Modelos para el sistema visual: II

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)