Imagen real e imagen virtual
La imagen real se forma por rayos convergentes que pueden ser recogidos sobre una pantalla o una placa fotográfica.
El término virtual, según el diccionario de la Real Academia Española significa: adj. Fís. Que tiene existencia aparente y no real (50). La imagen virtual se forma por rayos divergentes. Son imágenes meramente subjetivas que no podrán ser recogidas o proyectadas sobre una pantalla o película fotográfica. Son percibidas gracias a la posibilidad que tiene el globo ocular de “seguir” por detrás del objeto observado, la proyección de esos rayos divergentes y los hace confluir para constituir la imagen virtual (ver fig. 2-15) Estas imágenes juegan un rol crucial en los instrumentos ópticos (11). Es el caso de la imagen formada por un espejo plano (fig. 2-16) o los espejismos sobre una superficie caliente como el desierto o una carretera asfaltada (46, 52). La lupa simple consiste en una lente convergente que se coloca entre el objeto y el ojo. Variando su posición y situando el objeto sobre el foco se puede conseguir que se forme una imagen virtual (fig.2-17).
La “virtualidad” de la imagen virtual consiste en que no está allí donde se percibe, se forma tan sólo sobre la retina y no por fuera del ojo en el sitio donde se ve. La percepción visual de ambos, del objeto real y de la imagen virtual, es idéntica. La imagen retiniana no entra en el proceso de clasificación de realidad o virtualidad de la imagen. El ojo está diseñado para recoger haces divergentes de luz y hacerlos converger sobre la retina (10).
El término virtual, según el diccionario de la Real Academia Española significa: adj. Fís. Que tiene existencia aparente y no real (50). La imagen virtual se forma por rayos divergentes. Son imágenes meramente subjetivas que no podrán ser recogidas o proyectadas sobre una pantalla o película fotográfica. Son percibidas gracias a la posibilidad que tiene el globo ocular de “seguir” por detrás del objeto observado, la proyección de esos rayos divergentes y los hace confluir para constituir la imagen virtual (ver fig. 2-15) Estas imágenes juegan un rol crucial en los instrumentos ópticos (11). Es el caso de la imagen formada por un espejo plano (fig. 2-16) o los espejismos sobre una superficie caliente como el desierto o una carretera asfaltada (46, 52). La lupa simple consiste en una lente convergente que se coloca entre el objeto y el ojo. Variando su posición y situando el objeto sobre el foco se puede conseguir que se forme una imagen virtual (fig.2-17).
La “virtualidad” de la imagen virtual consiste en que no está allí donde se percibe, se forma tan sólo sobre la retina y no por fuera del ojo en el sitio donde se ve. La percepción visual de ambos, del objeto real y de la imagen virtual, es idéntica. La imagen retiniana no entra en el proceso de clasificación de realidad o virtualidad de la imagen. El ojo está diseñado para recoger haces divergentes de luz y hacerlos converger sobre la retina (10).
Figura 2-16.-Formación de la imagen virtual al observar un objeto en un espejo plano. La imagen virtual del objeto se representa “por detrás” del espejo, pero realmente no está allí. Cuando se percibe la imagen virtual los rayos luminosos proceden del espejo. Es el ojo el que permite que el cerebro la imagine, a partir de la figura que se forma en la retina. Tomado de Diálogo sobre el concepto de imagen. Universidad Nacional de Colombia, Medellín (51).
Figura 2-17.-Formación de la imagen virtual al observar un objeto con una lupa. La imagen virtual se presenta aumentada, derecha y por detrás con respecto al objeto.
Formación de las imágenes en el ojo:
Para ver un objeto claramente es necesario que la luz proveniente de él sea centrada en la retina, en la parte posterior del ojo. Este enfoque es logrado por dos de sus componentes, la córnea y el cristalino. La córnea es la superficie transparente anterior del ojo y es la que hace la mayor parte del enfoque de la luz que entra. El cristalino, la lente que yace detrás de la córnea, logra el enfoque fino de objetos localizados a diversas distancias (fig. 2-18). El cristalino es una estructura transparente unida a los músculos ciliares que la rodean (1).
Para que el cristalino mantenga en foco a los objetos situados en diversas distancias, debe sufrir cambios y es necesario que la lente pueda cambiar su espesor, es decir, se “acomode”; de allí que se emplee el término acomodación. Se han postulado por lo menos cuatro teorías en cuanto a este fenómeno (55), pero todas coinciden en que el nivel de acomodación del cristalino es controlado por la constricción y la dilatación del cuerpo ciliar que rodea la lente, gracias a la acción de los músculos ciliares controlados por el sistema nervioso simpático y parasimpático. La acción de los músculos ciliares cambia el grosor y la curvatura del cristalino y por lo tanto su poder óptico (fig. 2-19).
El nivel de acomodación se expresa en dioptrías (D). Unidad que muestra con valores positivos o negativos el poder de refracción de una lente, y que equivale al valor recíproco o inverso de su longitud focal, expresada en metros, en los cuales se enfoca la lente. Por ejemplo, si el ojo se enfoca en el infinito, el nivel de acomodación será 0 D. Si el ojo se enfoca en 2 m, el nivel de acomodación será 0.5 D. Los objetos pueden, sin embargo, aparecer nítidos aunque el nivel de acomodación no sea el correcto para ese objeto. Esto es porque el ojo tiene cierta profundidad de foco, que es un grado de acomodación dentro del cual los objetos aparecerán aceptablemente enfocados (55).
La córnea se comporta como una lente tipo menisco y el cristalino como una lente biconvexa.
Para que el cristalino mantenga en foco a los objetos situados en diversas distancias, debe sufrir cambios y es necesario que la lente pueda cambiar su espesor, es decir, se “acomode”; de allí que se emplee el término acomodación. Se han postulado por lo menos cuatro teorías en cuanto a este fenómeno (55), pero todas coinciden en que el nivel de acomodación del cristalino es controlado por la constricción y la dilatación del cuerpo ciliar que rodea la lente, gracias a la acción de los músculos ciliares controlados por el sistema nervioso simpático y parasimpático. La acción de los músculos ciliares cambia el grosor y la curvatura del cristalino y por lo tanto su poder óptico (fig. 2-19).
El nivel de acomodación se expresa en dioptrías (D). Unidad que muestra con valores positivos o negativos el poder de refracción de una lente, y que equivale al valor recíproco o inverso de su longitud focal, expresada en metros, en los cuales se enfoca la lente. Por ejemplo, si el ojo se enfoca en el infinito, el nivel de acomodación será 0 D. Si el ojo se enfoca en 2 m, el nivel de acomodación será 0.5 D. Los objetos pueden, sin embargo, aparecer nítidos aunque el nivel de acomodación no sea el correcto para ese objeto. Esto es porque el ojo tiene cierta profundidad de foco, que es un grado de acomodación dentro del cual los objetos aparecerán aceptablemente enfocados (55).
La córnea se comporta como una lente tipo menisco y el cristalino como una lente biconvexa.
Figura 2-18.-Formación de las imágenes en el ojo. Tomado de El ojo y la visión (54).
Figura 2-19.-Acomodación del cristalino. Para la visión lejana o cercana, su espesor se modifica por acción de los músculos ciliares.
El ojo humano es un sistema óptico formado por un dioptrio esférico y una lente, que reciben, respectivamente, el nombre de córnea y cristalino, y que son capaces de formar una imagen de los objetos sobre la superficie interna del ojo, en una zona denominada retina, que es sensible a la luz.
En la figura anterior se ven claramente las partes que forman el ojo. Tiene forma aproximadamente esférica y está rodeado por una membrana llamada esclerótica que por la parte anterior se hace transparente para formar la córnea.
Tras la córnea hay un diafragma, el iris, que posee una abertura, la pupila, por la que pasa la luz hacia el interior del ojo. El iris es el que define el color de nuestros ojos y el que controla automáticamente el diámetro de la pupila para regular la intensidad luminosa que recibe el ojo.
El cristalino está unido por ligamentos al músculo ciliar. De esta manera el ojo queda dividido en dos partes: la posterior que contiene humor vítreo y la anterior que contiene humor acuoso. El índice de refracción del cristalino es 1,437 y los del humor acuoso y humor vítreo son similares al del agua.
El cristalino enfoca las imágenes sobre la envoltura interna del ojo, la retina. Esta envoltura contiene fibras nerviosas (prolongaciones del nervio óptico) que terminan en unas pequeñas estructuras denominadas conos y bastones muy sensibles a la luz. Existe un punto en la retina, llamado fóvea, alrededor del cual hay una zona que sólo tiene conos (para ver el color). Durante el día la fóvea es la parte más sensible de la retina y sobre ella se forma la imagen del objeto que miramos.
Los millones de nervios que van al cerebro se combinan para formar un nervio óptico que sale de la retina por un punto que no contiene células receptores. Es el llamado punto ciego.
La córnea refracta los rayos luminosos y el cristalino actúa como ajuste para enfocar objetos situados a diferentes distancias. De esto se encargan los músculos ciliares que modifican la curvatura de la lente y cambian su potencia. Para enfocar un objeto que está próximo, es decir, para que la imagen se forme en la retina, los músculos ciliares se contraen, y el grosor del cristalino aumenta, acortando la distancia focal imagen. Por el contrario si el objeto está distante los músculos ciliares se relajan y la lente adelgaza. Este ajuste se denomina acomodación o adaptación.
El ojo sano y normal ve los objetos situados en el infinito sin acomodación enfocados en la retina. Esto quiere decir que el foco está en la retina y el llamado punto remoto (Pr) está en el infinito.
Se llama punto remoto la distancia máxima a la que puede estar situado un objeto para que una persona lo distinga claramente y punto próximo a la distancia mínima.
Un ojo normal será el que tiene un punto próximo a una distancia "d" de 25 cm, (para un niño puede ser de 10 cm) y un punto remoto situado en el infinito. Si no cumple estos requisitos el ojo tiene algún defecto.
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Cuando el objeto se sitúa en cualquier punto entre el punto remoto y el punto próximo la imagen se forma en la retina del ojo normal.
DEFECTOS DE LA VISIÓN
Miopía.
El ojo miope tiene un sistema óptico con un exceso de convergencia.
El foco está delante de la retina cuando el ojo está relajado, sin efectuar acomodación, y al alcanzar la máxima acomodación está más cerca del cristalino que en el ojo normal.
La persona miope no ve bien de lejos. Al estar el punto focal del ojo más cerca de la córnea que en un ojo normal, los objetos situados en el infinito forman la imagen delante de la retina y se ven borrosos. Empiezan a verse bien cuando están cerca (en el punto remoto).
Del punto remoto al punto próximo realiza acomodación como el ojo normal.
En consecuencia:
El punto remoto y el punto próximo están más cerca que en el ojo normal.
El foco de las lentes divergentes empleadas para corregir la miopía debe estar en el punto remoto para que los rayos que salen de ellas se enfoquen en la retina.
Hipermetropía
Es un defecto de convergencia del sistema óptico del ojo. El foco imagen del ojo está detrás de la retina cuando el ojo está en actitud de descanso sin empezar la acomodación.
El foco está fuera del globo ocular.
El ojo hipermétrope tiene la lente del cristalino muy poco convergente.
Tiene el punto próximo más lejos que el ojo normal (más de 25 cm) porque gasta antes el recorrido de acomodación.
El punto remoto es virtual y está detrás del ojo.
La hipermetropía se corrige con lentes convergentes. En algunos casos se corrige al crecer la persona y agrandarse el globo ocular.
Presbicia
Vista cansada.
Astigmatismo
Cataratas
Es muy frecuente que al envejecer el cristalino se vuelva opaco y no permita el paso de la luz. En esto consiste la catarata. Recuerda que muchos personajes históricos que vivieron muchos años, en su vejez se volvieron ciegos.
Hoy se operan extirpando el cristalino e instalando en su lugar una lente plástica intraocular que hace su funciones y que no necesita ser sustituida en el resto de la vida.
Formación de la Imagen
Para comprender como los seres vivos ven y asimilan la información que les llega a través de sus sensores, debemos estudíar las tr‚és partes que comportan este problema: las señales que percibimos el medio en que se transmiten y los mecanismos de decodificación del sistema receptor y/o cerebro. Gran parte de las técnicas de procesamiento de señales estan asociadas a problemas en la adquisición de dichas señales y más en particular al tipo de sensor usado y al medio a través del cual se han obtenido.Aunque el ojo humano, como sensor, es un mecanismo demasiado especializado, sin embargo el proceso de formación de la imagen que se lleva a cabo en su interior puede considerarse como genérico para cualquier otro sensor de tipo visual. Es por ello que el estudio del funcionamiento del ojo como sensor mejor adaptado al procesamiento de señales visuales es de gran interés para conocer aspectos básicos de los métodos de captación de imágenes.
En esta lección comenzaremos estudíando el concepto de imagen como mapa espacio-temporal de valores asociados a la información dada por un determinado aparato de medida o sensor. A continuación introdu ciremos aquellos conceptos básicos de la radiación electromagnética que la definen como vehículo capaz de transportar información acerca de los objetos con los que que interacciona ya sea por reflexión, refracción o transmisividad. A continuación estudiaremos algunos problemas de la percepción visual. Por último, presentaremos el estado actual de la tecnología de adquisición de imágenes así como el tipo de imágenes que se derivan de cada uno de los diferentes sensores.
Hemos de poner de manifiesto desde ahora que la formación de imágenes a partir de energía electromagnética no es la única forma posible que existe en la naturaleza. Existen otros tipos de ondas como las acústicas que permiten a determinados seres vivos percibir en ambientes de completa obscuridad. Este tipo de percepciones pueden ser representadas hoy en día en términos de una imagen.
Así pues, en esta lección, estudíamos el concepto de imagen y la información bruta en ella contenida.
El ojo humano se comporta como un sistema óptico en el que un conjunto de medios trasparentes forman una imagen real e invertida sobre la retina, que es la superficie interna del ojo sensible a la luz.
El ojo humano es de forma aproximadamente esférica, de unos 2.5 cm de diámetro. Sus partes mas importantes figuran en esta imagen.
El cristalino es una lente biconvexa con un indice de refracción igual a 1.43, ligeramente mayor que el del agua. El humor acuoso y el humor vítreo o cuerpo vítreo tienen un indice de refracción muy parecido al del agua.
La cornea produce la mayor desviación de la luz, debido a que tiene un pequeño radio de curvatura (0.8 cm) y la luz pasa del aire (n=1) al humor acuoso (n=1.33), produciéndose una importante variación en el indice de refracción.
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