Ochiul Si aparatul de fotografiat - studiu comparativ
Introducere
Dintre instrumentele imaginate de om, niciunul nu pare atat de asemanator cu o parte a organismului uman cum este aparatul de fotografiat. In proiectarea aparatului fotografic, omul nu a copiat natura, insa aceleasi probleme au determinat solutii asemanatoare.[1]
Aparatele de fotografiat functioneaza intr-un mod asemanator cu ochii nostri, dar ele inregistreaza permanent o imagine pe care o putem impartasi cu alte persoane. Ele inregistreaza imaginea pe film sau in mod digital.[2]
Scurt istoric
Din cele mai vechi timpuri, [3]omul a incercat sa obtina imagini care sa reprezinte ceea ce il inconjoara, prima data desene si picturi pe peretii pesterilor, apoi statui, tablouri, si fresce. Astazi a devenit un lucru obisnuit sa inregistram imagini dar acest lucru nu ar fi fost posibil daca omul nu ar fi descoperit si inteles cum functioneaza ochiul.
Pana in secolul al XVII-lea nu s-a putut da o explicatie stiintifica a formarii imaginii in ochi. [1]Printre primii care au reusit acest lucru au fost Johannes Kepler (1611) si Rene Descartes (1664). Spre s 646f51g farsitul secolului, William Molyneaux face pentru prima data o comparatie intre formarea imaginii in camera obscura si in ochiul uman.
In timp ce camera obscura este un dispozitiv pus la punct permanent, datorita micimii orificiului, ochiul uman are un sistem de adaptare extrem de complex.
[3] Pupila noastra functioneaza ca si orificiul camerei obscure, permite intrarea razelor de lumina reflectate de obiecte. In interiorul ochiului razele intalnesc cristalinul care functioneaza ca o lentila convergenta ce concentreaza razele care il traverseaza. Aceste raze ajung la retina, un fel de ecran pe care se proiecteaza imaginile.
In aparatul de fotografiat lumina intra prin obiectiv care este un sistem de lentile convergent. Lumina trece prin obturator un timp foarte scurt si va impresiona pelicula care se gaseste in partea posterioara a aparatului. Pelicula este acoperita cu substante speciale care permit aparitia imaginilor dupa ce pelicula este introdusa intr-un lichid denumit revelator .
Comparatie intre formarea imaginii in ochi si in aparatul de fotografiat
Fig.1 Formarea imaginii in aparatul de fotografiat si in ochi
a)O- obiectiv, M- montura cu filet, F- film
b)1-corneea, 2-sclerotica, 3-cristalin, 4-pupila, 5-iris, 6-retina, 7- fovea centrala, 8- nerv optic, 9- muschi ciliari
[1]Imaginea A'B' reala a obiectului AB inversata in aparat printr-un sistem converegent de lentile care alcatuiesc obiectivul O, se formeaza pe pelicula sensibilizata F aflata in planul focal al acestuia.
Distanta intre obiectiv si film poate fi modificata printr-un mecanism astfel incat pentru orice departare la care se afla obiectul, imaginea sa se formeze cu claritate pe film (punere la punct).
In functie de iluminarea obiectului se regleaza deschiderea diafragmei aparatului si timpul de expunere incat sa se asigure fluxul de energie luminoasa necesar impresionarii corecte a filmului ales, de o anumita sensibilitate.
In ochi lumina este focalizata pe retina de sistemul cornee cristalin care alcatuieste un sistem convergent cu distanta focala de aprox 1.8 cm (convergenta de 59 dioptrii) .
Cornea transparenta constituie un dublu dioptru sferic avind raza fetei anterioare de 8 mm iar a fetei posterioare de 6.5 mm (fetele 1,2)
Coaxial cu cornea se afla cristalinul care este o lentila biconvexa convergenta, neomogena, asimetrica (fetele 3,4 au razele de 10mm si respective 6 mm), avind la mijloc o grosime de 3,5mm si un indice de refractie mediu de 1,437 mai mare la centru decit la periferie.
Tot acest sistem optic are o axa care intersecteaza retina intr-o mica regiune numita fovea centralis. Din punct de vedere al opticii geometrice ansamblul descris in figura 2, poarta denumirea de ochi redus.
Fig. 2 Model fizic al ochiului - ochi redus
Centrul optic este situat in interiorul cristalinului aproape de fata interioara. Cauza distantelor focale diferite se explica prin faptul ca imaginea se formeaza intr-un mediu cu indice de refractie (n=1 ) diferit de cel al aerului (n=1). Pentru ochiul normal cu cristalinul in stare de relaxare, imaginea unui obiect situat pe raza vizuala intre infinit si punctul aflat la 25cm de ochi ( punctul proximum) se formeaza pe retina . Pentru ochi ca si pentru aparatul fotografic o problema importanta o constituie formarea imaginii exact pe retina, elementul fotosensibil (placa sau filmul fotografic). Daca la aparatul de fotografiat, punerea la punct se face printr-o deplasare a monturii obiectivului, la ochi operatia numita acomodare este una din solutiile ingenioase ale naturii. Cunoscand ca ochiul are 4 suprafete sferice pe care se produce atat refractia cat si reflexia Johannes Purkinje fiziolog ceh, a avut ideea sa plaseze la 10-15 cm in fata ochiului unui subiect cu vedere normala, deci la o distanta mai mica de punctul proxim o mica lumanare aprinsa. Observand ochiul subiectului el a vazut patru imagini, una inversata reala si inca trei drepte virtuale. Acestea sunt imaginile obtinute prin reflexie pe suprafata posterioara a cristalinului (oglinda concava), respectiv pe cele doua fete ale corneei si suprafata anterioara a cristalinului (oglinzi convexe). Apropiind lumanarea de ochi imaginea dreapta se micsoreaza semn ca suprafata devine convexa. Suprafata posterioara sufera aceeasi modificare, dar mai putin accentuata . Din acest experiment rezulta modificarea formei cristalinului in functie de distanta obiectului fata de ochi. Se descoperea un act reflex involuntar prin care ochiul realizeaza punerea la punct a imaginii. In adevar, schimbarea curburii fetelor cristalinului conduce la varierea convergentei acestuia si a intregului sistem optic al ochiului cu efectul de aducere a imaginii pe retina oricare ar fi pozitia obiectului privit.
Operatia se efectueaza prin contractia sau relaxarea muschiilor ciliari. A privi mult timp la o mica distanta cum se intimpla la lectura, produce tensionarea ochiului si de aici senzatia de oboseala care se remediaza prin relaxarea ochiului privind din cand in cand obiecte situate la distanta mare. Modificarea convergentei sistemului optic prin schimbarea convergentei cristalinului este una din operatiile numite acomodare la distanta. O alta operatie este pastrarea exclusiva a razelor paraxiale care se realizeaza la aparatul de fotografiat prin modificarea deschiderii diafragmei. La om irisul are acelasi rol prin micsorarea pupilei. Irisul ca si diafragma au si o alta functie de a regla patrunderea in ochi a unui flux de energie luminoasa adecvat necesar impresionarii suficiente a retinei. Prin micsorarea pupilei ochiul se protejeaza impotriva unei intensitati luminoase daunatoare.
Aprecierea distantelor
Oricat de reusita ar fi o fotografie ea nu poate decat sa sugereze dispunerea in profunzime a obiectelor fotografiate. Vederea in relief are ca o prima componenta vedera binoculara prin care omul poate face aprecierea asupra distantelor si a pozitiilor relative a obiectelor in adancime. Privind cu ambii ochi ar tebui, deoarece axele optice sunt paralele, sa obtinem doua imagini cate una pentru fiecare ochi, ceea ce nu se intampla, deoarece printr-un act reflex axele converg spre obiectul fixat (vedere binoculara). Convergenta axelor variaza cu distanta dintre obiectul vizat si ochi (Figura 3).
Fig. 3 - Vederea binoculara
Unghiul de convergenta a axelor AOst si AOdr ale ochilor variaza cand punctual A se apropie de A'. Foveele ochilor sunt Fst, Fdr
In acest mod se realizeaza conditia ca doua raze de lumina plecate din acelasi punct obiect sa ajunga in doua puncte corespondente pe retinele celor doi ochi. Vederea binoculara rezulta din excitarea simultana a punctelor corespondente fapt ce este dovedit de un experiment simplu, se vizeaza un obiect si se apasa usor in lateralul unuia din globii ocular cu degetul, se vor observa doua obiecte in locul unuia singur. Directia axelor globilor oculari este modificata prin muschii laterali interior si exterior ce lucreaza antagonist.
In ultimul timp s-au creat aparate fotografice la care se pot corela timpul de expunere si deschiderea diafragmei. Aceasta este o simpla incercare de a copia un act reflex complex propriu functionarii ochiului si anume marirea pupilei in raport cu luminozitatea obiectului privit. Irisul este un tesut musculos alcatuit din fibre circulare si radiale. Deschiderea pupilei se face prin contractia muschilor radiali si relaxarea celor circulari.
Inregistrarea imaginii
Pentru a vedea cum functioneaza un film se poate folosi hartie fotografica. Obtinem o fotograma punand cateva obiecte pe hartia fotografica si apoi proiectand lumina pe foaie. Cand hartia este developata zonele atinse de lumina se innegresc formand o imagine a obiectelor [2].
Fig. 4- Fotograma
[1]Imaginea optica formata pe film trebuie transformata intr-o imagine fotografica. Lumina cazand pe un strat sensibil alcatuit dintr-o emulsie de halogenura de argint determina o slabire a retelei ionice a cristalului deoarece produce oxidarea ionului de argint in atom neutru adica apare argintul metalic. Se stie ca stratul sensibil este depus sub forma unor granule. Granulatia poate fi mai mare sau mai fina. Un film cu granulatie mica si sensibilitate mare este de calitate superioara. Cele doua cerinte sunt contadictorii, micsorand granulatia se diminueaza sensibilitatea. Fiecare granula de pe film este redusa sau nu, nu exista posibilitate intermediara. Imaginea apare prin puncte fiind alcatuita dintr-un mozaic asa cum este structurata o fotografie din ziar.
Aparatele de fotografiat SLR (Single Lens Reflex)- cu un singur set de lentile folosesc o oglinda si o prisma care permit fotografului sa privesca subiectul prin acelasi set de lentile folosit de aparat pentru realizarea fotografiei.
Spre deosebire de un aparat obisnuit cu vizor un aparat SLR permite sa se vada exact ce va aparea pe film. Un aparat de fotografiat digital nu foloseste film ci inregistreaza imaginile sub forma de pixeli si le stocheaza in format digital. Acest lucru are avantajul de a nu mai necesita developarea filmului. Este suficient sa se conecteze aparatul la calculator si sa se copieze imaginile pe hard disc.
Privind cu lupa o imagine se constata ca puterea separatoare a ochiului fiind destul de mica, ochiul contopeste un sistem de puncte intr-o imagine continua. Retina este stratul sensibil care ocupa o mare parte din interiorul ochiului. Aici se produce traducerea semnalului luminos in semnale electrice.
Retina este si primul sediu in care informatia este prelucrata deoarece acest strat este un tesut nervos organizat cu multe interconexiuni ca si creierul. Biologii au stabilit ca in cursul dezvoltarii embrionului uman o parte din tesutul encefalului se prelungeste in interiorul ochiului, celulele din structura retinei fiind celule nervoase. Retina este alcatuita din celule specializate conuri (pentru vederea diurna) si bastonase (pentru vederea in lumina crepusculara si la iluminari reduse) numite astfel dupa forma lor. Gainile si porumbeii in a caror retina se gasesc aproape exclusiv conuri sunt pasari complet oarbe in lumina crepusculara (orbul gainilor) si de aceea sunt nevoite sa se culce devreme.
Exista pe retina o mica depresiune numita pata galbena avand in partea centrala fovea care contine exclusiv conuri. In locul in care nervul optic iese din ochi, retina nu are celule. Acest loc este insensibil la lumina - pata oarba. Un experiment simplu dovedeste existenta petei oarbe. Se deseneaza pe o linie orizontala la 5 cm si 2 cm unul de altul succesiv un romb, un punct si un cerculet. Apropiindu-ne pe o verticala ridicata din romb, la aproximativ 25cm cercul va disparea, apropiindu-ne mai mult reapare cercul dar nu se mai vede punctul.
Concluzii
Intre ochi si aparatul de fotografiat se remarca o analogie constructiva, evidentiata in figura 1. Cu elemente corespunzatoare se realizeza functii optice identice. Solutiile sunt asemanatoare, una este imaginata de om, natura este autorul celeilalte.
In privinta inregistrarii imaginii "retina nu se comporta numai ca o placa fotografica ci ca un intreg laborator fotografic in care laborantul inlocuieste placa asternand un nou strat sensibil concomitent cu stregerea vechii imagini."
Bibliografie
[1] Enescu, G, Omul sistem biofizic, Editura Albatros, Bucuresti, 1984, pag.99-114;
[2] 150 de mari experimente stiintifice, Editura Aquila'93, Bucuresti , 2008, pag 174-178;
[3] Marea carte despre experimente, Editura Litera International, Bucuresti,2006, pag.94-97;
Fig.6 Sectiune printr-un aparat SLR
|
