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Modelos para el sistema visual: II

Prof. Maria L. CalvoClase del 17 de abril de 2012

El modelo de Gullstrand (1924)

Plano objeto

Plano de la retina

Eje óptico

cristalino

córnea

vítreo

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

Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

Los músculos están desarrollados para actuar sobre la parte externa del ojo.

Permiten la producción de los movimientos del globo ocular.

Figure 8.2

Acomodación de la lente

Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

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.

Figure 8.9

Otros factores importantes en la calidad de la imagen:

Muestreado del mosaico retiniano. Separación entre fotorreceptores contiguos: 2-3 micras …

5 arc minutes20/5 letter

Projected Image Sampled Image

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

fotorreceptoresImplicaciones: En la resolución espacial y en la

agudeza visual

Relative Position

Rel

ativ

e In

tens

ity

PSF del ojo humano afectado de aberraciones

Smith & Atchison

MTF y PSF: Transformada de Fourier

[ ]TF PSF

Proceso clave: Respuesta a estímulos

Rendimiento óptico versus rendimiento visual

Curva de Campbell-Robson

CSF: Onda sinusoidal

Máximasensitividaden frecuenciasmedias:

Procesadoneuronal: filtro pasa-banda

El camino visual

Magno

Parvo

Un modelo general para el sistema visual humano

• Optica: PSF

• Muestreo en la retina- bastones y conos- células ganglionares

• Cuerpo geniculado externo (LGN)

• Radiaciones ópticas- filtrado espacio-temporal

- Caminos visuales• Corteza visual

74.136.1 43.259.2 048.0952.0)( rr eerh

),(),(),( yxhyxIyxi

A1

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 LGNSección mostrando la estratificación en capas neuronales del macacus resus.

1

2

3

45

6

Seis regiones estriadas.

Reciben los impulsos neuronales vía radiación óptica.

Procesado masivo en paralelo de la información (MPP).

Células ganglio-nares Parvo

Células ganglio-nares 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

Cache

Bus

Memory I/O

Processor

Cache

Bus

MemoryI/O

Process 0 Process N

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)

Interconnection network

Imágenes neuronales al nivel del LGN

Imagen de entrada

Descomposición de la información en bajas, medias y altas frecuencias.

Filtrados

De baja 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)