Oko, brána do duše, nebo do světa? Fyzika + Biologie 2 hodiny SPŠ SE Liberec a VOŠ Mgr. Jaromír Osčádal Ing. Marcela Hrádková

Základní témata: Z čeho se lidské oko skládá? Je oko dokonalý optický přístroj? Jaké mohou být vady očí? Co na nás oči prozradí? Co skutečně vidíme? Jak vidí svět jiní živočichové?

Oko, neuvěřitelný zdroj informací Zrak patří k největším zdrojům informací z našich smyslů. Až 70% podmětů pochází z očí. Tyto informace zpracovává 60% mozku. Oči nám zprostředkovávají informace z pásma viditelného světla 400 nm (fialové světlo) až 700 nm (červené světlo).

Popis oka I Řasnaté tělísko Spojivka Duhovka Rohovka Čočka Komorová voda Duhovka: Její barvu určuje množství pigmentu. Modrá a šedivá barva znamenají málo pigmentu, hnědá a zelená více pigmentu. Řasnaté tělísko: Jeho úkolem je měnit optickou mohutnost čočky pohybem řasnatého svalu. Rohovka: První oční čočka s pevnou ohniskovou vzdáleností. Na krajích přechází v bělima. Spojivka: Slabá blána pokrývající oční bělimu a vnitřní plochu víčka. Čočka: Průhledný vazivový kotouč pro zostřování. Jedná se o vrstvenou čočku.

Popis oka II Sklivec Cévnatka Bělima Sítnice Žlutá skvrna Zrakový nerv Slepá skvrna Slepá skvrna: Místo kde se setkávají nervová vlákna a vytvářejí zrakový nerv. V tomto místě chybí světločivé buňky. Cévnatka: Střední vrstva oka mezi bělimou a sítnicí, která vyživuje vnitřní oko. Zároveň pigmentovým zabarvením zabraňuje odrazu světla uvnitř oka. Bělima: Pevný bílý vnější obal oka. Sklivec: Průhledná rosolovitá látka udržující tvar oka. Sítnice: Světločivá vrstva tkáně, kde se světlo mění na nervové impulsy. Žlutá skvrna (jamka): Místo s nejostřejším obrazem a největším množstvím barevných čípků.

Oko jako fotoaparát Konstrukce oka se dá přirovnat ke konstrukci digitálního fotoaparátu. Má svou optickou soustavu: Rohovku, která představuje dvě třetiny celkové optické mohutnosti oka, duhovku, která nahrazuje světelnou clonu a zaostřovací čočku, která díky akomodaci zobrazí obraz na sítnici. Ta se dá přirovnat k CCD/CMOS senzoru, který převede obraz na elektrický signál.

Ostření oka Na prvním snímku je zaostřeno na pozadí. Druhý snímek je zaostřený na popředí. Lidské oko díky snímání po částech (kmitavý pohyb zorného pole), vytvoří ostrý obraz popředí i pozadí. Na fotoaparátu to modelujeme větší hloubkou snímku.

Barevné vidění Na sítnici jsou dva druhy světločivých buněk. Tyčinky vytvářejí černobílý obraz vypovídající o intenzitě jasu. Čípky zaznamenávají barvu obrazu a dělí se na tři druhy: Červené - maximum citlivosti na 570 nm (červeno-žlutá) – 64% Zelené - maximum citlivosti na 540 nm (zeleno-žlutá) – 32% Modré - maximum citlivosti na 440 nm (modro-fialová) – 4%

Barevné vidění II Za šera dochází k takzvanému Purkyňovu jevu. Červené věci začínají ztrácet barvu a tmavnout, modré objekty se zjasní. Je to dáno odlišným maximem spektrální citlivosti tyčinek (500 nm) a čípků (550 nm). Za šera přestáváme vidět barevně a ostře.

Oko nebo fotoaparát Současné fotoaparáty se svými parametry k vlastnostem oka ani neblíží. Na sítnici je asi okolo 130 milionů světločivých buněk, což odpovídá 130 megapixelovému čipu. Ve žluté skvrně, kde je nejostřejší vidění, na 1mm2 připadá 150 000 čípků, což odpovídá rozlišení 10 000 dpi. Dál od jamky klesá počet čípků a stoupá počet tyčinek, průměrná hustota světločivých buněk se ale příliš nemění. Na kraji zorného pole na 1mm2 je asi 160 000 tyčinek, které výborně reagují na pohyb a intenzitu světla. Slouží převážně k perifernímu vidění.

Dynamický rozsah oka Dynamický rozsah neboli kontrast mezi nejsvětlejším a nejtmavším místem na snímku je u lidského oka za možnostmi kteréhokoliv čipu. Poměr světelných intenzit, které dokáže zachytit oko je 1:30 000 (15 EV), zatímco dobrý diafilm zaznamená poměr 1: 32 (5EV). Je k nevíře, že nám současné fotoaparáty stačí k pořizování obrázků a jsme s nimi spokojeni .

Dynamický rozsah oka II Tyto snímky jsou pořízeny za stejných podmínek. Na prvním snímku jsou zaostřeny tmavé květiny v popředí, pozadí je přesvícené. Na druhém snímku je kontrast upraven pro pozadí a květiny v popředí jsou moc tmavé.

Dynamický rozsah oka III Čípky, které reagují na barvy si vytvářejí světločivou substanci jodopsin. Tyčinky zase tvoří purpuru. Pokud na ně dopadá málo světla, vytvoří této látky více, aby zachytily i slabý světelný pulz. Tato dynamická přizpůsobivost se využívá i v některých optických klamech.

Dynamický rozsah oka IV http://www.michaelbach.de/ot/lum_white-illusion/index.html http://www.michaelbach.de/ot/col_lilacChaser/index.html

Vady oka Krátkozrakost Dalekozrakost Vetchozrakost Astigmatismus Šedý zákal Zelený zákal Barvoslepost

Krátkozrakost Krátkozrakost (myopie): obraz se vytvoří před sítnicí, oko je příliš dlouhé.

Dalekozrakost Dalekozrakost (hypermetropie): obraz se vytvoří za sítnicí, oko je příliš krátké.

Vetchozrakost Vetchozrakost (presbyopie): Neschopnost zaostřit na krátkou vzdálenost, zhoršení akomodace je způsobeno věkem.

Astigmatismus Astigmatismus: Vada způsobená nepravidelným zakřivením rohovky. V různých rovinách různá optická mohutnost body se zobrazují jako čárky.

Šedý zákal Šedý zákal (katarakta): zakalení čočky

Zelený zákal Zelený zákal (glaukom): zvýšeným nitroočním tlakem odumře sítnice, na červené sítnici vzniknou mrtvá místa. Rohovka se jeví zakalená a duhovka změní barvu do zeleného odstínu.

Barvoslepost Barvoslepost ztráta schopnosti vnímat barvy v celém spektru. Většinou jde o poruchu vnímání určitých barev: Protanomálie – problém vnímání červené; Deuteranomálie – problém vnímání zelené barvy; Tritanomálie – problém vnímání modré barvy. Úplná absence čípků jedné barvy se podle druhu nazývá: Protanopie, deuteranopie, tritanopie. Monochromazií nazýváme absenci dvou druhů čípků. Achromazie je úplná barvoslepost.

Co na nás oči prozradí? Slabé osvětlení Jasné světlo

Co skutečně vidíme? Prostorové vnímání – Dvě oči máme k prostorovému vnímání okolí . Mozek je zvyklý na trojrozměrný svět, a proto nám občas špatně interpretuje dvojrozměrné obrázky. Vyvážení bílé – Běžné zdroje světla považujeme za bílé a ve skutečnosti bílé nejsou. I barva slunečního světla se v průběhu dne mění. Mozek je ve vnímání bílé velmi tolerantní a pro kalibraci bílé použije svou zkušenost o barvách předmětů. Často bývá fotografie jiná než byl náš původní zrakový vjem.

Co skutečně vidíme? II Váza nebo tváře? – Mozek interpretuje obraz do známých prototypů. slepá skvrna – místo ve kterém nemáme zrakovou informaci. Mozek ji dotváří na základě zkušeností a okolí.

Jak vidí svět jiní živočichové?

Použité zdroje: Jebáčková Jana a kol.; ČLOVĚK: vydal knižní klub v Praze 2005; 512 stran Trevor Weston: Atlas lidského těla: vydala Fortuna print v Praze 1993; 158 stran Zbyněk Stránský : OPTICKÝ SYSTÉM OKA-Bakalářská práce, Brno 2006, Masarykova Univerzita Lékařská Fakulta Tomas Hellebrand: http://www.fotoroman.cz/techniques/eye_camera.htm Adam Jančovič: http://www.ped.muni.cz/wphy/publikace/Jancovic.html http://cz.wikipedia.org/wiki/oko http://mfweb.wz.cz/fyzika/180.htm http://cs.wikipedia.org/wiki/%C4%8Co%C4%8Dka_%28optika%29 http://cs.wikipedia.org/wiki/Vetchozrakost http://www.21stoleti.cz/view.php?cisloclanku=2006021721 http://www.visusoptik.cz/main.php?level1=2&level2=1 http://panwiki.panska.cz/index.php/Lidsk%C3%A9_oko http://www.bryle.cz/oci-a-zdravi/glaukom-rozpoznejte-ho-vcas.html http://barva.navajo.cz/ http://mfweb.wz.cz/fyzika/184.htm http://www.fotografovani.cz/art/fozak_df/rom_1_02_svetlookomozek.html