¿Cómo vemos?

Para ver necesitamos:

Lo que vemos y cómo lo vemos varía de acuerdo con experiencias personales previas y con nuestra personalidad. Es el toque subjetivo que da el cerebro a la visión.

En la imagen la línea negra del fondo parece ser mucho más larga que la del frente porque el cerebro asume que está viendo los efectos de la perspectiva. Cuando se suprime el entramado, se ve que ambas líneas son iguales. Esta es una de las muchas ilusiones óptica

Todo está en el cerebro. Las ilusiones ópticas revelan las suposiciones que el cerebro hace sobre lo que en realidad ve.

Identificamos los objetos porque existe una grabación previa en el cerebro. Un ciego que de repente recuperara la vista, no podría identificar ningún objeto.

Veamos a continuación la explicación que da la óptica a la entrada de la información en el cerebro y cómo se determina cuál es la distancia mínima a la que dos puntos deben estar separados para que el ojo los distinga.

Para ver un objeto, este debe reflejar la luz que le llega. No se produce reflexión apreciable de las ondas a no ser que el objeto sea de un tamaño por lo menos de la longitud de onda de la luz que incide. Por lo tanto, con la componente de la luz visible de menor longitud de onda (violeta) podemos ver objetos de un tamaño mínimo de 4·10 -7m.

Se pueden emplear ondas sonoras para "ver" nuestro entorno. El sonar se emplea para la detección de los objetos que nos rodean mediante la reflexión de ondas sonoras. Con sonidos audibles por el hombre el menor tamaño detectable es de 2 cm., pero el murciélago usando ultrasonidos detecta insectos de 2,8 mm.

Supongamos que el objeto tiene el tamaño adecuado y se ilumina con luz visible. El sistema óptico del ojo es capaz de recoger los rayos reflejados que divergen del objeto y llegan a él.

El cerebro identifica la posición del objeto como el punto donde convergen las prolongaciones del haz de rayos que le llegan procedentes del objeto.

Para ver nítidamente un objeto la imagen de cada uno de sus puntos debe estar enfocada sobre la retina: los rayos salientes de un punto del objeto que sean captados por el ojo deben concentrarse todos en un mismo punto de la retina, sobre sus células sensibles.

Un objeto se verá borroso si los rayos que parten de él son concentrados por las lentes del ojo delante o detrás de la retina.

Los rayos que llegan reflejados o refractados dan lugar a que pensemos que está en un lugar distinto a donde realmente está, ya que el cerebro interpreta que el objeto se encuentra en la prolongación de los rayos.

Esto da origen al concepto de posición virtual (como si estuviera allí).

 

El cerebro debe poner "derecha" la imagen que se forma "invertida" en la retina (arriba es abajo, derecha es izquierda). Utiliza para ello el centro visual situado en el hemisferio izquierdo del cerebro y en su zona posterior.

 

 

Cuando miramos un objeto lo vemos siempre bajo un ángulo aparente (a). Este ángulo es el que forman dos rectas que partiendo del iris llegan a los extremos del objeto.

Cuanto más acercamos un objeto mayor es el ángulo aparente con que lo vemos.

Cuanto mayor es este ángulo aparente, mayor es la imagen que se forma en la retina y mayor nos parece el objeto que miramos.

El tamaño de la imagen en la retina (y') es directamente proporcional a la tangente del ángulo aparente.

El punto hasta el que podemos acercar el objeto sin dejar de ver su imagen nítida y lo más grande posible, es el punto próximo. Es la distancia d, unos 25 cm en el ojo normal. La distancia de la retina al cristalino, D, será de unos 2,5 cm.


Poder de resolución

El ojo tiene un límite para identificar como separados dos puntos próximos. Recuerda que la materia está formada por átomos separados, pero lo que nos muestra el ojo al mirar la materia es un todo continuo.

El poder de resolución se refiere a la capacidad para resolver o distinguir dos objetos que están muy juntos.

Varios factores lo condicionan: el tamaño de las células de la retina, la longitud de onda de la luz y el diámetro de la pupila.

La luz que llega al fondo del ojo atraviesa antes un orificio llamado pupila.

Cuando un haz de luz atraviesa una ranura pequeña se difracta (se abre) y colocando frente a ella una pantalla se observan figuras de interferencia en las que alguna zona queda oscura (luz + luz = oscuridad).

Estudiando la figura de difracción de Fraunhofer producida por una abertura circular sobre una pantalla situada lejos, se obtuvo una relación entre el ángulo subtendido desde el centro de la abertura y el primer mínimo de difracción con la longitud de onda de la luz y con el diámetro de la abertura, Da.

 

Cuando dos focos puntuales mandan su luz a través de una abertura originan dos diagramas de difracción. Si los puntos están separados, los diagramas se ven separados como una imagen de dos puntos diferenciados, pero si se alcanza la separación angular crítica se ven superpuestos como un único punto deformado.

El ángulo crítico, (q =1,22 l/D, es el formado por los rayos que van del agujero al primer mínimo del diagrama de difracción y al centro del máximo

En ese ángulo está el límite justo para la resolución (criterio de Rayleigh) y pasado este punto la imagen de los dos puntos se superpone.

Pulsa aquí para utilizar un applet que te permite probar el solapamiento de la imagen dada al acercar dos puntos.

Cuanto más pequeño sea el ángulo crítico mayor será el poder separador del sistema óptico: más próximos pueden estar los puntos foco y verlos separados. Según puedes observar en la fórmula, esto se puede conseguir disminuyendo la longitud de onda o aumentando el diámetro de la abertura:

La abertura de la pupila es de unos 5 mm de diámetro (Da).

El ángulo crítico para un ojo normal lo dan el diámetro de la pupila y la longitud media de la luz visible (600 nm) y vale:

q crítico = 1,22 ( 6·10 -7 / 5·10 -3) = 1,46·10 -4 rad = 5 ' de arco.

Este ángulo mínimo es el ángulo de agudeza visual de esa persona.

Otro factor limitante del poder de resolución del ojo es la separación de los receptores (conos) en la retina debido al tamaño de estas células.

El ojo distingue dos puntos como distintos (separados) cuando la imagen de los mismos se forma en células sensibles distintas. La separación de los conos en la fóvea central es de 1 micrometro y en otras zonas de 3 a 5 micrometros que para un globo ocular de 2,5 cm de diámetro da un ángulo de agudeza visual de 2 a 5 mimutos de arco.

El Poder Separador del ojo es el valor inverso del ángulo de agudeza visual.

Resumen:

El tamaño de las células condiciona el ángulo de agudeza visual.

Pero la la longitud de onda y el diámetro de la pupila lo determinan también.

Los dos factores conducen al mismo valor. La evolución del sistema de la vista en los humanos, quizás ajustó uno al otro.

Los instrumentos ópticos aumentan el ángulo de agudeza visual y lo que a simple vista parece un punto puede revelarse como dos puntos separados.


Observa que cuando miramos vemos todos los objetos de una escena situados delante, en distintos planos, más o menos nítidos incluso aunque miramos de reojo. Cuando nos fijamos en algo es cuando realizamos un enfoque preciso sobre ese plano. Un paisaje real no es el paisaje plano como el que muestra una fotografía, pero nosotros fundimos todos esos planos en un único plano bien enfocado.

Nuestra visión binocular

Por estar los ojos separados en nuestra cara, cada ojo forma una imagen diferente en la retina. Compruébalo colocando un objeto estrecho centrado y delante de tu cara y cerrando alternativamente los ojos. La superposición que el cerebro realiza de las dos imágenes que los ojos le dan, crea la sensación de relieve.

La siguiente imagen muestra una toma muy exagerada que correspondería a unos ojos mucho más separados de lo normal.

 

Si la visión que recibe el cerebro por los dos ojos no encaja en sus esquemas lógicos (no la puede componer), se ve forzado a eliminar parte o toda la información que recibe por uno de los ojos para interpretar la escena.

La visión binocular nos permite saber si un objeto es plano o tridimensional. Por la visón binocular podemos distinguir la fotografía de un paisaje del mismo paisaje real. Mirando con un sólo ojo no podríamos hacerlo salvo que nos moviéramos frente a lo que estamos observando.

Cuando miramos una escena tridimensional, aunque lo hagamos con un solo ojo, la posición relativa de los objetos cambia si nos movemos frente a ella.

En la figura inferior desde la posición de la izquierda vemos los puntos A y B con un cierto ángulo y en la de la derecha, al movernos frente a ellos, los vemos alineados.

Si miramos una fotografía desde distintos lugares, la posición relativa de los objetos que en ella están no variará, se mire desde donde se mire.