Kuinka tarkka on ihmissilmä? Olen lukenut jostain, että ihmisilmä pystyy havaitsemaan 10 viivaa/mm. Mikä asettaa tuon rajan? Voiko suurennuslasilla tai jollakin mulla parantaa tuota erottelukykyä? Kuinka tarkaksi?
silmän erottelukyvystä
tihrusilmä
103153
0Äänestä
Muut lukivat myös
Odottaa vastausta
Näihin keskusteluihin ei ole vielä vastattu. Ole ensimmäinen.
Vastaukset 10
Vanhimmat
Silmän erottelukyvyn määrää silmän "linssin" halkaisija. (sen mustan osan mistä valo pääsee sisään) mikä lie oikea nimi sille. Erottelukykyä voidaan tietysti parantaa suurennuslasilla tai jollain muulla. Erottelykyky voidaan saada valon aallonpituuden suuruusluokkaan.
Linssin optiikka riittää terveessä silmässä, mutta rajoittava tekijä on fysiologinen, silmän rakenteesta johtuva ilmiö. Mulle aikoinaan opetettiin, että silmän hermosolut pystyvät erottamaan 1´ (minuutin)kulmassa näkyvät viivat. Ärsytettyjen tappien ja sauvojen väliin tulee jäädä yksi ärsyttämätön hermosolu. Näköhavainto tapahtuu, kun n. 5 fotonia/s (riippuu energiasta) tulee hermosoluihin.
Tuo luku pätee ehkä normaalin silmän lähitarkennusetäisyydelle eli n. 33 cm päähän katsottaessa. Joku näkee pienempiäkin kohteita, jos pystyy fokusoimaan vielä lähemmäksi, mutta sellaisilla silmillä ei sitten välttämättä ilman korjausta näe tarkasti kaukana olevia kohteita.
Todellisuudessa silmän erotuskykyä mitataan katsomiskulmina eikä viivoina/mm.
Hyvin näkevän silmän erotuskyky on suunnilleen kulmaminuutin luokkaa, parhaimmillaan jonkun verran alle. Tämä tarkoittaa sitä, että metrin päästä silmällä voi erottaa toisistaan n. 0.3 mm suuruusluokkaa olevia kohteita ja 30 cm päästä n. 0.09 mm kokoisia kohteita.
100 m päästä voi parhaimmillaan erottaa kohteen, jonka koko on luokkaa 3 cm.
Suurennuslasilla tai mikroskoopilla tai muullakaan optisella laitteella ei voi parantaa silmän rakenteellisia ominaisuuksia eli kulmaerotustarkkuus pysyy.
Tietysti lisäoptiikalla voi muuttaa optisen systeemin polttoväliä ja tarkennusetäisyyttä, jolloin kohteen erotuskyky viivoja/mm-tyyppisesti mitattuna paranee.
menee näin:
Oletetaan, että meillä on pupilli, jonka koko eli
apertuuri on D. Valon allonpituus on lambda.
Oletetaan lisäksi, että pupilli on neliön
muotoinen.
Diffraktiokuvion ensimmäinen nollakohta saadaan
seuraavasti:
Jaetaan pupilli kahtia. Saadaan kaksi suorakulmiota,
joiden leveys on D/2. Nollakohta syntyy suuntaan,
jossa vaihe-ero on 180 astetta eli pii, jolloin
pupillinpuoliskohin tulevien aaltorintamien vaihe-
ero on puoli aallonpituutta. Saadaan kaava
alfa = (lambda/2)/(D/2), eli
alfa = lambda/D.
Tässä on käytetty hyväksi sinin ja argumentin
likimääräistä yhtäsuuruutta pienillä kulmilla.
Täplän koko on kaksi kertaa em. alfa.
Erotuskykynä on joskus käytetty kriteeriä, että
täplät voidaan erottaa, jos ne sattuvat toistensa
nollakohtiin. Kulmaetäisyys on tällöin tuo alfa.
Jos sijoitetaan tuohon kaavaan
D = 3 mm ja lambda = 500 nm, saadaan
alfa = 500 nm / 3 mm = 167 E-6 = 42,5",
eli hiukan alle kaariminuutti.
Aivan toinen juttu on se, kuinka pienen kappaleen
silmä pystyy erottamaan. Tätä voi testata esimerkiksi
suurjänniteavojohdolla. Ukkosköyden halkaisisja
on parikymmentä millimetriä. Köyden pystyy
taivasta vasten havaitsemaan suunnilleen
kilometrin etäisyydeltä, eli erotuskyky on
alfa = 20 mm / 1 km = 20 E-6, eli suunnilleen
kymmenkertainen verrattuna siihen, miten kaksi
eri kohdetta voidaan erottaa toisistaan.
tuo näkökyky on kovin hatara käsite. Nuorempana,
likinäköinen kun olen, pystyin paljain silmin,
siis ilman suurennuslasia, teroittamaan 0,3 mm
poranterän. Opettaja, joka ei tietenkään nähnyt
koko poranterää ilman 4 x luuppia, hiukan
ihmetteli. Poranterässä oli yhden särmän pituus
150 um, ja päästöpinnan leveys 50 um. Päästökulman
piti olla oikea, että pora olisi leikannut
kunnolla, joten silmän erotuskyky oli varmasti
parempi kuin 50 um.
Pystyin yhden silmän tarkentamaan suunnilleen 80 mm
etäisyydelle. No joo, pystyin kyllä tarkentamaan
molemmatkin, mutta en samaan kohteeseen. Enkä
tietenkään nähnyt ukkosköyttä viittäkymmentä
metriä kauempaa ilman silmälaseja.
Todellakin harjoittelemalla voi parantaa havaintokykyä. Harjaantumaton silmä tuijottaa yhteen pisteeseen ja anttaa ehkä heti peräksi.
Harjaantunut tähystäjä yrittää tarjoilla havaintoa useammalle retinan valoherkälle solulle (jonkinlaista skannausta tarkimmalla näköalueella), monelta kantilta (nostaa ja laskee päätä, kallistelee päätä ja jopa siirtyilee sivusuunnassa) ja antaa aivoille aikaa prosessoidaa saadusta informaatiosta tietoa siitä mitä kohteessa on. Toisaalta valon määrä kohteessa (ja tilanteessa) vaikuttavat havainnon tarkkuuteen. Kuten tunnettua täysin pimeässä ei näe mitään.
Eli havaitseminen on sekin taitolaji. Tietenkin optiikalla voi asiaan vaikuttaa, mutta periaatteessa paremmalla näöllä näkee paremmin myös optiikan kanssa. Pohjimmiltaan on siis kyse siitä kuinka hyvin silmillä yleensä voisi nähdä?
Otetaan mahdollisesti nuorehko erittäin terve ja hyväkuntoinen mies (luokka A1), jolla on mahdollisimman hyvät silmät. Näitä löytyisi varmaankin armeijasta tähystystehtävistä, kuten esim. tykistön tulenjohdosta. Ehkä armeija testailee sellaisia varusmiehiä erilaisin näkö- ja havaintokokein?
Ei pidä missään nimessä olettaa, että parhaat silmät näkisivät parhaiten. Prosessi edellyttää myös erittäin hyviä aivoja, jotka prosessoivat näköinformaatiota parhaalla tavalla.
Aluksi pitäisi siis sopia joistakin standardimittareista, minkälainen kokeen pitäisi olla? Mitä pitää havaita: jotkut havaitsevat hämärässä paremnmin, toiset ehkä liikettä herkemmin, jne. jne.
Seuraavassa asiaa pelkästään ajatellaan siten, että kuinka monta pikseliä jostain kuvaruudusta voidaan erotella. Elikkä ei varsinaisesti ole menty syvemälle havaitsemisen luokittelussa.
http://www.swift.ac.uk/vision.pdf
Sen mukaan paras erottelukyky on noin 28 kaarisekuntia 2 astetta näkökentän keskellä ja tämän ulkjopuolella näkö on huomattavasti huonompaa. Tämän johdosta silmää pitää kääntää ja tarkentaa (akkomodaatio), kun halutaan saada tarkkaa informaatiota tämän alueen ulkopuolelta.
Tarkin erottelukyky 28 kaarisekunttia:
1/60/60*28=0.00778
tan(1/60/60*28)=0.00014
1000*tan(1/60/60*28)=0.13575
Elikkä 1 metrin päästä erottaisi
0.135 mm
ja esim. 15 cm päästä (jos näkee niin lähelle)
150*tan(1/60/60*28) = 0.02036 mm
Näistä saataisiin 1 metrin päähän
1/(1000*tan(1/60/60*28)) = 7.36660 viivaa/mm
ja 15 cm päähän
1/(150*tan(1/60/60*28)) = 49.11067 viivaa/mm
Joka olisi aika hyvin yhtäpitävä alustavan arvion kanssa siitä, että paras erottelukyky olisi noin 10 viivaa/mm (riippuen tietysti henkilön likinäkökyvystä).
Se kuinka lähelle näkee riippuu siis silmän akkomodaatiokyvystä, joka nuorilla on yleensä parempi ja keski-iän ohitettua yleensä nopeasti heikkenee (ns. ikänäkö), jota kuitenkin voi korjata lukulaseilla. Tietysti suurennuslasilla näkee periaatteessa vaikka 2 cm:n päähän, jolloin erottelukyky edelleen paranee.
Ikänäkö johtuu mykiön kovettumisesta iän myötä: se menettää joustavuutensa eikä enään pysty muuttamaan muotoaan lähelle (taikka kauas) näkemistä varten. Akkomodaatiokyky vähenee taikka puuttuu kokonaan. Edes silmien lihasharjoitus ei auta, koska kovaa mykiötä ei pysty enään palauttamaan joustavaksi. Pitää siis korvata akkomodaatio vaihtelemalla silmälaseja sopiviksi riippuen näkötilanteesta.
Mielenkiintoinen kysymys on, onko kehitetty akkomodoituvia silmälaseja, jotka automaattisesti fokusoituisivat sen mukaan mihin katsellaan (kuten autofokusoivat kamerat)... ?
10 viivaa/mm on normaalinäköiselle ihmiselle helppo juttu ainakin silmälasien kanssa, likinäköiselle helpompi kuin kaukonäköiselle.
Silloin kun kartat piirrettiin käsin, ammattitaitoisen kartanpiirtäjän piti pystyä 0,1 mm tarkkuuteen. Ei vaikeaa, olen joskus itsekin tehnyt sitä hommaa.
Kuka tahansa voi kokeilla: Ota ensimmäinen käteen sattuva lehti ja millimetrimitta. Montako rasteripistettä pystyt erottamaan millin matkalta?
Silmän erottelukyky on noin 500 megapikseliä. Eli vastaa noin 100 kpl digikameraa.
Silmän optiikka tekee näköhavainnon ja jos optiikka ensiluokkainen niin kuvakin hyvin tarkka.
Aivoissa syntyvä lopullinen näköhavainto tehdään silman verkkokalvon näkösoluilla/pikseleillä.
Verkkokalvolla on noin 125 milj pikseliä.
Noin 5 - 7 miljoonaa solua on verkkokalvon keskellä sujaitsevassa tarkan näön makulapisteessä. Tämän pisteen halkaisija on pari milliä. Silmät "elävät" koko ajan nähden joten kuten koko liki 180 asteen näkökentän, mutta mutta heti jotain mielenkiintoista ilmaannuttua kääntyy silmä havannoimaan sitä makulapisteellään.
bäköhavainnon.
Valoon perustuvien suurennuslaitteiden rajana on valon aallonpituus, joka on 400 - 700 nm. Se on seurausta ns. diffraktiosta, jota kuvaa Braggin laki dsina =k*lambda. lambda = aallonpituus d= hilavakio, kahden vierekkäisen pisteen välimatka, k kertaluku. Elektronimikroskooppi taas perustuu ns. elektronien aineaaltoihin. Sillä päästään jo huomattavasti parempaan "näköön".