Modelos para el sistema visual: II Prof. Maria L. Calvo Clase del 17 de abril de 2012 El modelo de Gullstrand (1924) cristalino córnea Eje óptico vítreo Plano objeto Plano de la retina Propiedades LENTE: Características • Como la cornea, el tejido no está vascularizado. • Una capsula fibrosa recubre enteramente a la lente. • Esta capsula esta llena de una proteina transparente: cristalino • Proteinas estables que permanecen intactas y con la misma funcionalidad durante toda la vida. • Está suportada por un tejido fibroso (ligamento). Modelo de lente: Medio GRIN Superficies de igual índice de refracción . La parte superior corresponde a un ojo sin acomodar. La parte inferior corresponde a un ojo acomodado Medios no homogéneos • Cuando se produce un gradiente en la densidad del medio al paso de la luz èsta curva la trayectoria. • La curvatura se produce en el sentido del gradiente del índice de refracción. Agua con concentración de sal baja Agua con alta concentración de sal Algunos ejemplos de lentes en sistemas visuales: a: vertebrado en medio acuático. b: Vertebrado terrestre. c: Insecto. Mecanismo de enfoque • La cornea y la lente forman un sistema compuesto que produce una imagen real invertida en la retina.. – Desde el aire hasta la cornea (n=1.376): alta curvatura del haz: alta potencia refractora. – Desde la cornea hasta la lente (n=1.406),potencia refractora inferior. – El ojo tiene una profundidad de campo limitada. No podemos ver objetos cercanos y lejanos al mismo tiempo. Acomodación • El mecanismo de enfoque no se produce cambiando la distancia lente-retina. Se produce a través de cambios en la potencia de la lente. • Los músculos ciliares intervienen en los cambios de la curvatura de la lente: Acomodación. – Músculos relajados: larga distancia focal, observación de objetos alejados del ojo. – Músculos no relajados: corta distancia focal, observación de objetos cercanos. – El ojo de un observador normal puede acomodar para observar objetos muy lejanos hasta 25 cm. (distancia mínima de visión distinta). – En presencia de aberraciones (miopía e hipermetropía), la acomodación no corrige la deficiencia de enfoque. Músculos extrínsecos del ojo Los músculos están desarrollados para actuar sobre la parte externa del ojo. Permiten la producción de los movimientos del globo ocular. Figure 8.2 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Acomodación de la lente La luz se enfoca en la retina para una visión óptima. El ojo enfoca definiendo una distancia mínima de visión distinta (25 cm.) La lente cambia de curvatura para enfocar objetos cercanos. Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings Figure 8.9 Otros factores importantes en la calidad de la imagen: Muestreado del mosaico retiniano. Separación entre fotorreceptores contiguos: 2-3 micras … Projected Image 20/5 letter Sampled Image 5 arc minutes Submuestreo La imagen contiene frecuencias espaciales mayores que los fotorreceptores Hay un submuestreo en la imagen Se producen “artefactos” (aliasing) Consecuencia: La imagen contiene un rango de frecuencias más bajo. Muestreo y Teorema de Nyquist • Teorema de Nyquist: • La máxima frecuencia espacial que se puede detectar es igual a ½ de la frecuencia de muestreo. • Espaciado de los conos en la fovea: ~ 120 fotorreceptores/grado • Máxima frecuencia espacial: 60 cicles/grado (20/10 o 6/3 agudeza) Respuesta de impulso del Sistema Visual Humano: Función de Ensanchamiento de Pulso (PSF) • Claves: • A un punto objeto no le corresponde un punto imagen inextenso. • Debido a la difracción y las aberraciones a un punto objeto le corresponde una imagen extensa: Función de Ensanchamiento de Punto • Los objetos puntuales son una ficción matemática. • Las líneas inextensas también lo son. • Supondremos que una línea está formada por un número infinito de puntos: Su imagen también tiene asociado un ensanchamiento... Ejemplo: La PSF asociada a un sistema óptico perfecto con pupila circular corresponde a la difracción de Fraunhofer (disco de Airy) Difracción y poder de resolución: Criterio de Rayleigh PSF – Imagen de un punto objeto formado por el ojo humano La PSF asociada a un objeto puntual se distribuirá espacialmente sobre varios fotorreceptores Implicaciones: En la resolución espacial y en la agudeza visual Relative Intensity PSF del ojo humano afectado de aberraciones Smith & Atchison Relative Position MTF y PSF: Transformada de Fourier TF [ PSF ] Proceso clave: Respuesta a estímulos Rendimiento óptico versus rendimiento visual CSF: Onda sinusoidal Máxima sensitividad en frecuencias medias: Procesado neuronal: filtro pasabanda Curva de Campbell-Robson El camino visual Parvo Magno Un modelo general para el sistema visual humano • Optica: PSF h(r ) 0.952e 2.59 r 1.36 0.048e 2.43 r 1.74 i ( x , y ) I ( x, y ) h ( x , y ) • Muestreo en la retina A1 - bastones y conos - células ganglionares • Cuerpo geniculado externo (LGN) • Radiaciones ópticas - filtrado espaciotemporal - Caminos visuales • Corteza visual Diapositiva 25 A1 Retinal ganglion cells transmit the information out of the eyeball. Author, 6/11/2004 Cuerpo geniculado externo (LGN) • Es el centro de las conexiones sinápticas entre los axones de las células ganglionares y las dendritas de este tejido neuronal. • El LGN contiene interneuronas que reciben impulsos generados en la retina. Su funcionalidad es semejante a las células horizontales y amacrinas de la retina. • Igualmente el LGN recibe señales neuronales generadas en otras zonas del cerebro. Estructura del LGN Sección mostrando la estratificación en capas neuronales del macacus resus. 6 Células ganglionares Parvo 5 4 Seis regiones estriadas. Reciben los impulsos neuronales vía radiación óptica. Procesado masivo en paralelo de la información (MPP). 3 2 1 Células ganglionares Magno Ejemplo: MPP en computación Each node has its own memory subsystem and I/O. Communication between nodes via Interconnection network Exchange message packets via calls to the MPI library Node Node Processor Processor Cache Cache …… Bus Memory I/O Bus Memory I/O Process N Process 0 Interconnection network Each task is a Process. Each Process Executes the same program and has its own address space Data are exchanged in form of message packets via the interconnect (switch, or shared memory) Imágenes neuronales al nivel del LGN Imagen de entrada Filtrados De baja Descomposición de la información en bajas, medias y altas frecuencias. Pasa-banda De alta Modelo de Hubel & Wiesel (1972) para la estructura del cortex visual Propiedades de las neuronas del nervio óptico, LGN y corteza visual Perspectiva histórica: El estudio de Ibn-Al-Hytham (Alhazen) (s. XI) Introdujo la nomenclatura vigente para la estructura del ojo Estructura del tejido neuronal: S. Ramón y Cajal (1906)