Niesamowite ludzkie oczy - o tym jak działają, opowiada fototechnik

Ludzkie oko wydaje się nieskomplikowane, nawet jeśli spojrzymy na jego schematyczny rysunek, ale tak naprawdę jest niesamowitą i niezwykle inspirującą machiną.

Na początek smutny dla technoentuzjastów fakt: jeśli chodzi o rozwój fotografii to w dalszym ciągu nasze cudne aparaty nie są niczym innym, niż kopią oka. Naprawdę, nadal nie wymyśliliśmy tutaj nic nowego. W oku mamy soczewkę (obiektyw), tęczówkę (przesłona) i siatkówkę (matryca/klisza). Dalej jest nerw wzrokowy, który przekazuje zebraną informację do procesora, czyli mózgu. 

Do góry nogami

Obraz powstający na siatkówce jest obrócony do góry nogami, zupełnie tak samo jak w naszych aparatach. Dopiero z pomocą naszego procesora obracamy go na właściwe miejsce. Kilka grup badaczy postanowiło sprawdzić moc naszych ludzkich procesorów prostym eksperymentem. Badanym osobom zakładano okulary odwracające wszystko do góry nogami. Po 1-2 tygodniach noszenia gogli, z pomocą mózgu, wszystko wracało na swoje miejsce - to znaczy, mózgi badanych znów obracały widziany obraz, tak by góra była na górze, a dół na dole. Po zdjęciu gogli mózg znów musiał adaptować się do normalnych warunków. 

Często obserwujemy też u niemowlaków tendencję do sięgania ręką w dół, po przedmiot, który jest na górze. Wydawać by się mogło, że są po prostu nieporadne, okazuje się jednak, że w początkowej fazie życia widzimy wszystko do góry nogami. 

Źrenica, tęczówka

Źrenica to jedynie otworek, przez który światło wpada do naszego oka. W fotografii nazywamy to otworem względnym. Jeśli światła jest dużo to tęczówka (przesłona) powiększa się, źrenica się zmniejsza, a do oka wpada mniej światła. Zupełnie odwrotnie, kiedy światła jest mało. Nazywamy to odruchem źrenicznym. Jest to odruch absolutnie bezwarunkowy. 

Dlaczego ratownicy świecą poszkodowanym w oczy?

W filmach często widzimy scenę, w której lekarze, lub ratownicy świecą latarką w oko poszkodowanego. Jeśli u osoby nieprzytomnej z zatrzymaną akcją serca odruch źreniczny nie występuje, to oznacza, że krążenie ustało najmniej 60-90 sekund temu i najprawdopodobniej doszło już do śmierci pnia mózgu. Diagnoza: zgon. Jeśli odruch źreniczny nie występuje u osoby przytomnej, może to oznaczać poważne uszkodzenia mózgu. 

Jak widać, tęczówka daje ratownikom bardzo szybką informację na temat stanu poszkodowanego i to w sposób niewymagający właściwie żadnych przyrządów medycznych. Dzięki ci oko. 

Co my widzimy?

Żeby do naszego mózgu trafił jakiś obrazek, to nasze oko musi odebrać jakąś informację, przerobić ją na impulsy nerwowe i wysłać do przetworzenia i interpretacji w mózgu. Wydawać by się mogło, że jeśli coś widzimy, to znaczy, że ta rzecz wysyła do nas te informacje. To nie do końca tak działa, większość przedmiotów nie wysyła do nas żadnej informacji. Możesz teraz spojrzeć na ścianę za swoim monitorem, nie, ona nie wysyła do Ciebie żadnych informacji, nie widzisz jej. Prosty dowód: kiedy zgasisz światło - ściana zniknie. Jeszcze mało przekonujące? Najprostszy eksperyment z dowodem i okrzykiem euforii (ale nie "eureka") przeprowadzaliśmy nie raz i nie dwa, wykrywając małym palcem stopy kant szafki w ciemnym pomieszczeniu. Oczy nie dały rady tego zrobić, mały palec już tak. Tak więc elementem, który rzeczywiście wysyła do nas informacje, jest monitor, lampa, itd. Ogólnie wszystko co świeci. Zdecydowana większość przedmiotów jedynie odbija światło. 

Oczywiście wiem, że Ameryki tym nie odkrywamy, ale to dość istotne, ponieważ każdy z przedmiotów odbija światło w nieco inny sposób. 

Czym jest to światło? Na przykładzie samochodzików.

Światło jest bardzo ciekawym zjawiskiem, bo ma dwojaką naturę. Źródła światła wysyłają do nas cząsteczki zwane fotonami. Żeby było ciekawiej, światło jest też zjawiskiem falowym i w zależności od warunków, te fale będą miały inną długość. Nazywamy to korpuskularno-falową naturą światła. Jakaś ciężka fizyka? Nic z tych rzeczy - materiał z obecnej drugiej, może trzeciej klasy gimnazjum. 

A tak najprościej: jeśli na balkonie przy ruchliwej ulicy z sygnalizacją świetlną postawimy głuchego i ślepego, to jeden z nich będzie widział ruch uliczny jako poruszające się cząsteczki, a drugi będzie słyszał fale zatrzymujących się i ruszających samochodów. Ot to i cała skomplikowaność tej korpuskularno-falowej natury światła.

Teraz jest już bardzo łatwo. W zależności od długości fali światła widzimy różne jego barwy. Dlatego coś jest niebieskie, coś czerwone itd. 

Temperatura światła - latarnie, czarne dziury i w ogóle kosmos

Pewnie zauważyliście, że niektóre lampy świecą bardziej na niebiesko, a inne bardziej na żółto. W aparatach też bardzo istotne jest ustawienie balansu bieli, tak żeby to co powinno być białe, było białe. I teraz uwaga: jeśli trzymamy białą kartkę papieru pod świecącą na biało latarnią to ta kartka jest dla nas biała. A jeśli przejdziemy pod latarnię świecącą cieplejszą (żółtą), czy zimniejszą (niebieską) temperaturą światła i po chwili zerkniemy na tę samą kartkę, to będzie... biała. 

Nasz mózg zna pojęcie temperatury barwowej i potrafi się do niej dostosować. 

Temperaturę barwową określamy w Kelvinach i teraz ciekawostka. Uznaje się, że czarna dziura jest ciałem doskonale czarnym - to znaczy, że nie świeci i w ogóle nie odbija światła, ale... gdyby takie ciało doskonale czarne podgrzać o jakieś 2000 stopni Celsjusza (lub 2000 Kelvinów, bo teraz to już wszystko jedno), to emitowałoby światło o temperaturze zbliżonej do tego, które daje nam świeca (żółte). 3000 K - wschód słońca(dalej żółte). 6000 K - światło dzienne (białe). 10000 K - światło słoneczne w pogodny dzień (tak białe, że aż niebieskie). 

Dlatego właśnie jeśli chcemy mieć śnieżno-białą ścianę, to możemy do białej farby dodać nieco ultramaryny (niebieski barwnik). Dlatego właśnie tak ważne jest ustawianie balansu bieli w aparacie. 

Łączymy fakty z datami

Przedmioty mogą przybierać różną barwę w zależności od tego, w jaki sposób odbijają światło i w zależności od tego, jakie światło na nie pada. I teraz szybki powrót do oka. 

Ludzkie oko odbiera te wszystkie fotony, fale, temperatury i całą resztę kosmosu w bardzo ograniczony sposób. Widzimy tylko pewien zakres światła (nazywamy to światłem widzialnym), i są to nasze podstawowe barwy od czerwieni do niebieskiego, ale jest ich jeszcze więcej! Wiemy, że niektóre owady np. motyle, widzą barwę ultrafioletową, której człowiek już nie widzi. Inne zwierzęta całkiem nieźle radzą sobie z podczerwienią, której my też nie widzimy. Jeszcze inne zwierzęta w ogóle nie widzą żadnych barw!

Ciekawostka: byki nie widzą barw, czerwona płachta na byka mogłaby być równie dobrze żółta, biała, czy czarna. Reagują na jej ruch, a nie barwę. Tak więc jeśli macie na sobie czerwoną koszulę, kiedy akurat przechodzicie obok byka, to możecie mieć to w nosie. On też ma to w nosie i może Was bodnąć bez względu na kolor koszuli.

Siatkówka i rzeczy, których nie chcemy mieć w tyłku, choć niektóre czasem powinniśmy

Całe to światło wpada do oka przez soczewkę i pada na siatkówkę (matryca). Mamy tutaj dwa wspomniane w podtytule rodzaje receptorów: pręciki i czopki. Po co nam aż dwa rodzaje odbiorników w oku? Bo nasze oczy są sprytne! Pręciki są bardzo czułe (wysokie ISO) na światło, ale nie widzimy nimi żadnych barw. Gdybyśmy mieli same pręciki (jak byk), to widzielibyśmy czarno-biały świat. I tutaj wchodzą czopki! Te z kolei są mniej czułe, ale są ich aż trzy rodzaje - niebieskoczułe, czerwonoczułe i zielonoczułe. Tych ostatnich jest dwa razy więcej. Dokładnie tak, barwę zieloną odbieramy dwa razy mocniej. 

Właśnie z ww względu nasze urządzenia elektroniczne operujące obrazem, mają przeważnie dwa razy więcej zielonych plamek. Matryca aparatu musi być dwa razy bardziej czuła na zieleń, tak, by spełniać nasze ludzkie wymagania. 

Najnowsza nowość (tak, to pleonazm, wiem) ze świata telefonów komórkowych

Ostatnio na rynku pojawiają się niesamowite nowinki - telefony wyposażone w dwa aparaty fotograficzne, ułożone obok siebie. To jakże nowoczesne i zaawansowane zwycięstwo dzisiejszej techniki jest... no właśnie - nieudolną kopią ludzkiego oka. Jeden aparat odbiera obraz monochromatyczny (czarno-biały, jak pręciki), a drugi odbiera barwy (czopki). Tak więc jak? Epokowy wynalazek? Nie sądzę. 

Czasem nie widzimy barw

Różnica w czułości czopków i pręcików prowadzi do kolejnej ciekawostki. Kiedy warunki oświetleniowe są słabe, my w ogóle nie widzimy barw. Przeważnie nie zwracamy na to uwagi, bo większość przedmiotów znamy i wiemy jakiego są koloru, ale tak naprawdę nie odbieramy informacji o ich barwie. 

Kurza ślepota, czyli ślepota zmierzchowa

O tej przypadłości już prawie zapomnieliśmy, choć kiedyś była bardzo powszechna. Występuje w chwili, w której nasze pręciki (odbierające światło) nie działają prawidłowo, bądź w ogóle nie działają. Prowadzi to do tego, że przy słabych warunkach oświetleniowych nie tylko nie widzimy barw, ale nie widzimy po prostu nic. 

W jaki sposób medycyna wyeliminowała tę chorobę w dzisiejszych czasach? W żaden. Po prostu dzięki lepszemu dostępowi do pożywienia dostarczamy naszym organizmom więcej witaminy A, która jest potrzebna pręcikom do działania. Ten jeden prosty trik wystarczył, by pozbyć się zdecydowanej większość przypadków ślepoty zmierzchowej. 



Dlaczego "kurza ślepota"? Wzrok kur jest upośledzony w kiepskich warunkach oświetleniowych. To znaczy, że kury (i ludzie dotknięci tą ślepotą) po prostu nic nie widzą, kiedy my widzimy jeszcze np.: wieczorną szarówkę(!). 

Język (w tym wypadku język polski, a nie ten mięsień w Twoich ustach, o którym właśnie zaczynasz myśleć i czujesz w jakim jest położeniu, choć przed chwilą "w ogóle go tam nie było") to niesamowite narzędzie w badaniu różnych kwestii i utrwalaniu wiedzy. Dlaczego mówi się "wieczorna szarówka"? Ano właśnie, bo wieczorem, przy małej ilości światła, nie widzimy barw - jest szaro. A dlaczego mówi się, że ktoś "chodzi spać z kurami"? Dokładnie - kury szybko chodzą spać, bo nic nie widzą wieczorem, czyli dla kur noc zapada o wiele szybciej, niż dla nas. Z kolei poranne pianie koguta tłumaczone bezpośrednio z "kukuryku" na polski, brzmiałoby mniej więcej "O kuźwa! Ja widzę! Wstawać! Jasno jest! JA WIDZĘ! Chodźcie szybko!" 

Oko ciemieniowe

Bo skąd w ogóle kogut wie, że robi się jasno, jeśli śpi? Teraz już nie jest tak łatwo, jak za starych dobrych czasów (jeszcze w dewonie - paleozoik, pamiętacie te czasy? Nagato pamięta). W tamtym okresie u żyjątek pojawiło się trzecie oko, tzw.: oko ciemieniowe, które służyło najczęściej do określania, czy jest noc, czy dzień. Oczywiście język: ciemieniowe, ciemię, ciemiączko - mamy na czubku głowy jeszcze pozostałość po tym oku. U niemowlaków ciemiączko jest tak wyraźną przerwą między kośćmi czaszki, że można tam wsadzić palec... podobno (nie sprawdzajcie tego w domu, moi rodzice sprawdzali i teraz... sami rozumiecie). Ciemię nie interesuje nas jednak w żadnym stopniu, drugą pozostałością po tym oku jest szyszynka znajdująca się w naszym mózgu i to ona jest dla nas tak szalenie istotna. 

Nasze życie w dalszym ciągu regulowane jest cyklem dzień-noc i nauczyliśmy się odróżniać dzień od nocy w inny sposób, niż zerkając na to trzecim okiem. Jeśli zamkniecie oczy, to zauważycie, że nasze powieki przepuszczają trochę światła (kiedy zakryjecie zamknięte oczy dłonią, zrobi się całkiem ciemno). Tyle światła ile pada przez powieki wystarczy, by szyszynka powiedziała nam "Hej, jest jasno, a nie słyszałeś budzika, to znaczy, że zaspałeś do roboty!". W ten sposób rozpoznajemy przez sen (jak cholerne koguty) kiedy robi się jasno. Właśnie dlatego o wiele trudniej jest nam zasnąć z włączonym światłem.

Dlatego właśnie na klatkę ze skrzeczącym ptakiem wystarczy zarzucić koc - robi się wtedy ciemno i ptaszek z automatu idzie spać.

Tak w temacie spania

Najgłębsza faza naszego snu, nazywana jest fazą REM, czyli Rapid Eye Movement - szybkie poruszanie oczami. Kiedy zasypiamy nasz mózg odbiera nam możliwość kontrolowania ciała i wyłącza kolejne układy, tak byśmy nie machali rękami, i nie chodzili do lodówki przez sen. To ostatnie nie zawsze się udaje, ale to już najczęściej nie błąd usypiającego mózgu, tylko po prostu jesteśmy cholernymi łakomczuchami bez honoru i godności człowieka. 
Mózg nie potrafi wyłączyć tylko mięśni gałki ocznej i właśnie dlatego, kiedy oglądamy świat naszych marzeń sennych, nasze gałki poruszają się też w świecie rzeczywistym. To jest widoczne nawet przy zamkniętych powiekach, ponieważ soczewka oka jest wypukła i odznacza się na skórze. Jeśli wydaje się Wam to dziwne to poproście najbliższą osobę o zamknięcie powiek i "pomachanie oczami", ostrzegam tylko, że nie dla wszystkich ten widok jest komfortowy.

Możecie też nagrać swoje własne oczy telefonem. Ja tak zrobiłem, właśnie dlatego nie zamieszczam tu tego filmiku. 

Piwnica z kartoflami i adaptacja sensoryczna oka

Czopki i pręciki są światłoczułe, a ich światłoczułość polega na tym, że pod wpływem światła zachodzi w nich reakcja chemiczna, która wywołuje impuls nerwowy. To idzie nerwem wzrokowym do mózgu i resztę już znacie. Przyzwyczajamy się też do różnych temperatur barwowych, ale żeby dodać oku jeszcze jedną super-moc: jesteśmy też w stanie dostosować się do różnych warunków oświetleniowych. 

Wchodząc do piwnicy z kartoflami na początku widzimy tylko lufcik, przez który wpada światło, ale już po 15-20 minutach jesteśmy w stanie przy tym słabym oświetleniu swobodnie przeczytać gazetę. Nasze oczy w tym czasie stają się o wiele bardziej czułe. Nie jest to proces tak szybki jak z powiększaniem/pomniejszaniem źrenicy, dlatego jeśli przyzwyczajamy się do małej ilości światła, to nie ma problemu, po prostu przez pierwszy kwadrans widzimy mniej. Gorzej jest, kiedy wyjdziemy z piwnicy na oświetlone ostrym słońcem podwórko. Nasze oczy, przyzwyczajone do słabszych warunków, zrobiły się w piwnicy super-czułe i teraz mocne światło wywołuje intensywne reakcje chemiczne w czopkach i pręcikach. Produktów tych reakcji jest tak dużo, że czujemy fizyczny ból oczu. 

Zupełnie naturalne w takim przypadku jest przymykanie powiek, wpuszczamy wtedy do gałki ocznej mniej światła i receptory mogą trochę odpocząć. Przy mocnym oświetleniu w czopkach i pręcikach wytwarza się tak dużo produktów reakcji na światło, że nawet po paru minutach wciąż będą spływać do nerwu wzrokowego i dalej do mózgu tworząc wrażenie odbierania barw, czy świateł. Oczywiście pamiętamy o tym, że zielonoczułych receptorów jest dwa razy więcej i właśnie dlatego, kiedy wchodzimy w pogodne popołudnie z zewnątrz, do piwnicy z zimniokami, to wszystko wydaje się zielone.

Istnieje też niemal odwrotny mechanizm. Kiedy długo wpatrujemy się w stały obraz o określonej barwie, to nasze receptory stają się na nią mniej czułe w danym miejscu - "wyczerpują się" chwilowo. Odwracając wtedy wzrok, zobaczymy ten sam obraz, tylko o odwróconych barwach. 

Wpatruj się w czerwoną kropkę, a w nagrodę zobaczysz Czarkę_Pieczarkę w całkiem normalnych barwach. Choć zdjęcie następujące jest zupełnie czarno-białe. 

(Oryginał możecie podejrzeć w jej profilu.)

Okazuje się, że nasz mózg potrafi sobie wiele rzeczy "dointerpretować". Prosty eksperyment: badanym wyświetlano różne kształty, najjaśniejsze z nich, były trójkąty. Po serii takich pokazów poproszono badanych o wyobrażenie sobie różnych figur i okazało się, że na myśl o trójkącie źrenice badanych zmniejszały się, choć nie było ku temu żadnych wskazań fizycznych.

Vanishing point

W naszych oczach mamy też ślepe plamki - miejsca na siatkówce, w których nie ma światłoczułych receptorów (tędy nerw wzrokowy opuszcza gałkę oczną). Dlaczego nie zwracamy na to uwagi? Bo nasze mózgi zapełniają ten obraz danymi występującymi wokół ślepych punktów. Jeśli popatrzycie prawym okiem na kropkę i zaczniecie się przybliżać do monitora, to w którymś momencie krzyżyk zniknie. Magia. 

Wiemy już, że oczy nas czasem oszukują i choć w życiu codziennym nie stwarza to problemów, to może doprowadzić do naprawdę poważnych konsekwencji. Takim przypadkiem była katastrofa lotu nr 007 na warszawskim Okęciu. Pilot przy podchodzeniu do lądowania pod słońce zauważył, że nie świeci się lampka sygnalizująca wysunięcie podwozia, więc zdecydował o odejściu na drugi krąg, by dać czas mechanikowi na sprawdzenie, czy to problem z żarówką, bezpiecznikiem, czy podwoziem. Niestety po kilkudziesięciu sekundach samolot spadł. W trakcie śledztwa odkryto, że to wady silnika doprowadziły do katastrofy, a sygnalizacja wysunięcia podwozia była najpewniej zupełnie sprawna. Najprawdopodobniej zmęczony już nieco pilot, patrzący na bardzo jasne otoczenie (wysokie słońce, śnieg), po prostu nie widział tego, że lampka się rzeczywiście świeci. Oczywiście gdyby nie wadliwe silniki, to nie doprowadziłoby to do katastrofy, tak więc nie można mówić o winie pilota. 

Kąt widzenia, a obiektywy aparatów

Kąt widzenia ludzkiego oka wynosi około 95 stopni. Obiektywy o takim właśnie kącie widzenia nazywamy obiektywami standardowymi, te które mają szerszy kąt, to obiektywy szerokokątne, węższy - wąskokątne. Tak więc standardem dla obiektywów nie jest wartość ogniskowej (częsty błąd w rozumowaniu), tylko rzeczywisty kąt ich widzenia. 

W tym miejscu widzimy, jak bardzo fotografia próbuje upodobnić się do naszego oka, a to z jednego prostego względu. Z całymi tymi naszymi oczami, czopkami, pręcikami, soczewkami, plamkami i całą resztą wzrokowej machiny, jesteśmy po prostu świetni. 

Powyższy tekst to w zasadzie tylko luźny, ale absolutnie obowiązkowy, wstęp do świata fotografii i fototechniki. Żeby zrozumieć co my tak naprawdę robimy naciskając spust migawki w aparacie, musimy dogłębnie zrozumieć, jak zajebiste są nasze oczy. 

Autor: Iskier
http://joemonster.org/