, medias y altas frecuencias.
Filtrados
De baja Pasa-banda De alta
Modelo de Hubel & Wiesel (1972) para la estructura del cortex visual
Propiedades de las neuronas del nervio óptico, LGN y corteza visual
Perspectiva histórica: El estudio de Ibn-Al-Hytham (Alhazen) (s. XI)
Introdujo la nomenclatura vigente para la estructura del ojo
Estructura del tejido neuronal: S. Ramón y Cajal (1906)
