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Sistemas de Televisão

Digital 1 Básico

Versão 1.1 - mar/2009Prof. Uvermar Sidney Nince – Eng. Elétrica - UFG

1 – Mecanismo da Percepção Visual 1 da

Percepção Visual

Introdução

O estudo de sistemas de projeção de imagens como cinema e televisão, por exemplo, não deve prescindir dos conhecimentos do funcionamento do olho humano que é parte integrante de qualquer sistema de imagens. O olho humano, por sua vez, faz parte de um sistema complexo que inclui o nervo óptico e o córtex cerebral. O mecanismo de percepção da visão humana envolve alem dos aspectos físicos da conversão de imagens luminosas em impulsos elétricos que são interpretados pelo cérebro, em fatores de ordem psicológica, de interpretação e memorização, que ainda não são totalmente conhecidos pela ciência.

Nesta parte serão estudados todo o mecanismo de funcionamento do olho humano e a percepção da imagem pelo cérebro abordando apenas os fenômenos ópticos que interessam a formação de imagens. Aspectos médicos, psicológicos e de interpretação de imagens pelo cérebro não faz parte do escopo desta apostila.

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1.1 – Olho Humano

A função do olho humano, no mecanismo da visão, é projetar a imagem na retina localizada no fundo do globo ocular. Na retina, a imagem sob forma de energia luminosa, é convertida em impulsos elétricos que são enviados ao cérebro através do nervo óptico. Do ponto de vista da física, o olho humano é um dispositivo óptico semelhante a uma câmera fotográfica. Uma câmera fotográfica opera de maneira semelhante ao olho humano. A objetiva da câmera fotográfica corresponde ao conjunto córnea-cristalino, o ajuste de abertura corresponde a Iris do olho e o filme fotográfico corresponde à retina.

A visão envolve muito mais que os aspectos físicos de conversão foto-elétrica da imagem em impulsos elétricos enviados ao cérebro. A percepção da imagem envolve um sistema integrado, de estrutura complexa, da qual o olho humano é uma das partes do sistema. Envolve aspectos fisiológicos, função sensório-motora, perceptiva e psicológica. A capacidade de ver e interpretar as imagens depende fundamentalmente da ação de processamento do cérebro para receber, codificar, selecionar, armazenar e associar a nova imagem com outras guardadas na memória.

O mecanismo da visão, quando analisado de forma mais completa, indica que a percepção visual é subjetiva, pois toda imagem é filtrada, integrada, comparada e avaliada de acordo com os padrões, experiências e condicionamentos de cada pessoa. Um observador por ser diferente dos demais acrescenta uma interpretação própria à imagem observada. O cérebro tem capacidade limitada de processamento. A quantidade de dados impressa na retina supera a capacidade de processamento do cérebro que seleciona algumas informações relevantes descartando outras sempre de acordo com o foco e a consciência do observador.

O conhecimento completo, da complexidade e do mecanismo da visão, envolve vários campos da ciência que a pesar dos recentes progressos ainda não é totalmente conhecido. Os conceitos desenvolvidos, a seguir, estão focados apenas nos aspectos físicos da percepção da imagem pelo cérebro, necessários ao estudo da formação de imagens de cinema e televisão.

1.1.1 – Anatomia do Olho Humano

O globo ocular é uma esfera com aproximadamente 2,5 cm de diâmetro e peso da ordem de 7 gramas. Os raios luminosos provenientes da imagem penetram no olho através da pupila, convergem-se e são projetados na retina, ou mais precisamente na fóvea central, que é circundada pela mácula, para proporcionar uma visão nítida ou visão normal. A Figura 1.1 apresenta o desenho simplificado do olho humano. Observar que a imagem é projetada na retina na posição invertida.

Fig. 1.1

1.1.2 – Partes do Olho Humano

Serão descritas apenas as partes do olho humano necessárias ao processamento de imagens amostradas como cinema e televisão. A Figura 1.2 apresenta a localização no globo ocular de cada uma das partes descritas.

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Coróide Escleróide

Fóvea Humor aquoso

Pupila

Mácula

Ponto cego Eixo visual

Fig. 1.2

CÓRNEA - Parte externa do globo ocular de forma protuberante, transparente e visível que juntamente com a esclerótica forma o envoltório externo do globo ocular. Possui curvatura acentuada e sua espessura central é da ordem de 0,6 milímetros e espessura periférica da ordem de 1,3 milímetros. O diâmetro médio é de 12 milímetros, podendo variar de 1 a 12,5 milímetros. A córnea não tem curvatura esférica. Na direção vertical apresenta curvatura ligeiramente mais acentuada do que na direção horizontal, entretanto, podem estar situadas em todas as demais direções provocando a deformação da imagem denominada de astigmatismo. A córnea cobre a Iris e a pupila e tem a forma aproximada de uma lente negativa com o raio interno ligeiramente menor que o raio externo.

IRIS – A Iris dá o colorido externo do olho humano. É formada por uma membrana circular com aproximadamente 12 milímetros de diâmetro, com uma abertura circular no centro, denominada de pupila com diâmetro médio de 4,4 milímetros. Embora a pupila tenha uma aparência externa preta é totalmente transparente por onde passam os raios de luz da imagem para atingir a retina. A Iris está localizada entre a córnea e o cristalino funcionando como o diafragma da câmera fotográfica regulando a quantidade de luz que atinge a retina. Esta função é de primordial importância para melhorar a acuidade visual. Quando exposta a muita luminosidade o diâmetro da abertura central diminui. Quando exposta a pouca luminosidade o seu diâmetro aumenta. A Figura 1.3 apresenta uma foto da Iris humana.

IrisPupila Fig. 1.3

HUMOR AQUOSO – Formado por uma substancia semi líquida como uma gelatina transparente, preenche a câmara interior do olho exercendo uma pressão interna na córnea tornando-a preponderantemente curva. O humor aquoso é renovado de forma lenta e constante com o excesso sendo escoado pelo canal de Schlemn. O entupimento deste canal, que é uma das causas do glaucoma, faz aumentar excessivamente a pressão interna do olho podendo danificar a fóvea e provocar cegueira parcial.

CRISTALINO – Tem a forma de uma lente biconvexa transparente localizada atrás da Iris entre a câmara interior e posterior do olho. A função do cristalino é permitir a visão nítida do objeto posicionado a qualquer distância do olho. Quando se olha para um objeto perto, o cristalino deforma-se tornando convergente e quando se olha para um objeto distante o cristalino torna-se menos convergente. Desta forma, para um olho normal, a imagem é sempre nítida qualquer que seja a distancia do objeto. Com a idade a capacidade de acomodação do cristalino vai diminuindo fazendo aparecer uma anomalia na visão chamada de presbiopia.

MÚSCULO CILIAR - O cristalino é circundado por músculos ciliares comandados pelo cérebro. São responsáveis pela deformação do cristalino no ajuste do foco da imagem.

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HUMOR VÍTREO – Também conhecido como Corpo Vítreo é uma substância totalmente transparente que preenche internamente o globo ocular de forma a torná-lo aproximadamente esférico.

ESCLERÓTICA – Também conhecida como Esclera, forma a parte branca visível e envolve externamente o globo ocular.

CORÓIDE – Membrana conjuntiva localizada entre a esclerótica e a retina. É constituída por uma rede de vasos sanguíneos que envolvem o globo ocular com a função de suprir a retina de oxigênio e outros nutrientes. A coróide transforma o interior do olho numa câmara escura, que é uma condição indispensável para uma boa visão. A coróide é a responsável pela aparência preta da pupila. Na verdade ela é completamente transparente, como o interior do olho é escuro, a pupila aparentemente é vista na cor preta.

RETINA – É uma camada que ocupa ¾ da parte interna do globo ocular com função de transformar energia luminosa em impulsos eletroquímicos. A retina é formada por milhares de células sensíveis a luz denominadas de fotossensores. Os fotossensores são formados por dois tipos de células: os cones e os bastonetes.

A retina possui cerca de 125 milhões de bastonetes com sensibilidade suficiente para captar um único fóton de luz, entretanto, cada fóton capturado pela célula bastonete é acumulado até que a energia seja suficiente para disparar um impulso eletroquímico para outras células nervosa da retina e atingir o nervo óptico. Os bastonetes não distinguem cores e são sensíveis a todos os comprimentos de ondas visíveis. Os bastonetes, devido a sua alta sensibilidade, são os responsáveis pela visão noturna de baixa luminosidade onde não se distingue as cores e todo o cenário é visto como uma imagem em branco e preto ou visão isotópica. Devido a isso a “sabedora popular diz que a noite todos os gatos são pardos”.

Os cones são células sensíveis as cores com sensibilidade luminosa da ordem de 100 vezes menor que os bastonetes. Na retina existem cerca de 7 milhões de células em forma de cones. Os cones recebem uma quantidade muito maior de fótons que os bastonetes fornecendo às células vizinhas informações de todos os fótons recebidos. Existem três diferentes tipos de células cone. Cada tipo de cone é sensível a um comprimento de onda específico, portanto, na retina existem cones sensíveis apenas a luz vermelha, verde e azul. As únicas cores capturadas pelo olho humano são estas três, e dessa forma, todas as demais cores são sintetizadas pela retina em combinações de estímulos de dois ou mais tipos de cones.

Células cones e bastonetes estão interligadas, de maneira complexa, na forma de circuitos paralelos e entrelaçados com outras células da retina através de uma camada de neurônios bipolares cuja estimulação depende de vários fatores, como por exemplo, neurotransmissores e impulsos concorrentes, alem dos fótons recebidos diretamente pelos cones e bastonetes. A camada intermediaria é a junção entre as células fotossensoras e os neurônios do nervo óptico onde as informações de movimento, intensidade da luz e as cores, são processadas em conjunto pela retina. Também são excluídos os fótons não significativos e informações não relevantes ou incapazes de disparar o processo de estimulação do nervo óptico por não se enquadrar nos padrões preestabelecidos pela estrutura neural da própria retina ou por serem insuficientes para vencer estímulos concorrentes.

Para confirmar o pré-processamento das informações da imagem pela retina, basta observar que da quantidade infinita de fótons que atingem a retina, com informações do cenário externo, a cada intervalo de integração de cones e bastonetes, num efeito conjunto onde 132 milhões de células fotossensoras (7 milhões de cones + 125 milhões de bastonetes) estão interligados a apenas cerca de 800 mil fibras nervosas do nervo óptico. As vias de comunicação com o cérebro são apenas 800 mil, o que corresponde apenas 0,6% do número total 132 milhões de fotossensores. Portanto, 9,4% das informações da retina devem ser pré-processadas antes de serem enviadas ao cérebro pelo nervo óptico.

Em resumo, o processo da visão é muito complexo, ocorre a todo instante embora as fases intermediarias desse processamento não seja percebida pela pessoa, mas é de importância fundamental para o estudo de sistemas de reprodução de imagens como o cinema e a televisão, por exemplo. A Figura 1.4 apresenta os detalhes do interior da retina.

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Fig. 1.4

FÓVEA CENTRAL – Localizada no fundo do olho sobre a retina com tamanho que corresponde a 3 milímetros de largura por 2 milímetros de altura e ligeiramente deslocada para o lado temporal. É uma área pequena para onde são focados os raios luminosos que penetram o olho através da pupila. A área da fóvea tem a maior concentração do número de cones propiciando uma excelente acuidade visual. À medida que a imagem projetada se afasta da fóvea a acuidade visual vai perdendo gradativamente a eficiência na mesma proporção da diminuição de concentração do número de cones. Basicamente a fóvea é composta de três tipos de cones um para o vermelho, outro para o verde e outro para o azul. A concentração de bastonetes na fóvea é pequena, esta concentração vai aumentando à medida que se desloca para a periferia da retina.

NERVO ÓPTICO – É constituído por um conjunto de cerca de 800 mil fibras nervosas de forma tubular para conduzir os impulsos eletroquímicos da retina e fóvea para o córtex do cérebro. O ponto de ligação do nervo óptico com a retina cria o chamado “ponto cego” do olho que é uma região sem a presença de células fotossensíveis.

MÚSCULOS EXTERNOS – Os movimentos de cada globo ocular são controlados por seis músculos provenientes do fundo da órbita ocular e se ligam a superfície externa do globo. Com contração e relaxamento destes músculos o olho pode focar e seguir qualquer objeto que se desloca no campo de visão. Cada movimento exige um trabalho coordenado dos seis músculos, embora haja músculos que tem função mais importante que outros nos movimentos do olho. A Figura 1.5 apresenta o posicionamento destes músculos no globo ocular.

Fig. 1.5

Cone Bastonete

Epitélio Pigmentar da retina

Célula horizontal

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