Informatika | Grafika » Zoltai László Krisztián - Az emberi látás sajátosságai képfeldolgozási szempontból

Az emberi látás sajátosságai a képfeldolgozás szempontjából Készítette: Zoltai László Krisztián AK-3K2c. Miskolci Egyetem, Anyag- és Kohómérnöki Kar, Anyaginformatika ágazat, Számítógépes képelemzés c. tantárgy 2001. október 1. Bevezetés A számítógépes – és bármilyen gépi – képfeldolgozás szempontjából feltétlenül foglalkozni kell az emberi látás mechanizmusával, az emberi szem felépítésével, működésével a témában való tisztánlátás érdekében. Az emberi (és állati) szem működésével, a látás megértésével, a fény tulajdonságaival, színtannal az időszámításunk előtti századoktól kezdve napjainkig igen sokan és folyamatosan foglalkoztak, köztük olyan nagy elmék, mint Arisztotelész, Descartes, Newton, Goethe, Schopenhauer, Pavlov, s a neveket még sokáig lehetne sorolni. 2. Az emberi szem Lévén hogy a külvilág ingereinek átlagosan több, minta 80 %-át a szemünkkel fogjuk fel, nyugodtan

állíthatjuk, hogy legfontosabb érzékszervünk a szemünk. 2.1 A szem kialakulása az anyaméhben Az egyedfejlődés során szemünk a köztiagy elülső végének jobb és bal oldali kitüremkedéseként jelenik meg. Ez a kitüremkedés serlegszerűen begyűrődve kialakítja a szemhólyagot. Ezután fokozatosan felépülnek a belső és külső funkcionális hártyák és sorra az összes fontos, illetve kiegészítő „felszerelés”. 2.2 A szem anatómiája Szabatosan megfogalmazva az emberi szem lencserendszerrel rendelkező hólyagvagy sötétkamra típusú szem. A szemüregben elhelyezkedő páros szerv, mely szemgolyókból és járulékos szervekből áll (1. ábra) A szemgolyó láthatóan legnagyobb része az üvegtest (corpus vitreum), ez előtt helyezkedik el a szemlencse (lens crystallina), majd az elülső szemcsarnok, benne a csarnokvízzel (humor aquaeus). Az agy felé a látóidegek szállítják az információkat A szemgolyót három különböző burok

borítja. Kívülről a fehér vagy opálszínű ínhártya (sclera) fedi, erre tapad a három pár szemmozgató izom. Elülső 1/6-od része az átlátszó szaruhártya (cornea). Három részből áll az eres réteg (uvea) A hajszálerekkel dúsan átszőtt érhártyából (chorioidea), mely az ín- és az ideghártya között található. Az érhártya elülső, gyűrű alakú, megvastagodott része a sugártest (corpus ciliare) – ez a második része az eres rétegnek. A sugártesthez kapcsolódó lencsefüggesztő- vagy zonularostok tartják, illetve mozgatják a szemlencsét. Az eres réteg harmadik része a szaruhártya mögötti, erősen pigmentált szivárványhártya (iris), középpontjában egy kerek nyílással, melyet pupillának nevezünk. A szivárványhártyában találhatók a pupillát szűkítő, illetve tágító izomrostok. A szemgolyó legbelső rétege az ideg- vagy recehártya (retina), ehhez kapcsolódnak a látóidegrostok, itt helyezkednek el a

fényreceptorok, vagyis itt történik maga az érzékelés. (1 ábra) 2 szemmozgató izom 1. ábra Az emberi szem felépítése 2.21 A szem védelmi rendszere A szemünket kívülről és „legtávolabbról” a szemöldök védi az esetleges szennyeződésektől. A következő védelmi bázis a szemhéj, illetve annak belső, visszahajló része, a kötőhártya. A szemhéj fő funkciója a pislogás, mely történhet akaratlagosan és reflexszerűen is. A pislogás két fő fázisa a szemzárás, illetve a szemnyitás A pislogás során kenődik szét a könny a szem elülső felszínén, megakadályozva a kiszáradását. A könny a könnymirigyekben termelődő váladék, mely immunglobulinokat is tartalmaz, így védve a kötőhártyát a fertőzésektől. A könny folyamatosan és automatikusan termelődik A belső védekező rendszer fő eleme a pupilla, a szemlencse közepében található fényrekesz, melynek segítségével változtatható a szembe jutó fény

mennyisége. Eme szabályozás során erős fényben, illetve közelre nézéskor szűkül, sötétben, illetve távolra nézéskor tágul a nyílás – ezt a mechanizmust nevezzük pupillareflexnek (2. ábra, illetve szemanim.gif) 2. ábra Az összeszűkült pupilla 3 2.22 A szem mozgatása Szemeink mozgatását három pár szemmozgató izom végzi. Ezek a tér mindhárom irányába képesek elmozdítani a szemgolyókat, rotációs mozgást is létrehozhatnak (3. ábra) Távolra nézéskor a szemgolyók tengelyei majdnem párhuzamosak – ez a térlátás kialakulásának egyik feltétele – közelre nézéskor bizonyos nagyságú szöget zárnak be egymással. Kancsalságról beszélünk, ha a két szem tengelye által bezárt szög a normálistól eltérő 3. ábra Szemmozgató izmok a bal oldalon 2.23 A szem fénytörő apparátusa Számos felszín töri meg a beérkező fénysugarakat az emberi szemben. Először a szaruhártya, majd a szemlencse elülső és hátsó

felszíne. Kisebb mértékben a csarnokvíz és az üvegtest is befolyásolja a fénysugarak útját. A fénysugarak útjának vizsgálata szempontjából a törőfelületek görbületi sugarának, egymástól való távolságának, s az egyes közegek törésmutatóinak van jelentősége (4. ábra, illetve 1 táblázat) 4. ábra Az emberi szem fénytörő rendszere 4 1. táblázat Az emberi szem törőközegeinek jellemzői Jellemzők Szaruhártya Szemlencse Elülső felszín 7-9; 7,9-12,7 görbületi sugara átlag: 7,7 átlag: 10 (mm) Hátsó felszín 6,8 5,1-9 görbületi sugara átlag: 6 (mm) Méret 0,5-1 3,4-4,4 (mm) Törésmutató 1,37 Széli rész: 1,371,41 Középső rész: 1,41-1,44 Törőerő (D) Elülső felszín: 21,5 48,8 Hátsó felszín: 5,8 A szem optikai tengelyének hossza: 24 mm Csarnok(víz) - Üvegtest - - - 3,2-4 átlag: 3,6 1,33 16 1,33 - - Az emberi szemben található törőfelszínek görbületi sugarainak meghatározására bevált módszer a

Purkinje–Sanson tükörképek módszere. Eszerint két egyenes és egy fordított állású képet látunk valakinek a szemében, ha sötétben pl. gyertyát tartunk elé (5 ábra) 5. ábra Purkinje-Sanson képek A kisebb egyenes állású kép a szaruhártyán, a nagyobb a lencse elülső felszínéről (mint domború tükörről), a fordított kép a lencse hátsó felszínéről (mint homorú tükörről) verődik vissza. Határfelületek görbületi sugara az alábbi egyenlettel számítható: r= 2tK T 5 (1) Ahol t: tárgytávolság, T: a tárgy nagysága, K: képnagyság, melyet az oftalmométer nevű szemészeti eszközzel határoznak meg A szem optikai állandóinak mérése komplik ált feladat, az (1) egyenleten kívül indirekt módszerekkel, röntgensugarak vagy ultrahang segítségével adható meg. Az 1. táblázat értékeit összevonva az emberi szemet ún redukált szemmel modellezhetjük, melynek egy törőfelülete van görbületi középpontjában 1,34-es

törésmutatóval. 2.231 A szemlencse A pupilla mögött helyezkedik el a szemlencse, melyet a sugártesthez a lencsefüggesztő rostok (zonularostok) kapcsolnak. Ezek a rugalmatlan izomrostok három, kerékabroncshoz hasonló gyűrűt alkotnak a szemlencse körül. Az egyik a lencse “egyenlítőjéhez” kapcsolódik, a másik kettő kapcsolódási helye valamivel előrébb, illetve hátrébb található. A sejtek hagymaszerűen építik fel a szemlencsét (6. ábra) 6. ábra A szemlencse felépítése A szemlencse számára a végtelenbe nézés – gyakorlatilag 6 méternél távolabbra – jelenti a nyugalmi állapotot. Ilyenkor a lencse elülső és hátsó része ellaposodik, egyenlítőjének átmérője megnő, fénytörőképessége pedig a legkisebb lesz. Ahogy a lencse 6 méteren belül egyre közelebbi tárgyakra fókuszál, úgy lesz az elülső és a hátsó felszíne között egyre nagyobb a távolság, felülete egyre domborúbb, egyenlítői átmérője pedig egyre

kisebb. Ez az elernyedési folyamat szigorúan szabályozott, a fénytörő képesség pontosan annyival nő, amennyi a 6 méternél közelebbi tárgyak fókuszálásához szükséges (7.a- b ábra) 6 7.a ábra 7.b ábra A szemlencse közelre és távolra nézéskor oldalnézetben (a), illetve szemből (b) Akkor látunk élesen szemünkkel, ha a fénysugarak a retina közepére, a sárgafoltra esnek. Mivel minden „szemfelszerelésnek” állandó a törőképessége, ezért a szemlencsére hárul az a feladat, hogy fókuszáljon, vagyis alkalmazkodjon (akkomodáció) a tárgy távolságához. Ezt domborúságának változtatásával meg is teheti A kor előrehaladtával azonban ez a képessége egyre romlik. Az ép látású ember szemének fénytörő képessége tíz éves korban – amikor még az orrunk hegyét is élesen látjuk – megközelítőleg 14 dioptria, húsz éves korban már csak kb. 9, a harmincas évek közepére 4, negyven-ötven éves kor között 1-2,

hetven éves korban pedig már 0 dioptria. Egy nulla dioptriás szem a végtelennél (6 méternél) közelebbi tárgyra már nem képes fókuszálni. Az ember általában szemének romlását akkor veszi észre, amikor a fénytörő képesség 4 dioptriáról (ekkor a legközelebbi élesen látott tárgy 25 cm-re van) 2 dioptriára (fél méter) csökken, mivel ez már befolyásolja az olvasási képességet (8. ábra) Az éleslátás romlásának okai: a lencse körüli izomrendszer gyengülése; a lencse megnagyobbodása; biokémiai összetételének változása; s ezekkel összefüggésben törőképességének megváltozása. zavaró 8. ábra Az éleslátás változása a korral 2.24 A látás biofizikai alapjai, a retina A retina (ideghártya) ad helyet a fényreceptoroknak, ennek megfelelően itt van a fénylátás helye. A szembe érkező fénysugarakat a többrétegű retinában található receptorsejtek milliói fogják fel, s az átalakított információt a látóidegeken

keresztül küldik az agyunkba. A retina a 9. ábrán látható rétegekből épül fel 7 Pigmentréteg Receptorsejtek: pálcikák és csapok Horizontális sejtek Bipoláris sejtek Amakrin sejtek Ganglion (dúc-) sejtek Axonhálózat Fénysugár 9. ábra A retina szerkezete A receptorsejtek a fényenergiát alakítják át kémiai, illetve elektromos energiává. Két fajtájuk van: a csapok a színlátást teszik lehetővé, s kisebb mértékben érzékenyek a fényre, belőlük kb. 6 millió található; a pálcikák a fényintenzitást érzékelik, színeket viszont nem, belőlük kb. 120 millió van (10 ábra) A receptorsejtek a retina hátsó, agy felőli részén helyezkednek el, egy pigmentréteg előtt. A csapok és a pálcikák is két részből állnak: a sejttestből és a fényérzékelő részből. Ez utóbbi belsejét korongszerűen felépülő membránrendszer építi fel, s a látás vegyületével, a látóbíborral van tele. A fényenergiát bonyolult

biokémiai folyamatokon keresztül ezek a receptorok alakítják át elektromos impulzusokká. A pálcikák gyenge fényben működnek, már egyetlen fotont is képesek érzékelni. Ilyenkor a látóbíbor (rodopszin) opszinra és A-vitaminra bomlik, s ez a fotokémiai reakció elektromos potenciálváltozást hoz létre. Az opszin és az A-vitamin sötétben újra rodopszinná egyesül, s ez a folyamat olyan gyors, hogy a pislogás tizedmásodpercei alatt is sokszorosan végbemegy. A csapoknak három fajtája ismeretes: a kékesibolya; a zöld; illetve a sárga és vörös fényt abszorbeálók – ez az alapja a színlátásnak. Inicializálásukhoz minimum 5-7 fotonra van szükség, melyek ugyancsak fotokémiai reakciót indítanak el a jodopszin vegyület közreműködésével. Pálcika Csap 10. ábra A retina elektronmikroszkópos felvétele – pálcikák és csapok 8 A csapok (cones) és a pálcikák (rods) eltérő „küldetését” a 11. ábra illusztrálja, melyről

megállapítható, hogy a csapok a nagy fényintenzitású tartományban érzékenyebbek. Belépve egy sötét helységbe, eleinte nagyobb fénymennyiség szükséges a látáshoz, ekkor a csapok segítségével látunk. Kb 20 perc elteltével a sötétben már a pálcikák lépnek működésbe, ekkor jóval kisebb fényintenzitást is érzékelhetővé válik. 11. ábra Sötét adaptáció A receptorsejtek mindegyike bipoláris sejtekkel van kapcsolatban, melyek a ganglionsejteknek adják tovább az ingerületet, s ezek axonjai alkotják a látóideget. A látóideg pedig elszállítja az információkat az agyba (12. ábra) 12. ábra A retina tulajdonképpen az agy kihelyezett része 9 Az éleslátásnak egy központi helye van a szemben – a szem optikai tengelyébe eső része –, ahol a legtöbb receptorsejt van (melyek mindegyike csap, ráadásul az összcsapmennyiség 80%-a), ezt nevezzük sárgafoltnak vagy látógödörnek. A sárgafolt meglétét a 13. ábra

segítségével ellenőrizhetjük, amelyen egyik szemünket letakarva, s a nullára koncentrálva megfigyelhető, hogy hány számot látunk élesen a nulla környezetében. 13. ábra A sárgafolt igazolásához Ahol a látóideg kilép a szemből nincsenek se pálcikák, se csapok, vagyis fényérzékelés sincsen. Ezt a látógödör alatti területet vakfoltnak nevezzük A 14 ábra segítségével a vakfolt léte is bebizonyítható, ha pl. a bal szemünket letakarva az ábra kerek fehér részét nézzük különböző távolságból. Egy bizonyos távolságból a kereszt el fog tűnni – ekkor pontosan a vakfoltra esik képe. A jelenség nem zavaró a mindennapi életben mivel általában mindkét szemünket használni szoktuk, s az agy az egyik szemből hiányzó információt a másikból érkezettel pótolja, másrészt szemeink megállás nélkül apró mozgásokat végeznek, mely ugyancsak nagy segítség az agynak. 14. ábra A vakfolt igazolásához 2.3 A látás

mechanizmusa optikai szemszögből A szembe érkező fénynyalábok aszaruhártyán megtörve, a csarnokvízen áthaladva, a pupillán át érkeznek a szemlencsébe, mely a szem fő törőközege. Éles képlátás esetén a szemlencse a különböző szög alatt érkező sugarakat a sárgafoltra gyűjti össze. A szemlencse domború, mivel a közepén vastagabb, mint a szélein. Gyűjtőlencse is, mivel anyaga optikailag sűrűbb, mint környezete, s végül bikonvex, mivel mindkét felülete domború. Ennél fogva a retinán fordított állású, kicsinyített, valódi kép keletkezik (15. ábra) Az élettapasztalatnak köszönhető, hogy mégis egyenes állású minden, amit látunk. 10 15. ábra Domború lencse képalkotása A 15. ábrából érthető meg néhány fontos geometriai-optikai összefüggés: A leképezés törvénye: 1 1 1 + = t k f (2) K T (3) Ahol t : tárgytávolság k : képtávolság f : fókusztávolság N= A nagyítás: Ahol N : nagyítás A

dioptria: Ê1 1ˆ 1 D = = (n - 1)ÁÁ + ˜˜ f Ë r1 r2 ¯ (4) Ahol D : dioptria n : relatív törésmutató r1 és r2 : a lencsét határoló gömbök görbületi sugara 2.31 Leképzési hibák A mindennapi életben is számtalanszor tapasztalhatjuk az optikai rendszerek tökéletlenségét. Az alábbiakban a lencsék fontosabb leképzési hibáit foglaltam össze • Gömbi eltérés (szférikus aberráció) Nincs egységes fókuszpont, mivel a lencse optikai tengelyétől távolabb beeső fénynyalábok a lencséhez közelebb metszik az optikai tengelyt, a tengelyhez közeli sugarak viszont nem szenvednek el ilyen eltérülést (16. ábra) 11 16. ábra Gömbi eltérés • Színi eltérés (kromatikus aberráció) Fehér (összetett) fény leképezése során a kép belső része kékes, külső területe vöröses árnyalatot kap. Ennek az az oka, hogy a lencse törésmutatója függ a fény színétől, vagyis hullámhosszától – a lencse a különböző színű

fénysugarakat eltérő helyre fókuszálja (17. a-b ábrák). B A 17. a ábra 17. b ábra A színi eltérés • Üstököshiba (kóma) Az üstököshiba magyarázata ugyancsak a fénysugarak különböző eltérítésében rejlik. A főtengelytől távol lévő pontból nagy nyílásszögben érkező fénysugarak az ernyőn üstököscsóvához hasonlító fényfoltot hoznak létre pontszerű kép helyett (18. a-b ábrák) 18. a ábra 18. b ábra Üstököshiba 12 • Asztigmatizmus Az asztigmatizmus oka is az optikai tengellyel nagy szöget bezáró fénysugarak „háza táján” keresendő. Egy ilyen fénynyaláb két rövid, egymásra merőleges, lencséhez közelebbi (MM) és távolabbi (SS) vonalként fog megjelenni egyetlen pont helyett (19. ábra) 19. ábra Asztigmatizmus • Képgörbület Nagy kiterjedésű objektumok, tárgyak kivetítésénél (pl. moziban) azért alkalmaznak széleinél hajlított vetítőfelületet, hogy a képmező elhajlását

megakadályozzák. Ha ugyanis az optikai tengelyre merőleges, nagy kiterjedésű sík tárgyat képezünk le, a képpontok nem egy sík helyett általában görbe felületen keletkeznek. • Torzítás A 20. ábrán látható leképezési hibák a torzítás fajtái A normális négyzetrácstól balra lévő kép egy párna alakú leképezés, a jobbra lévő pedig egy hordó alakú. Látható, hogy a két leképezési hiba egymás „ellentettje”; a nagyítás a hordónál középen, a párnánál a széleken nagyobb. 20. ábra Torzítások A leképezési hibáknak általában két fő javítási útvonaluk van. Egyrészt a bonyolult optikai rendszerekben megfelelően kiválasztott és beállított lencserendszereket alkalmaznak, amelyekben a hibák általában kioltják egymást. Másrészt kémiai-anyagtudományi megoldásokat alkalmaznak, mint például a lencsék tükröződését kiküszöbölő kalcium- vagy magnézium-fluorid, illetve szilícium-dioxid felületi rétegek

esetében. 13 2.4 Mozgásérzékelés Azok az élőlények, melyek fotoreceptorokkal rendelkeznek, általában képesek a mozgás érzékelésére is. A mozgás érzékelését is természetesen a pálcikák és a csapok végzik, hiszen a mozgás számukra fényviszonyok folyamatos változását jelenti. Tehát a mozgás érzékelése is a retinában történik. Munkamegosztás itt is felfedezhető a receptorsejtek között, nem is akármilyen. A mozgás érzékelését ugyanis irányszelektív sejtek végzik, amelyek számára egyáltalán nem mindegy, hogy a mozgás milyen irányú. A számukra megfelelő, „kitüntetett” irányú mozgásból eredő fényviszony-változásra erőteljes potenciálváltozással válaszolnak, amely nagy sebességgel halad végig az idegi pályákon. Ugyanez a fényviszonyváltozás a receptorsejtek másik részére gátló hatással van, hiszen ezeknek az ezzel ellentétes irányú mozgás lenne megfelelő. Ám ebben az esetben is létrejön

potenciálváltozás, csakhogy ez jóval kisebb és lassabb, s ezt kioltja a szomszédos éppen aktiválódó sejtből érkezett impulzus. A másik jellegzetes szelektivitási vonás a már említett különbség a pálcikák és csapok rendeltetésében. Ez a különbség sötétben mutatkozik meg (sajnos), hiszen akkor a pálcikák aktivizálódnak. A gondot az okozza, hogy a pálcikák mozgásérzékelése gyengébb, mint a csapoké, ennek megfelelően sötétben gyengébben, illetve „lassabban” látunk – magyarul a sebességet nem érzékeljük megfelelően sötétben. Ezeken felül is vannak még további „szakosodott” receptorsejtek, mint például sebességérzékeny sejtek, mozgás-szegregáló sejtek stb. 2.5 Színlátás, A színek általunk biofizikailag felfogható elektromágneses hullámok vagy azok bizonyos összegzései. Az elvileg -• -től +• -ig terjedő hullámhossztartományban kb 10-14 cm-es legkisebb hullámhosszúságtól kb. 108 cm-ig fordulnak

elő általunk fizikailag értelmezett elektromágneses sugárzások. Ezen tartományon belül viszont még kisebb sávot foglalnak el az általunk érzékelhető sugarak: 380-780 nm (21. ábra) 21. ábra Az általunk értelmezett elektromágneses sugárzások 14 Az általunk érzékelhető 380-780 nm-es tartományban található elektromágneses hullámokat optikai sugárzásoknak nevezzük. A színek az agyunkban végül is érzetként jelennek meg, ezért a hullámhosszuk alapján egyébként pontosan elkülönített színek némi szubjektív jelleget kapnak az agyunk, közérzetünk stb. által befolyásolva A fent említetteken kívül három objektív tényező befolyásolja még a bennünk keletkező színérzetet: • A színárnyalat az adott fény hullámhosszúságától függ, melyek közül kb. 200 félét képes az ember megkülönböztetni (22. ábra) 22. ábra Színárnyalatok • Fényintenzitás (világosság, fényesség): a kibocsátott, illetve az

egységnyi felületre becsapódott fotonok mennyisége. Az ember kb 500-féle fényintenzitás között képe különbséget tenni (23. ábra) 23. ábra A fényintenzitás szemléltetéséhez 15 • Az egyes színek telítettsége a bennük levő fehér összetevő mennyiségétől függ. Átlagosan 20 telítettségi fokozatot vagyunk képesek megkülönböztetni (24. ábra) 24. ábra A telítettség szemléltetéséhez A szem színlátó-képességéért a retinában található csapok a felelősek. E fotoreceptorokból háromfélét ismerünk: a kék, a zöld és a vörös színű fényre érzékeny csapokat. Természetesen a csapok nem egy meghatározott hullámhosszúságú fényt képesek csak érzékelni, hanem egy bizonyos sávban ingerelhetők. Azonban mindhárom fajtának van egy pont megfelelő hullámhossz, s a többivel csak nagyobb intenzitás esetén ingerelhető (25. ábra). 25. ábra A háromféle csap érzékenységi spektruma Jellegzetes harang alakú

görbék láthatók a 25. ábrán, ahol az egyes csapsejtek által másodpercenként elnyelt fotonok száma van ábrázolva a hullámhosszúság függvényében. A kék színre érzékeny csapsejtek a 370–530 nm-es tartományt fogják át, az érzékenység maximuma 420 nm-nél található. A hosszabb hullámhossztartományokban (460–650 nm) csak zöld és vörös csapsejtek használhatók. A zöld csapok maximuma 535, a vöröseké 565 nm-nél van. A csapsejtek különbözőségének oka, hogy az opszin nevű fehérje aminosavsorrendje, s ennek megfelelően reakciója sejttípusonként más és más. 16 A különböző színvakságban szenvedők retinájából a csapsejtek valamely fajtája hiányzik. Tárgyak színének érzékelésekor nem az önállóan létező színt fogja fel a szemünk. A tárgyak színe a felületük anyagi minőségétől, a róluk visszaverődő (nem elnyelt) összetevők, a környezet színei, fényessége, lelki állapotunk stb-től függ. Számos

jelenséget, s természetesen a tárgyak színét is befolyásolja a csapsejtek „lassúságából”, tehetetlenségéből származó pozitív, illetve negatív utókép. A pozitív utókép gyors, illetve a környezettől elütő fényhatás után alakul ki a szemben, mintegy lenyomatot hagyva a retinán. Ha viszont egy nagy fényintenzitású egyszínű felületet egy ideig folyamatosan nézünk, akkor hirtelen egy más színű felületre rápillantva az első szín kiegészítő színe jelenik meg. Vagyis amíg az egyik csapfajta regenerálódik, addig a másik kettő együttműködése adja a színérzetet. 2.6 A vizuális percepció folyamata 1. Elsődleges vázlat: a kép fényintenzitásbeli különbségeinek észlelése, majd további bonyolultabb elemek képzése. 2. Durva elsődleges vázlat: élek, foltok, azok helyzete stb, majd különböző csoportosítási eljárások által a tárgyak határai, elkülönült területei. 1+2. Teljes elsődleges vázlat 3. Ún 2 és

fél dimenziós vázlat: már tartalmaz némi térbeli információt is, (mozgásból, árnyékolásból), de csak egy bizonyos nézőpontból, ezt nevezzük szemlélő nézőpontúságnak. 4. A felismeréshez azonban tárgy-központú reprezentáció kell, ami már háromdimenziós és független attól, hogy milyen nézőpontból látjuk a tárgyat. A memóriában tárolt reprezentációkhoz hasonlítva lezajlik a felismerés, vonás analízis, strukturális leírások következnek be. 2.7 A szem és a fényképezőgép közötti összefüggések Azonos rendeltetésüknek, céljaiknak megfelelően a magasabb rendű élőlények szemei és a fényképezőgépek felépítése, működése között jó néhány hasonlóságot találunk. Mindkét „berendezés” bonyolult, összetett szerkezet. Mindkettőnél megtalálható, legalábbis hasonló felépítésű a sötétkamra-szerkezet, elején kisebb nyílással. A pupilla is, csakúgy, mint a fényrekesz változtatható átmérőjű

nyílás, amelyen a fény a kamrába, illetve a szemlencsébe lép, szerepük a fényerő és a mélységélesség szabályozása (26 ábra). A képélesség a szem esetén a szemlencse alakjának, a fényképezőgépek esetén az objektív és a film távolságának változtatásával állítható be. A kép felfogásának felülete a retina, illetve a film A fekete-fehér film ezüst-bromidot tartalmazó fényérzékeny rétege a pálcikákkal mutat némi hasonlóságot, a színes film három, vörös, zöld és kék fényre érzékeny emulziórétege pedig a csapsejtek ugyancsak ilyen jellegű színérzékenységével egyezik. 17 26. ábra Fényképezőgép-szem; fényrekesz-pupilla 2.8 Optikai csalódások Az optikai csalódások lehetnek egyrészt az emberi szem tökéletlenségéből, másrészt agyunk, gondolataink bejáratottságából, sémáiból eredő hibák, illúziók. Ezek során sokszor az történik, hogy egymásnak ellentmondó jeleket észlelünk, s

legtöbbször az erősebbnek vélt jel fejti ki hatását. • Térhatás keltése színekkel: a kéket a piroson besüllyedni, a pirosat a kéken kiemelkedni látjuk (27. a-b ábra) A jelenség egyik oka a kromatikus aberráció, ami szerint a fókusztávolságot befolyásolja a fény színe. A hatás azonban függ a megvilágítás erősségétől is, ez ugyanis hatással van a pupilla méretére, ami az élességet befolyásolja (28. ábra) 27. a ábra 27. b ábra Színek térhatása 28. ábra Színek térhatásának magyarázata 18 A 29. ábrán színek által okozott mélységérzetet tapasztalhatunk Vasarely CTA 102 c művén. 29. ábra Vasarely: CTA 102 • Hermann-rács: a fekete négyzetek között teljesen fehér csíkok vannak, mi mégis ezek kereszteződéseit szürkének találjuk (30. a ábra) E jelenség magyarázata az ún receptív mezők sajátosságában rejlik. Receptív mezőt alkot az egy ganglionsejthez kapcsolódó receptorsejtek csoportja, melyek

lehetnek on- vagy off-középpontúak. Az on-reakciójúak akkor adnak jelet, ha megvilágítjuk őket, míg az off-reakciójúak ezzel ellentétesen működnek. A dúcsejtek helyi kontrasztokra reagálnak: az on-középpontú sejtek a sötét háttér előtti világos, az off-középpontúak pedig a világos háttér előtti sötét tárgyakat érzékelik A dúcsejtek kb. 50%-a on-reakciót mutat, ha a fény a receptív mező közepére esik, míg a körülötte levő területre eső fényfolt viszont elnyomja ezt az aktivitást, kialváskor pedig off-reakciót indít be. Ha e sejtek központi# és kerületi receptív mezőit egyszerre egy nagyobb fényfolttal világítjuk meg, sokkal gyengébb válaszreakciót kapunk, mint ha csak a mező középső részét éri fény - az ilyen sejtek receptív mezeje on-középpontú. A dúcsejtek másik 50%-a off-középpontú, vagyis akkor ad élénk jelet, ha receptív mezejének közepére eső fény kialszik, miközben környezete

ellentétesen változik. Hermann-rácsra nézve azok az on-központú dúcsejtek, melyekre a rács „egyenes része” (nem kereszteződés) vetül, erősebben fognak aktivizálódni, mint azok, melyekre a kereszteződés képe vetül – ezek kevésbé fognak aktivizálódni, agyunk tehát azt „hiszi”, hogy a kereszteződések sötétebbek (30. b. ábra) 30. a ábra • 30. b ábra Zöllner-illúzó: az egyébként párhuzamos hosszabb vonalakat egymástól eltérőnek látjuk a kis vonalak miatt (31. ábra) Az ábrát szemünk perspektivikusan szeretné látni 19 31. ábra A Zöllner-illúzió • A 32. ábrán két teljesen egyforma hosszúságú csík látható, a függőleges mégis hosszabbnak tűnik a perspektivikus hatás miatt. 32. ábra Vonal-illúzió • Folyosó, illetve út-illúzió (Ponzo-ilúzió) esetén a perspektivikus hatás és a méretkonstancia harcol, az előbbi győzelmével (33. ábra) 33. ábra Folyosó-illúzió 20 • Ames-szoba: a

két személy között távolról sincs akkora méretkülönbség, mint ahogy hinnénk. A speciális helységnek nincsenek párhuzamos vonalai, minden fala trapéz, így tüntetve el a perspektívavonalakat (34. a-b ábra) 34. a ábra 34. b ábra Az Ames-szoba • A térbeli látáshoz való ragaszkodás vagy megszokás néha ellentmondáshoz vezethet (35, 36. ábra) 35. ábra • 36. ábra A mesterséges árnyékviszonyokkal is térbeli hatást lehet kelteni (37. ábra) 37. ábra 21 • A Münsterbeg-féle ábrán az egyébként szabályos téglalapok élei elhajlani látszanak (38. ábra) 38. ábra Münsterbeg-féle ábra • A bristoli kávéház falán széttartó hosszanti éleket vélünk felfedezni, miközben minden egyes csempe egyforma (39. ábra) A Münsterbeg-féle ábra továbbfejlesztett változata 39. ábra Bristoli kávéház fala • Szegmentálás: a 40. ábrán arcok is és vázák is vannak Vagy csak vázák? 40. ábra Vázák-arcok 22 • A

fény-árnyék hatásokat használja ki a 41. ábra A képen szobor és negatívja van, de a negatív is pozitívnak látszik. 41. ábra Szobor és negatívja • A 42. ábrán pedig gondolkodni kell, vajon fiatal vagy idős hölgyet ábrázol 42. ábra Fiatal vagy idős? • Háromdimenziós képek: agyunk azon tulajdonságán alapulnak, hogy a szemeinkből érkező két, kissé különböző képből egyet az készít. A háromdimenziós képeket számítógéppel állítják elő a következő folyamat szerint. Az ábrázolandó objektum minden pontjáról a két szembe érkező fénysugarak átmetszik valahol azt a felületet, amin lesz a háromdimenziós kép, tehát az objektum minden pontjának két pont fog megfelelni a 3D-képen – az egyik a bal, a másik a jobb szemnek (43. ábra) Az átváltoztatandó képet véges sok pontra bontják, s az előbbi mechanizmussal ezeket a pontokat leképezik, ráadásul úgy, hogy a háromdimenziós kép fejünk mozgatása közben

ugyanúgy szemlélhető más-más irányból, mint az eredeti (44. ábra) 23 43. ábra Háromdimenziós kép készítése 44. ábra Háromdimenziós kép A melléklet még 44 db. illúziókeltő képet tartalmaz 3. Irodalom Gácsi Z., Sárközi G, Réti T, Kovács J, Csepeli Zs, Mertinger V: Sztereológia és képelemzés, Well-Press Kiadó, Miskolc, 2001 Berend M., Gömöry A, Szerényi G: Biológia IV, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1996 Berend M., Fazekas Gy: Biológia II, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1995 Thomas P. S, Richard A M: A színlátás újabb elmélete, Élet és Tudomány, 1999/41 24 Hogyan látjuk a mozgást sötétben? : Élet és Tudomány 2000/11. (Nature-ből) http: www.optikahu http: www.freewebhu/sallaia/csalodashtml http://hps.eltehu/~zemplen/Craryhtm http://www.szoteu-szegedhu/phys/frames/ohbevezhtm http://www.szoteu-szegedhu/phys/frames/psyrec99htm http://www.szoteu-szegedhu/phys/frames/psyvis3htm

http://www.szoteu-szegedhu/phys/frames/edu/latas99htm http://www.mozaikinfohu/mozaweb/Feny/page51htm 25