Как работает зрение


Урок 1. Как устроено зрение человека

Зрение является каналом, посредством которого человек получает примерно 70% всех данных о мире, который его окружает. И возможно это только по той причине, что именно зрение человека представляет собой одну из самых сложных и поражающих воображение зрительных систем на нашей планете. Если бы не было зрения, все мы, скорее всего, просто жили бы в темноте.

Человеческий глаз обладает совершенным строением и обеспечивает зрение не только в цвете, но также в трёх измерениях и с высочайшей резкостью. Он обладает способностью моментально менять фокус на самые разные расстояния, осуществлять регуляцию объёма поступающего света, различать между собой огромное количество цветов и ещё большее количество оттенков, производить коррекцию сферических и хроматических аберраций и т.д. С мозгом глаз связывают шесть уровней сетчатки, в которых ещё перед тем, как информация будет отправлена в мозг, данные проходят через этап компрессии.

Но как же устроено наше с вами зрение? Как посредством усиления цвета, отражённого от предметов, мы трансформируем его в изображение? Если подумать об этом серьёзно, можно сделать вывод, что устройство зрительной системы человека до мельчайших подробностей «продумано» создавшей его Природой. Если же вы предпочитаете верить в то, что за создание человека ответственен Создатель или некая Высшая Сила, то эту заслугу можете приписать им. Но давайте не будем разбираться в тайнах бытия, а продолжим разговор об устройстве зрения.

Огромное количество деталей

Строение глаза и его физиологию можно без обиняков назвать действительно идеальными. Подумайте сами: оба глаза находятся в костных впадинах черепа, которые защищают их от всевозможных повреждений, однако выступают из них они именно так, чтобы обеспечивался максимально широкий горизонтальный обзор.

Расстояние, на котором глаза находятся друг от друга, обеспечивает пространственную глубину. А сами глазные яблоки, как доподлинно известно, обладают шарообразной формой, благодаря чему способны вращаться в четырёх направлениях: влево, вправо, вверх и вниз. Но каждый из нас воспринимает всё это, как само собой разумеющееся – мало кому приходит в голову представить, что было бы, если бы наши глаза были квадратными или треугольными или их движение было бы хаотичным – это бы сделало зрение ограниченным, сумбурным и малоэффективным.

Итак, устройство глаза предельно сложно, но как раз это и делает возможным работу примерно четырёх десятков его различных составляющих. И даже если бы не было хоть одного из этих элементов, процесс зрения перестал бы осуществляться так, как ему следует осуществляться.

Чтобы убедиться в том, насколько сложно устроен глаз, предлагаем вам обратить своё внимание на рисунок ниже.

Давайте же поговорим о том, как реализуется на практике процесс зрительного восприятия, какие элементы зрительной системы в этом участвуют, и за что каждый из них отвечает.

Прохождение света

По мере приближения света к глазу световые лучи сталкиваются с роговицей (иначе её называют роговой оболочкой). Прозрачность роговицы позволяет свету проходить сквозь неё во внутреннюю поверхность глаза. Прозрачность, кстати, является важнейшей характеристикой роговицы, и прозрачной она остаётся по причине того, что особый протеин, который в ней содержится, сдерживает развитие кровеносных сосудов – процесс, происходящий практически в каждой из тканей человеческого тела. В том случае если бы роговица прозрачной не была, остальные компоненты зрительной системы не имели бы никакого значения.

Помимо прочего, роговица не даёт попадать во внутренние полости глаза сору, пыли и каким-либо химическим элементам. А кривизна роговой оболочки позволяет ей преломлять свет и помогать хрусталику фокусировать световые лучи на сетчатке.

После того как свет прошёл сквозь роговицу, он проходит через маленькое отверстие, расположенное посередине радужки глаза. Радужка же представляет собой круглую диафрагму, которая находится перед хрусталиком сразу за роговицей. Радужка также является тем элементом, который придаёт глазу цвет, а цвет зависит от преобладающего в радужке пигмента. Центральное отверстие в радужке – это и есть знакомый каждому из нас зрачок. Размер этого отверстия имеет возможность изменяться, чтобы контролировать количество поступающего в глаз света.

Размер зрачка изменятся непосредственно радужкой, а обусловлено это её уникальнейшим строением, ведь состоит она из двух различных видов мышечных тканей (даже здесь есть мышцы!). Первая мышца является круговой сжимающей – она располагается в радужке кругообразно. Когда свет яркий, происходит её сокращение, вследствие чего зрачок сокращается, как бы втягиваясь мышцей внутрь. Вторая мышца является расширяющей – она расположена радиально, т.е. по радиусу радужки, что можно сравнить со спицами в колесе. При тёмном освещении происходит сокращение этой второй мышцы, и радужка раскрывает зрачок.

Многие специалисты-эволюционисты до сих пор испытывают некоторые затруднения, когда пытаются объяснить, каким же всё-таки образом происходит формирование вышеназванных элементов зрительной системы человека, ведь в любой другой промежуточной форме, т.е. на каком-либо эволюционном этапе работать они просто не смогли бы, но человек видит с самого начала своего существования. Загадка…

Фокусировка

Минуя названные выше этапы, свет начинает проходить через хрусталик, находящийся за радужкой. Хрусталик является оптическим элементом, имеющим форму выпуклого продолговатого шара. Хрусталик абсолютно гладок и прозрачен, в нём нет кровеносных сосудов, а сам он расположен в эластичном мешочке.

Проходя сквозь хрусталик, свет преломляется, после чего происходит его фокусировка на ямке сетчатки – самом чувствительном месте, содержащем максимальное количество фоторецепторов.

Важно заметить, что уникальное строение и состав обеспечивают роговице и хрусталику большую силу преломления, гарантирующую короткое фокусное расстояние. И как же удивительно, что такая сложная система вмещается всего в одном глазном яблоке (подумайте только, как бы мог выглядеть человек, если бы для фокусировки световых лучей, идущих от предметов, требовался бы, например, метр!).

Не менее интересно и то, что совместная преломляющая сила этих двух элементов (роговицы и хрусталика) находится в прекрасном соотношении с глазным яблоком, а это можно смело назвать ещё одним доказательством того, что зрительная система создана просто непревзойдённо, т.к. процесс фокусирования слишком сложен, чтобы говорить о нём, как о чём-то, что произошло лишь благодаря пошаговым мутациям – эволюционным стадиям.

Если же речь идёт о предметах расположенных близко к глазу (как правило, близким считается расстояние менее 6 метров), то здесь всё ещё любопытнее, ведь в этой ситуации преломление световых лучей оказывается ещё более сильным. Обеспечивается же это увеличением кривизны хрусталика. Хрусталик соединён посредством цилиарных поясков с ресничной мышцей, которая, сокращаясь, даёт хрусталику возможность принимать более выпуклую форму, тем самым увеличивая свою преломляющую силу.

И здесь снова нельзя не упомянуть о сложнейшем строении хрусталика: составляют его множество ниточек, которые состоят из соединённых друг с другом клеточек, а тонкие пояски связывают его с цилиарным телом. Фокусировка осуществляется под контролем головного мозга крайне быстро и на полном «автомате» — осуществить такой процесс осознанно для человека невозможно.

Значение «фотоплёнки»

Результатом фокусировки становится сосредоточение изображения на сетчатке, представляющей собой многослойную ткань, чувствительную к свету, покрывающую заднюю часть глазного яблока. В сетчатке содержится примерно 137 000 000 фоторецепторов (для сравнения можно привести современные цифровые фотоаппараты, в которых подобных сенсорных элементов не более 10 000 000). Такое громадное количество фоторецепторов обусловлено тем, что расположены они крайне плотно – примерно 400 000 на 1 мм².

Здесь не будет лишним привести слова специалиста по микробиологии Алана Л. Гиллена, говорящего в своей книге «Тело по замыслу» о сетчатке глаза, как о шедевре инженерного проектирования. Он считает, что сетчатка является самым удивительным элементом глаза, сравнимым с фотоплёнкой. Светочувствительная сетчатка, расположенная на задней стороне глазного яблока, намного тоньше целлофана (её толщина составляет не более 0,2 мм) и гораздо чувствительнее, чем любая, созданная человеком фотоплёнка. Клетки этого уникального слоя способны обрабатывать до 10 миллиардов фотонов, в то время как самый чувствительный фотоаппарат способен обработать лишь несколько их тысяч. Но ещё удивительнее то, что человеческий глаз может улавливать единицы фотонов даже в темноте.

Всего сетчатку составляют 10 слоёв фоторецепторных клеток, 6 слоёв из которых являются слоями светочувствительных клеток. 2 вида фоторецепторов имеют особую форму, по причине чего их называют колбочками и палочками. Палочки крайне восприимчивы к свету и обеспечивают глазу чёрно-белое восприятие и ночное зрение. Колбочки, в свою очередь, не так восприимчивы к свету, но способны различать цвета – оптимальная работа колбочек отмечается в дневное время суток.

Благодаря работе фоторецепторов световые лучи трансформируются в комплексы электрических импульсов и посылаются в мозг на невероятно большой скорости, а сами эти импульсы за доли секунд преодолевают свыше миллиона нервных волокон.

Связь фоторецепторных клеток в сетчатке очень сложна. Колбочки и палочки никак напрямую с мозгом не связаны. Получив сигнал, они переадресовывают его биполярным клеткам, а те перенаправляют уже обработанные собою сигналы ганглиозным клеткам, более миллиона аксонов (нейритов, по которым передаются нервные импульсы) которых составляют единый зрительный нерв, по которому данные и поступают в мозг.

Два слоя промежуточных нейронов, до того как зрительные данные будут отправлены в мозг, способствуют параллельной обработке этой информации шестью уровнями восприятия, находящимися в сетчатке глаза. Необходимо это для того чтобы изображения распознавались как можно быстрее.

Восприятие мозга

После того как обработанная зрительная информация поступает в мозг, он начинает её сортировку, обработку и анализ, а также формирует цельное изображение из отдельных данных. Конечно же, о работе человеческого мозга ещё много чего неизвестно, однако даже того, что научный мир может предоставить сегодня, вполне достаточно, чтобы поразиться.

При помощи двух глаз формируются две «картинки» мира, который окружает человека – по одной на каждую сетчатку. Обе «картинки» передаются в мозг, и в действительности человек видит два изображения в одно и то же время. Но как?

А дело вот в чём: точка сетчатки одного глаза точно соответствует точке сетчатки другого, а это говорит о том, чтоб оба изображения, попадая в мозг, могут накладываться друг на друга и сочетаться вместе для получения единого изображения. Информация, полученная фоторецепторами каждого из глаз, сходится в зрительной коре головного мозга, где и появляется единое изображение.

По причине того, что у двух глаз может быть разная проекция, могут наблюдаться и некоторые несоответствия, однако мозг сопоставляет и соединяет изображения таким образом, что человек никаких несоответствий не ощущает. Мало того – эти несоответствия могут быть использованы с целью получения чувства пространственной глубины.

Как известно, из-за преломления света зрительные образы, поступающие в мозг, изначально являются очень маленькими и перевёрнутыми, однако «на выходе» мы получаем то изображение, которое привыкли видеть.

Помимо этого в сетчатке изображение делится мозгом надвое по вертикали – через линию, которая проходит через ямку сетчатки. Левые части изображений, полученных обоими глазами, перенаправляются в правое полушарие, а правые части – в левое. Так, каждое из полушарий смотрящего человека получает данные только от одной части того, что он видит. И снова – «на выходе» мы получаем цельное изображение без каких бы то ни было следов соединения.

Разделение изображений и крайне сложные оптические пути делают так, что мозг видит отдельно каждым из своих полушарий с использованием каждого из глаз. Это позволяет ускорить обработку потока входящей информации, а также обеспечивает зрение одним глазом, если вдруг человек по какой-либо причине перестаёт видеть другим.

Можно заключить, что мозг в процессе обработки зрительной информации убирает «слепые» пятна, искажения из-за микродвижений глаз, морганий, угла зрения и т.п., предлагая своему хозяину адекватное целостное изображение наблюдаемого.

Движение глаз

Ещё одним из важных элементов зрительной системы является движение глаз. Умалять значение этого вопроса никак нельзя, т.к. чтобы вообще иметь возможность использовать зрение должным образом мы должны уметь поворачивать глаза, поднимать их, опускать, короче говоря – двигать глазами.

Всего можно выделить 6 внешних мышц, которые соединяются с внешней поверхностью глазного яблока. К этим мышцам относятся 4 прямые (нижняя, верхняя, боковая и средняя) и 2 косые (нижняя и верхняя).

В тот момент, когда какая-либо из мышц сокращается, мышца, являющаяся для неё противоположной, расслабляется – это обеспечивает ровное движение глаз (в противном случае все движения глазами осуществлялись бы рывками).

При повороте двух глаз автоматически изменяется движение всех 12 мышц (по 6 мышц на каждый глаз). И примечательно то, что процесс этот является непрерывным и очень хорошо скоординированным.

По словам знаменитого офтальмолога Питера Джени, контроль и координация связи органов и тканей с центральной нервной системой посредством нервов (это называется иннервацией) всех 12 глазных мышц представляет собой один из очень сложных процессов, происходящих в мозге. Если же добавить к этому точность перенаправления взора, плавность и ровность движений, скорость, с которой может вращаться глаз (а она составляет в сумме до 700° в секунду), и соединить всё это, мы получим на самом деле феноменальную по части исполнения подвижную глазную систему. А то, что человек имеет два глаза, делает её ещё более сложной – при синхронном движении глаз необходима одинаковая мускульная иннервация.

Мышцы, которые вращают глаза, отличны от мышц скелета, т.к. их составляет множество всевозможных волокон, а контролируются они ещё большим числом нейронов, иначе точность движений стала бы невозможной. Данные мышцы можно назвать уникальными ещё и потому, что они способны быстро сокращаться и практически не устают.

Очистка глаз

Учитывая то, что глаз – это один из наиболее важных органов человеческого организма, он нуждается в непрерывном уходе. Именно для этого как раз и предусмотрена, если так можно назвать, «интегрированная система очистки», которая состоит из бровей, век, ресниц и слёзных желёз.

При помощи слёзных желёз регулярно производится липкая жидкость, с медленной скоростью движущаяся вниз по внешней поверхности глазного яблока. Эта жидкость смывает различный сор (пыль и т.п.) с роговицы, после чего входит во внутренний слёзный канал и затем стекает по носовому каналу, выводясь из организма.

В слезах содержится очень сильное антибактериальное вещество, уничтожающее вирусы и бактерии. Веки выполняют функцию стеклоочистителей – они очищают и увлажняют глаза благодаря непроизвольному морганию с интервалом в 10-15 секунд. Вместе с веками работают ещё и ресницы, предотвращая попадание в глаз любого сора, грязи, микробов и т.п.

Если бы веки не выполняли свою функцию, глаза человека постепенно бы засохли и покрылись рубцами. Если бы не было слёзного протока, глаза бы постоянно заливались слёзной жидкостью. Если бы человек не моргал, в его глаза попадал бы мусор, и он мог бы даже ослепнуть. Вся «очистительная система» должна включать в себя работу всех элементов без исключения, в противном случае она просто перестала бы функционировать.

Глаза как показатель состояния

Глаза человека способны передавать немало информации в процессе его взаимодействия с другими людьми и окружающим миром. Глаза могут излучать любовь, гореть от гнева, отражать радость, страх или беспокойство, говорить о тревоге или усталости. Глаза показывают, куда смотрит человек, заинтересован он в чём-либо или же нет.

Например, когда люди закатывают глаза, беседуя с кем-то, это можно расценивать совершенно иначе, нежели обычный взгляд, направленный вверх. Большие глаза у детей вызывают у окружающих восторг и умиление. А состояние зрачков отражает то состояние сознания, в котором в данный момент времени находится человек. Глаза – это показатель жизни и смерти, если уж говорить в глобальном смысле. Наверное, именно по этой причине их называют «зеркалом» души.

Вместо заключения

В этом уроке мы с вами рассмотрели устройство зрительной системы человека. Естественно, мы упустили немало деталей (сама по себе эта тема очень объёмна и вместить её в рамки одного урока проблематично), но всё же постарались донести материал так, чтобы вы имели чёткое представление о том, КАК видит человек.

Вы не могли не заметить, что как сложность, так и возможности глаза позволяют этому органу многократно превосходить даже самые современные технологии и научные разработки. Глаз является наглядной демонстрацией сложности инженерии в огромном количестве нюансов.

Но знать об устройстве зрения – это, конечно же, хорошо и полезно, однако наиболее важно знать о том, как зрение можно восстанавливать. Дело в том, что и образ жизни человека, и условия, в которых он живёт, и некоторые другие факторы (стрессы, генетика, вредные привычки, заболевания и многое другое) – всё это нередко способствует тому, что с годами зрение может ухудшаться, т.е. зрительная система начинает давать сбои.

Но ухудшение зрения в большинстве случаев не является необратимым процессом – зная определённые методики, данный процесс можно повернуть вспять, и сделать зрение, если уж и не таким, как у младенца (хотя иногда возможно и это), то хорошим настолько, насколько вообще это возможно для каждого отдельно взятого человека. Поэтому следующий урок нашего курса по развитию зрения будет посвящён методам восстановления зрения.

Зрите в корень!

Проверьте свои знания

Если вы хотите проверить свои знания по теме данного урока, можете пройти небольшой тест, состоящий из нескольких вопросов. В каждом вопросе правильным может быть только 1 вариант. После выбора вами одного из вариантов, система автоматически переходит к следующему вопросу. На получаемые вами баллы влияет правильность ваших ответов и затраченное на прохождение время. Обратите внимание, что вопросы каждый раз разные, а варианты перемешиваются.

Кирилл Ногалес

Как работает зрение - Любопытно

С небольшой помощью оптического обмана взгляните в свои глаза, чтобы попытаться выяснить, как работает ваше зрение и как его обмануть.

Хэнк Грин: Посмотри внимательно на это. Мы будем связываться с твоим мозгом. Это первая стадия оптического обмана. Многие иллюзии используют паттерны света или перспективы, чтобы использовать разрыв, существующий между ощущением и восприятием - между тем, что видят ваши глаза, и тем, что понимает ваш мозг.Но не все иллюзии работают таким образом. Некоторые вызывают побочные эффекты или остаточные изображения, которые используют глюки в физиологии человеческого зрения. Как этот флаг. Я не пытаюсь сделать политическое заявление здесь, и я не собираюсь просить вас поклясться в верности Республике Хэнк или что-то еще. Я имею в виду, если бы я собирался начать свою собственную страну, мой флаг был бы намного круче этого, не то чтобы я много думал об этом. А теперь посмотрите на этот белый экран. Если вы смотрели на этот флаг в течение, по крайней мере, 30 секунд, не двигая глазами, вы увидите что-то, даже если на экране ничего нет, - изображение флага.Но вместо того, чтобы быть бирюзовым и черно-желтым, это красный, белый и синий.

Хорошо, это круто, но я здесь не для того, чтобы развлекать вас. Этот вид иллюзии - действительно отличный способ объяснить ваше очень сложное чувство зрения. И я имею в виду сложные. Почти 70 процентов всех сенсорных рецепторов в вашем теле находятся в глазах. Не только это, но и для того, чтобы вы что-то видели, воспринимали и распознавали - будь то флаг или красивый парень в очках и спортивной куртке, сидящий за столом - нужно вмешиваться почти в половину всей коры головного мозга.

Видение считается доминирующим чувством людей, и хотя мы можем обойтись без него, и его можно обмануть, то, что вы собираетесь изучить, не является иллюзией.

Когда мы говорили о вашем чувстве слуха, мы начали с механики звука. Поэтому, прежде чем мы перейдем к тому, как работают ваши глазные яблоки, имеет смысл поговорить о том, что они на самом деле видят - о том, как свет отражается от вещей.

Свет - это электромагнитное излучение, распространяющееся в волнах. Помните, как высота и громкость звука определяются частотой и амплитудой его волны? Ну, это похоже на свет, за исключением того, что частота световой волны определяет ее оттенок, а амплитуда связана с ее яркостью.

Мы регистрируем короткие волны на высоких частотах как голубоватые цвета, в то время как длинные, низкие частоты кажутся нам красноватыми. Между тем, этот красный может казаться тусклым и приглушенным, если волна движется с меньшей амплитудой, но суперяркой, если волна имеет большую амплитуду и, следовательно, более высокую интенсивность.

Но видимый свет, который мы можем видеть, - это лишь крошечный кусок полного электромагнитного спектра, который варьируется от коротких гамма-лучей и рентгеновских лучей до длинных радиоволн.

Так же, как механорецепторы уха или хеморецепторы языка преобразуют звуки и химические вещества в потенциалы действия, так и фоторецепторы ваших глаз преобразуют световую энергию в нервные импульсы, которые мозг может понять.

Чтобы выяснить, как все это работает, давайте начнем с понимания анатомии глаза.

Некоторые из первых вещей, которые вы заметите вокруг своей средней пары глаз, - это все внешние аксессуары, такие как брови, которые помогают избежать пота, если вы забыли свою головную повязку при ракетболе, и сверхчувствительные ресницы, которые вызывают рефлексивное мигание, как если бы вы были на песчаном пляже в штормовой ветер.

Эти функции, наряду с веками и слезоточивым аппаратом для слез, помогают защитить ваши хрупкие глазные яблоки.

Глазное яблоко само по себе нерегулярно сферическое, со взрослым диаметром около 2,5 сантиметров. Он по существу полый, наполненный жидкостями, которые помогают поддерживать свою форму, и вы действительно можете видеть только переднюю шестую часть всего шара. Остальная часть его спрятана в карман защитного жира, привязана шестью внешними мышцами глаза, похожими на лямки, и зажата в костную орбиту черепа.

Несмотря на то, что все это снаряжение обычно делает фантастическую работу по сохранению глазных яблок внутри вашей головы, что хорошо, в очень редких случаях, например, после травмы головы или даже очень интенсивного чихания, эти присоски могут выскочить прямо - состояние, называемое глобус, который вы действительно не хотите, чтобы Google.Я просто сижу здесь, пока вы Google

Теперь вам не нужно выдвигать глазное яблоко, чтобы узнать, как оно структурировано. Я избавлю вас от хлопот и скажу, что его стенка состоит из трех отдельных слоев - волокнистого, сосудистого и внутреннего. Наружный волокнистый слой состоит из соединительной ткани. Большая часть этого белого вещества называется склерой, а самая передняя часть - прозрачная роговица.

Роговица похожа на окно, которое пропускает свет в глаза, и если вы когда-либо испытывали мучительную боль поцарапанной, вы знаете, как ужасно может быть повреждение чего-то, нагруженного болевыми рецепторами.

Спускаясь немного глубже, средний сосудистый слой стенки содержит заднюю сосудистую оболочку, мембрану, которая снабжает все слои кровью. В передней части также находится цилиарное тело, кольцо мышечной ткани, которое окружает хрусталик, но самая известная часть этого среднего слоя - радужная оболочка. Радужная оболочка - это та уникальная цветная часть глаза, которая принадлежит только вам. Он состоит из гладкой мышечной ткани, имеет форму сплющенного пончика и зажат между роговицей и хрусталиком.Эти круглые мышцы сфинктера - да, верно, у вас повсюду сфинктеры! - сокращаются и расширяются, изменяя размер темной точки вашего зрачка.

Сам зрачок - это всего лишь отверстие в радужной оболочке, которое позволяет свету проникать в глаз. Вы можете увидеть, как радужная оболочка защищает глаза от попадания слишком большого количества света, если вы светите фонариком в глаза своего друга в темной комнате. Их зрачки пройдут от расширенного до точного за пару секунд.

Свет проникает через роговицу и зрачок и попадает на линзу - выпуклый прозрачный диск, который фокусирует этот свет и проецирует его на сетчатку, которая образует внутренний слой в задней части глазного яблока.

Ваши сетчатки загружены миллионами фоторецепторов, которые выполняют важную работу по преобразованию энергии света в электрические сигналы, которые ваш мозг будет принимать. Эти рецепторные клетки бывают двух видов - палочки и колбочки - к которым я вернусь через минуту. Но сама сетчатка имеет два слоя: внешний пигментированный слой, который помогает поглощать свет, чтобы он не рассеивался вокруг глазного яблока, и внутренний нервный слой. И этот слой, как видно из названия, содержит нейроны - не только фоторецепторы, но и биполярные нейроны и ганглиозные нейроны.Эти два вида нервных клеток объединяются, чтобы создать своего рода путь для света или, по крайней мере, данные о свете.

Биполярные нейроны имеют синапсы на обоих концах, образуя своего рода мост - на одном конце он синапсов с фоторецептором, а на другом он синапсов с ганглионарным нейроном, который продолжает формировать зрительный нерв.

Итак, скажем, вы только что попали в ослепительный луч фонарика. Этот свет попадает на вашу заднюю сетчатку и распространяется от фоторецепторов к биполярным клеткам под ними, к самым внутренним клеткам ганглия, где они затем генерируют потенциалы действия.

Аксоны всех этих ганглиозных клеток сплетаются вместе, чтобы создать толстый, нервный зрительный нерв - ваш второй черепной нерв - который покидает заднюю часть вашего глазного яблока и переносит эти импульсы до таламуса и затем в зрительную кору головного мозга.

Итак, это основная анатомия и последовательность событий человеческого зрения, но я действительно хочу поговорить о тех двух типах фоторецепторов - ваших палочках и колбочках.

Шишки располагаются рядом с центром сетчатки и обнаруживают мелкие детали и цвет.Их можно разделить на чувствительные к красному, зеленому и синему типам, в зависимости от того, как они реагируют на различные типы освещения. Но они не очень чувствительны, и они действительно достигают своих порогов активации только при ярких условиях. Удилища, с другой стороны, более многочисленны и более чувствительны к свету. Но они не могут подобрать настоящий цвет. Вместо этого они регистрируют только черно-белое изображение. Они торчат по краям сетчатки и управляют вашим периферийным зрением.

Поскольку эти рецепторы функционируют так по-разному, вы можете не удивиться, узнав, что ваши палочки и колбочки по-разному подключены к сетчатке.

К одной клетке ганглия может подключиться до 100 различных стержней, но поскольку все они одновременно отправляют свою информацию в ганглион, мозг не может определить, какие отдельные стержни были активированы, и поэтому они не очень хороши. при предоставлении подробных изображений. Все, что они действительно могут сделать, это дать вам информацию об общей форме объектов, будь то свет или тьма.

Каждый конус, напротив, получает свою собственную ячейку для ганглиев, которая позволяет очень детально видеть цвет, по крайней мере, если условия достаточно яркие.

И все это возвращает нас к тому странному флагу. Почему, глядя на этот флаг, а затем глядя на пустое белое пространство, мы видим призрачный флаг разных цветов? Ну, это начинается с того, что наши фоторецепторы могут заставить нас видеть остаточные изображения.

Некоторые раздражители, такие как действительно яркие цвета или действительно яркие огни, настолько сильны, что наши фоторецепторы будут продолжать использовать потенциал действия даже после того, как мы закроем глаза или отведем взгляд. Другая часть иллюзии связана с еще одной ошибкой в ​​нашем визуальном программировании.... и просто наши шишки могут устать.

Если вы достаточно долго смотрите на яркое изображение, ваши колбочки будут слишком долго получать один и тот же стимул и в основном перестанут отвечать. В случае с флагом вы смотрели на изображение с яркими бирюзовыми полосами. Поскольку ваши сетчатки содержат зеленые, красные и синие чувствительные колбочки, синие и зеленые через некоторое время устали, оставляя только красные оставленные для огня. Затем вы посмотрели на белый экран. Этот белый свет включал все цвета и длины волн видимого света.Таким образом, ваши глаза все еще получали красный, зеленый и синий свет, но только красные конусы могли ответить. Как

.

Как работает компьютерное зрение - InData Labs

9 июня 2020 года

Автор Катрин Спирина и Анастасия Жаровских

Определение компьютерного зрения

Как мы можем определить компьютерное зрение сегодня? Это подраздел искусственного интеллекта, в котором особое внимание уделяется разработке и совершенствованию методов, позволяющих машинам захватывать и понимать различные цифровые изображения и видеоконтент.

Сегодня мы живем в реальности, наполненной визуальной информацией.По данным HubSpot, 54% потребителей хотят, чтобы их любимые бренды поставляли больше видеоконтента. Forbes предполагает, что веб-сайты, демонстрирующие большое количество видеоконтента, заставляют обычных пользователей тратить на свои страницы 88% больше времени.

Для получения визуальной информации у нас есть «чрезвычайно эффективный инструмент» - наше естественное видение. Возможности машин по-прежнему сильно отстают. По определению, компьютерное зрение имитирует естественные процессы: извлекает визуальную информацию, обрабатывает ее и интерпретирует. А современные алгоритмы, так называемые нейронные сети, используемые для задач компьютерного зрения, воспроизводят естественные нейронные сети.

Каковы цели компьютерного зрения и как оно работает?

Без машин, способных видеть, будет трудно научить машины думать. Именно так Фей-Фей Ли из Stanford Vision Lab описывает роль технологии компьютерного зрения.

Сложность в том, что компьютеры видят только цифровые изображения. Люди могут понять смысловой смысл изображения, но машины редко понимают. Они обнаруживают пиксели.

Семантический разрыв является основной проблемой в технологии компьютерного зрения.Человеческий мозг - или естественные нейронные сети - различает компоненты на изображениях и анализирует эти компоненты в определенной последовательности. Каждый нейрон отвечает за определенный элемент.

Вот почему создание искусственного решения, такого же превосходного, как человеческий мозг, заняло десятилетия исследований и создания прототипов. И искусственные нейронные сети стали величайшим прорывом в машинном обучении.

Фундаментальной задачей в компьютерном зрении всегда была классификация изображений .Благодаря использованию глубокого обучения распознаванию и классификации изображений, компьютеры могут автоматически генерировать и изучать особенности - отличительные характеристики и свойства. И основываясь на нескольких особенностях, машины предсказывают, что на изображении, и показывают уровень вероятности.

Источник: cs231n.github.io

Мощные глубокие нейронные сети позволяют машинам превосходить людей в распознавании и понимании изображений. Такие возможности используются в различных отраслях промышленности для приложений распознавания лиц, проектов видеонаблюдения и систем идентификации.Мы объяснили нюансы работы визуальных поисковых систем в предыдущем посте InData Labs.

Существует множество других связанных с технологией задач, и они хорошо работают в комбинациях, таких как классификация - локализация или обнаружение объекта - сегментация изображения .

Источник: cs231n.stanford.edu

В этой статье будут рассмотрены следующие решения для компьютерного зрения:

  • Семантическая сегментация
  • Сегментация экземпляров
  • Обнаружение объекта
  • Отслеживание объектов
  • Распознавание действий
  • Улучшение изображения

По определению, решения для компьютерного зрения могут решать различные проблемы в зависимости от целей бизнеса.Давайте выясним, что такое компьютерное зрение и как оно может помочь вашей бизнес-нише.

Как методы компьютерного зрения работают в разных отраслях?

Короче говоря, технология компьютерного зрения является одной из самых востребованных технических концепций в наши дни. Raconteur сообщает, что новшество вездесуще в нашей жизни, от вождения автомобилей до использования поисковых систем. Мы собираемся остановиться на нескольких популярных областях для реализации решений для компьютерного зрения:

  • изображений и видеороликов с улучшенной AR
  • Роботы в розничной торговле и в цепочке поставок
  • Усовершенствованные инструменты медицинской визуализации
  • Инструменты для улучшения изображений, распознаваемых с помощью оптического распознавания 900 900
  • Подходы для смягчения предвзятости в спорте
  • Методы развития сельскохозяйственной отрасли

Важнейшим условием превращения инноваций в межотраслевую тенденцию является рост объема данных во всем мире.Согласно статистике, пользователи ежедневно публикуют в сети более 3 миллиардов изображений. Встроенные камеры и персональные мобильные устройства генерируют данные постоянно.

Более того, вычислительная мощность для анализа массивных данных стала доступной и доступной до сих пор.

Модели глубокого обучения, обученные на больших наборах данных, расширяют возможности компьютерного зрения. Эти решения могут расширить спектр традиционных задач и изменить традиционные подходы к решению бизнес-задач. Click To Tweet Разнообразие отраслей стимулируют рост рынка CV, и количество приложений довольно разнообразно, как видно из диаграммы ниже.

Наибольший рост еще предстоит достичь в таких областях, как автомобилестроение, спорт и развлечения, робототехника и здравоохранение.

Медицинская сегментация изображений

Семантическая сегментация и сегментация экземпляров являются одними из основных задач технологии. Идея сегментации состоит в том, чтобы научить компьютеры обрабатывать изображение на уровне пикселей и понимать его. Проще говоря, компьютеры могут сегментировать изображение, рисовать объекты на изображении различными цветами и прогнозировать, что на нем.

Сегментация изображения используется для медицинского сканирования. Это позволяет с высокой точностью определять элементы, которые могут подсказать больше о таких патологиях, как опухоли. Как говорят исследователи Google, используя методы компьютерного зрения, медицинские эксперты достигают соглашения по диагностике менее чем в 48% случаев. Тем не менее, инструменты на основе искусственного интеллекта помогают обнаруживать метастазы рака с гораздо большей точностью.

Источник: Ai.googleblog.com

Своевременность и точность диагностики различных форм рака имеют жизненно важное значение.Это оказывает большое влияние на то, как рано медицинские работники начинают правильный курс лечения. То, что ИИ делает для спасения жизней, невозможно переоценить. А работа над медицинскими приложениями на основе CV является одним из главных приоритетов многих компаний во всем мире.

Классификация и локализация в прогнозном обслуживании

Одной из тенденций в производстве является автоматизация (RPA) . Роботы помогают упростить производственные рабочие процессы, успешно работать рука об руку с сотрудниками и эффективно выполнять множество монотонных задач.И компьютерное зрение является жизненно важной частью RPA, поскольку оно обеспечивает машины с человеческим зрением.

AI-контролируемые процессы оборудования для мониторинга стали более интеллектуальными и надежными. Теперь машины могут предсказать поломки и помочь избежать дорогостоящих простоев. Кроме того, компьютеры могут контролировать контроль качества на производственных линиях.

Коммунальная отрасль , чувствительная к любым инцидентам, может использовать расширенные возможности мониторинга в реальном времени. Это может помочь лучше прогнозировать ситуации риска вовремя и поддерживать высокий уровень обслуживания.

Компьютерное зрение для дополненной реальности (AR) открывает больше возможностей, характерных для той или иной отрасли. Процессы сборки и обслуживания ускоряются благодаря возможности использования информации в реальном времени, интегрированной с объектами реального мира.

Источник: Shutterstock

Для производственных решений требуются различные методы компьютерного зрения для решения таких комбинаций, как обнаружение объектов, локализация, сегментация изображений и т. Д.

Обнаружение и отслеживание объектов в спорте

Алгоритмы машинного обучения в области спорта стали популярными по ряду причин. Обнаружение объектов и отслеживание объектов Технологии облегчают предоставление обратной связи о качестве действий и помогают уменьшить отклонения в оценке событий.

Кроме того, для отслеживания спортсменов и их выступлений могут использоваться новые способы оценки качества действий в различных видах спорта. Например, в фигурном катании итоговая оценка является частью общей оценки.Таким образом, точность оценки действий имеет высокое значение. Кроме того, оценка производительности гимнастики может быть значительно улучшена.

Прорывы в области компьютерного зрения также могут помочь в анализе после игры. А для целей , предназначенных для маркетинга , его можно использовать для обнаружения и отслеживания видимости логотипов брендов в трансляции событий.

Как мы можем определить 3D компьютерное зрение?

Алгоритмы глубокого обучения для компьютерного зрения работают как с 2D, так и с 3D форматом.

Когда стало возможным признание действия , это дало дополнительные преимущества. Теперь он позволяет прогнозировать, что игрок делает в данный момент: стоя, ходьба, бег или что-то еще. Эта возможность может облегчить прогнозирование напряженных моментов в играх и, таким образом, дать зрителям новые виды опыта.

Источник: blogs.nvidia.com

Должны быть доступны массивные наборы данных для создания подобных решений. Данные для описания каждого действия спортсмена могут быть собраны с помощью датчиков.Эти данные должны быть переведены в формат, понятный для компьютеров.

После этого можно построить модель видеоданных. В нем хранятся все действия, помеченные правильно и присвоенные соответствующим объектам, которые в итоге формируют базу данных. База данных служит источником данных для обучения сверточной модели нейронной сети для обработки видео.

Трехмерное зрение позволяет создать трехмерных облаков точек - представление изображения в трехмерном формате. Таким образом, компьютеры могут определить местоположение и форму объекта.

Создание облака точек требует измерений различных частей объектов или тел и динамических характеристик этих измерений. Чтобы получить эти типы данных, инженеры используют специальные камеры глубины. И это то, что такое 3D компьютерное зрение.

3D видение успешно используется Amazon в розничной сети для мониторинга товаров без сканирования штрих-кодов в магазинах без кассы. В Health он обеспечивает мониторинг пациентов в режиме реального времени во время операции.Технология 3D компьютерного зрения также произвела революцию в , производя : она позволяет роботам видеть объекты, анализировать расстояние и регулировать связанные процессы. Эта технология стала необходимостью держать голову над водой в конкурентной деловой среде.

Улучшение изображения на этапе предварительной обработки

Источник: Slideshare.net

Обработка изображений является частью автоматического распознавания текста с использованием технологии оптического распознавания символов (OCR).Качество распознанных изображений или вывода зависит от качества входных изображений.

Программное обеспечение для обработки изображений на основе оптического распознавания символов популярно для работы с различными типами документации. Бумажные документы, включая счета, билеты, чеки и другие формы с большим количеством данных, часто требуют предварительной обработки перед переводом в цифровой формат.

Источник: Abbyy.technology

Эта задача компьютерного зрения помогает в следующем:

  • Настройка яркости, цвета и контрастности исходного изображения
  • Поворот изображения для центрирования объекта
  • Уменьшение цифрового Шум, вызванный плохим освещением

Улучшение изображения используется в области безопасности для обработки и распознавания биометрических изображений, улучшения систем наблюдения или анализа геопространственных изображений для создания карт.Это позволяет более надежно контролировать качество продукции . Кроме того, роботы получают лучшее зрение. А отрасль здравоохранения пожинает плоды компьютерных операций и приложений для медицинской визуализации.

Обнаружение объектов в цепочке поставок

Машинное обучение в цепочке поставок Промышленность помогает улучшить качество обслуживания клиентов и автоматизировать ручные работы. Решения под руководством AI помогают менеджерам цепочки поставок избежать ловушек и потерь доходов.

RPA

позволяет сократить расходы на управление складами и помогает эффективно предотвращать узкие места в доставке товаров и пополнении складов.Amazon, крупнейший игрок в розничной торговле, все чаще использует роботов для управления складами, не говоря уже о передовых системах компьютерного зрения, которые обеспечивают беспошлинные магазины Amazon. Тем не менее, это вызывает дебаты по поводу спорного вопроса ИИ принимая низкооплачиваемую работу, оставив сотрудник человека из.

CV-решения помогают увеличить управление запасами . Машинное обучение может использоваться для отслеживания предметов, проверки их мест или проверки товаров на предмет отсутствия ценовых меток. Роботизированное зрение можно использовать для мониторинга магазина и поиска товаров, которых нет в наличии.И еще, роботы-помощники в магазине могут перемещаться по месту, не сталкиваясь с покупателями или какими-либо предметами.

Обработка изображений и видео в сельском хозяйстве

Удивительные примеры использования ИИ не ограничиваются машинами, работающими в помещении. Сельское хозяйство, коневодство и даже виноделие используют технологии. Среди них - визуальный поиск, улучшенные AR изображения или видео для сбора и анализа данных или автоматизированные системы мониторинга для изменения многих традиционных процессов.

В Австралии сельскохозяйственная организация использует библиотеку спутниковых изображений для сбора данных.Они обучают нейронные сети для мониторинга состояния урожая по всей стране. Такой подход помогает улучшить качество урожая и избежать ненужных финансовых потерь.

Виноделие, будучи очень чувствительным к почвенным условиям, использует решения под руководством AI для мониторинга критических данных и прогнозирования возможных заболеваний или повреждения виноградников. Автоматические беспилотники, поставляемые с инфракрасными камерами, могут снимать изображения сверху. После этого такие методы компьютерного зрения, как обнаружение объектов, семантика и сегментация экземпляров, позволяют проводить всесторонний анализ найденных изображений.Технологии помогают предотвратить потенциальные потери производительности, а также предлагают более благоприятные участки для выращивания виноградных лоз.

Нарисовать линию

Компьютерное зрение - это быстро развивающаяся область в искусственном интеллекте. Вычислительная мощность, доступная сегодня, и глубокие нейронные сети позволяют достичь новых вех. Глубокое обучение позволяет компьютерам видеть почти так же хорошо, как люди.

Технологический прорыв, несомненно, влияет на развитие нескольких отраслей. Начиная с производства и заканчивая сельским хозяйством, компьютерное зрение приобретает все большую популярность благодаря возможностям для роста бизнеса и увеличения доходов.

Задачи бизнеса всегда определяют выбор методологии разработки программного обеспечения. При планировании вашего следующего проекта ваша главная задача - сформулировать бизнес-цели и необходимые функции. Это отправная точка для каждого проекта.

InData Labs доказала успешные решения на основе CV для клиентов из различных отраслей. Наша команда к вашим услугам, чтобы воплотить в жизнь вашу идею проекта.

Начните свой следующий AI-проект с InData Labs

Помните о проекте, но вам нужна помощь в его реализации? Напишите нам на info @ indatalabs.ком, мы хотели бы обсудить, как мы можем работать с вами.

Как работает Vision | CT Pastors

Принципы из истории Неемии.

Подпишитесь на Christianity Today и получайте 2 специальных выпуска от CT Pastors каждый год плюс мгновенный доступ к цифровым архивам.

Рекомендуемые ресурсы

Эффективные лидеры обладают способностью видеть возможности в обстоятельствах. Они видят ясную картину того, каким может и должно быть будущее. Это называется «видение». Книга Неемии предлагает некоторые мощные принципы о том, как начинается видение и как оно растет.

Видение начинается с нужды.

Неемия был евреем на высокопоставленном правительственном посту в Персии. В 445 году до н.э. он получил отчет из первых рук о том, какой еврейский остаток вернулся из плена в землю обетованную. Его вопросы всплыли некоторые тревожные новости. Еврейский остаток оказался в позорной, небезопасной ситуации: стены Иерусалима были в руинах. Неемия плакал, потому что нужда волновала его душу.

Лидеры-провидцы видят потребности - и это движет ими.Эти потребности могут даже заставить их плакать или колотить по столу: потерянные люди, несправедливость, библейская неграмотность, семьи в финансовых затруднениях или какой-то другой тип нужд.

Видение растет в молитве.

Неемия был так тронут этой потребностью, что начал молиться. Молитва Неемии в 1: 5-11 показывает, что он начинает с исповедания греха Израиля. Он осознал необходимость разобраться с прошлым, прежде чем двигаться дальше. Неемия также серьезно задумался о Божьих обетованиях, которые послужили руководством для его видения.К концу молитвы Неемии он попросил Бога об успехе.

Деталь в конце молитвы Неемии проливает свет на его просьбу. Неемия был королем-носильщиком - ключевой пост в правительстве Персии. Тогда Неемия молился о том, чтобы Бог превратил его обстоятельства в возможности.

Видение рождается, когда лидера настолько волнует потребность, что они просят Бога превратить обстоятельства в возможности.

Видение рождается, когда лидера настолько волнует потребность, что они просят Бога превратить обстоятельства в возможности.Бог отвечает, давая этим лидерам, как он это сделал Неемии, картину, которую нужно преследовать, - видение того, как Бог может использовать их для удовлетворения этой потребности.

Видение мобилизует церковь.

На первый взгляд, Неемия 3 (в которой рассказывается, кто какие части стены восстановил) выглядит скучным чтением. Мы могли бы отмахнуться от этого, как от прочтения годового отчета корпорации или церкви. Но дальнейшее размышление показывает, что оно свидетельствует о силе видения. Глава просто перемещает секцию за стеной вокруг стены в направлении против часовой стрелки, начиная и заканчивая у Овечьих ворот на северной оконечности Иерусалима.Сверху городская стена напоминала бы ложку - закругленная к вершине, узкая внизу. Окружность была две мили.

В главе указывается, что еврейский народ перестраивал стену секция за секцией. Они взялись за сорок секций и работали одновременно. Их видение мотивировало и мобилизовало их для выполнения великой задачи.

В Неемии 3 звучит пара фраз: «напротив его дома» и «перед его домом». Каждая группа людей заняла секцию в своем районе.Это было то, что они могли сделать, что-то в их районе, что имело для них значение.

Подумайте о детях, находящихся в отпуске: предоставьте себе, они скоро могут обратить свою энергию друг на друга. Но дайте им видение - крепость для строительства или комнату для украшения - и они смогут достичь чего-то значительного. Точно так же, когда лидеры имеют четкое представление о том, каким может быть будущее, они могут использовать коллективную энергию Божьего народа для выполнения огромных задач.

Церкви редко колеблются из-за отсутствия желающих работников.Они колеблются из-за отсутствия зрения. Видение имеет силу мотивировать людей, какую бы «стену» Бог ни призывал их строить.

Стивен Д. Мэтьюсон был пастором Библейской церкви Драй Крик в Белграде, штат Монтана, до 2006 года.

.

Смотрите также

 

 

 

 Сохранить статью у себя на  страничке в :