Nägemine on inimese üks väärtuslikumaid meeli. Kuigi visuaalne süsteem on aju suhteliselt keeruline osa, juhib seda protsessi tagasihoidlik optiline element: silm. See moodustab võrkkesta kujutisi, kus valgust neelavad fotoretseptorid. Nende abiga edastatakse elektrilised signaalid nägemiskoorde edasiseks töötlemiseks.
Silma optilise süsteemi põhielemendid: sarvkest ja lääts. Nad tajuvad valgust ja projitseerivad selle võrkkestale. Väärib märkimist, et silma seade on palju lihtsam kui kaamerate oma, millel on mitu selle sarnaselt loodud objektiivi. Vaatamata asjaolule, et silmas mängivad läätsede rolli vaid kaks elementi, ei kahjusta see teabe tajumist.
Valgus
Valguse olemus mõjutab ka mõningaid silma optilise süsteemi omadusi. Näiteks võrkkest on keskosas kõige tundlikum nähtava spektri tajumiseks, mis vastab Päikese kiirgusspektrile. Valgust võib näha ristielektromagnetlaine. Nähtavad lainepikkused alates umbes sinisest (400 nm) kuni punaseni (700 nm) moodustavad vaid väikese osa elektromagnetilisest spektrist.
Huvitav on märkida, et valguse osakese (footoni) iseloom võib teatud tingimustel mõjutada ka nägemist. Footonite neeldumine toimub fotoretseptorites juhusliku protsessi reeglite järgi. Eelkõige määrab iga fotoretseptorini jõudva valguse intensiivsus ainult footoni neeldumise tõenäosuse. See piirab vähese heledusega nägemist ja silma kohandamist pimedusega.
Läbipaistvus
Kunstlikes optilistes süsteemides kasutatakse läbipaistvaid materjale: klaasi või plastmassi koos refraktsioonifiksaatoriga. Samamoodi peab inimsilm looma eluskudede abil suuremahulisi kõrge eraldusvõimega pilte. Kui võrkkestale projitseeritud kujutis on liiga udune, udune, ei tööta visuaalsüsteem korralikult. Selle põhjuseks võivad olla silma- ja närvisüsteemi haigused.
Silma anatoomia
Inimese silma võib kirjeldada kui vedelikuga täidetud kvaasisfäärilist struktuuri. Silma optiline süsteem koosneb kolmest kudede kihist:
- väline (sclera, sarvkest);
- sisemine (võrkkest, tsiliaarne keha, iiris);
- kesktaseme (kooroid).
Täiskasvanud inimestel on silm ligikaudu 24 mm läbimõõduga kera, mis koosneb paljudest rakulistest ja mitterakulistest komponentidest, mis pärinevad ektodermaalsest ja mesodermaalsest iduliinistallikad.
Silma väliskülge katab vastupidav ja painduv kude, mida nimetatakse skleraks, välja arvatud esiosa, kus läbipaistev sarvkest laseb valgusel pupilli siseneda. Kaks muud kihti kõvakesta all: soonkesta toitainete varustamiseks ja võrkkest, kus pärast kujutise moodustumist neelavad valgust fotoretseptorid.
Silm on dünaamiline tänu kuue välise lihase tegevusele visuaalse keskkonna jäädvustamiseks ja skannimiseks. Silma siseneva valguse murdub sarvkest: õhuke läbipaistev veresoonteta kiht, mille läbimõõt on umbes 12 mm ja paksus keskosas umbes 0,55 mm. Sarvkesta veepisarakile tagab parima pildikvaliteedi.
Silma eeskamber on täidetud vedela ainega. Iiris, kaks lihaste komplekti, mille keskne auk, mille suurus sõltub kokkutõmbumisest, toimib nagu diafragma, millel on pigmentide hulgast ja jaotumisest olenev alt iseloomulik värv.
Pupill on iirise keskel asuv auk, mis reguleerib silma siseneva valguse hulka. Selle suurus ulatub vähem kui 2 mm-st eredas valguses kuni 8 mm-ni pimedas. Pärast seda, kui õpilane tajub valgust, ühineb kristalne lääts sarvkestaga, moodustades võrkkestale kujutisi. Kristalliline lääts võib muuta oma kuju. See on ümbritsetud elastse kapsliga ja kinnitatud tsiliaarkeha külge tsoonide abil. Tsiliaarkeha lihaste toime võimaldab läätsel oma võimsust suurendada või vähendada.
Retina ja sarvkest
Võrkkestas on keskne depressioon, kussisaldab kõige rohkem retseptoreid. Selle perifeersed osad annavad väiksema eraldusvõime, kuid on spetsialiseerunud silmade liikumisele ja objektide tuvastamisele. Loomulik vaateväli on tehislikuga võrreldes üsna suur ja 160×130°. Maakula asub läheduses ja toimib valgusfiltrina, mis väidetav alt kaitseb võrkkesta degeneratiivsete haiguste eest, sõeludes välja siniseid kiiri.
Sarvkest on sfääriline osa, mille eesmine kõverusraadius on 7,8 mm, tagumine kõverusraadius 6,5 mm ja ebahomogeenne murdumisnäitaja 1,37 tänu kihilisele struktuurile.
Silmade suurus ja fookus
Keskmise staatilise silma kogupikkus on 24,2 mm ja kaugemal asuvad objektid on fokusseeritud täpselt võrkkesta keskele. Kuid kõrvalekalded silma suuruses võivad olukorda muuta:
- lühinägelikkus, kui kujutised on teravustatud võrkkesta ette,
- kaugnägelikkus, kui see juhtub tema selja taga.
Silma optilise süsteemi funktsioone rikutakse ka astigmatismi – läätse vale kumeruse – korral.
Pildikvaliteet võrkkestal
Isegi kui silma optiline süsteem on täiuslikult teravustatud, ei anna see täiuslikku pilti. Seda mõjutavad mitmed tegurid:
- valguse difraktsioon pupillis (hägu);
- optilised aberratsioonid (mida suurem pupill, seda halvem on nähtavus);
- silma sees hajumine.
Silma optilise süsteemi puudujäägid on silmaläätsede spetsiifilised kujundid, murdumisnäitaja variatsioonid ja geomeetria omadusedvõrreldes kunstlike kolleegidega. Tavaline silm on vähem alt kuus korda madalama kvaliteediga ja igaüks loob originaalse bitmapi, olenev alt esinevatest aberratsioonidest. Näiteks tähtede tajutav kuju on inimestel erinev.
Perifeerne nägemine
Suurima ruumilise eraldusvõime annab võrkkesta keskväli, kuid oluline on ka vähem valvas perifeerne osa. Tänu perifeersele nägemisele saab inimene navigeerida pimedas, eristada liikumistegurit, mitte aga liikuvat objekti ennast ja selle kuju, ning navigeerida ruumis. Loomadel ja lindudel on valdav perifeerne nägemine. Veelgi enam, mõnel neist on 360 ° vaatenurk, mis tagab suurema ellujäämisvõimaluse. Visuaalsed illusioonid arvutatakse perifeerse nägemise tunnuste põhjal.
Tulemus
Inimsilma optiline süsteem on lihtne ja töökindel ning suurepäraselt kohandatud ümbritseva maailma tajumisega. Kuigi nähtava kvaliteet on madalam kui arenenud tehnosüsteemidel, vastab see organismi nõuetele. Silmadel on mitmeid kompenseerivaid mehhanisme, mis jätavad mõned võimalikud optilised piirangud tühiseks. Näiteks kõrvaldatakse kromaatilise defokuseerimise negatiivne mõju sobivate värvifiltrite ja ribapäässpektri tundlikkusega.
Viimasel kümnendil on võimalus korrigeerida silmade aberratsioone adaptiivse abiloptika. Praegu on see laboris tehniliselt võimalik korrigeerivate vahenditega nagu silmasisesed läätsed. Korrektsioon võib taastada nägemisvõime, kuid on nüanss - fotoretseptorite selektiivsus. Isegi kui võrkkestale projitseeritakse teravaid pilte, on väikseima tajutava tähe õigeks tõlgendamiseks vaja mitut fotoretseptorit. Vastavast nägemisteravusest väiksemate tähtede kujutisi ei eristata.
Peamised nägemishäired on aga nõrgad aberratsioonid: defokuseerimine ja astigmatism. Neid juhtumeid on alates 13. sajandist, mil leiutati silindrilised läätsed, erinevate tehnoloogiliste arengutega hõlpsasti parandatud. Kaasaegsed meetodid hõlmavad kontaktläätsede ja silmasiseseid läätsi või lasermurdmiskirurgia protseduure patsiendi optilise süsteemi struktuuri muutmiseks.
Oftalmoloogia tulevik näib paljulubav. Fotoonika ja valgustehnoloogia mängivad selles võtmerolli. Täiustatud optoelektroonika kasutamine võimaldaks uute proteesidega taastada kaugnägevad silmad ilma eluskudesid eemaldamata, nagu praegu. Uus optiline koherentstomograafia võib pakkuda silma täismahus reaalajas 3D-visualiseerimist. Teadus ei seisa paigal, nii et silma optiline süsteem võimaldab meil kõigil näha maailma kogu selle hiilguses.
