Límites del sistema visual humano

LÍMITES DEL SISTEMA VISUAL HUMANO, “LO QUE  EL OJO NO VE”.

El Sistema Visual Humano posee unas características que lo hacen especial. Pero  también tiene sus limitaciones. Gracias a la Ciencia y a la Tecnología se han superado estos límites con instrumentos  que no sólo nos ayudan a ver lo que nuestro ojo no ve, sino que además permiten  desarrollar nuevas investigaciones en campos como la medicina, biología, química y muchos otros. Bajo el hilo argumental de “Lo que el ojo no ve” presentamos algunas experiencias que, de forma didáctica, ayuden a comprender la visión humana y sus límites.

Los humanos sólo percibimos un pequeñísimo rango del espectro electromagnético: el  visible. No vemos ni el ultravioleta, ni el infrarrojo. Nuestro sistema visual no “ve” por  debajo de intensidades de luz muy bajas y puede dañarse con intensidades muy altas.

Objetos demasiado pequeños u objetos demasiado alejados tampoco son percibidos por nuestro sistema visual. Tampoco vemos la polarización de la luz, ni distinguimos bien el  color cuando somos daltónicos, no tenemos sensación de profundidad con un solo ojo. El objetivo fundamental de esta práctica es que se tome consciencia de esos límites, se comparen con el de otros seres vivos y se investigue cómo los avances en superar esos límites han beneficiado a nuestra sociedad.

FOSFORESCENCIA Y FLUORESCENCIA.

No podemos ver la radiación ultravioleta, pero gracias a los procesos de fosforescencia y fluorescencia podemos ponerla de manifiesto.

Determinados materiales absorben radiación de  longitud de onda corta y la reemiten después con longitud de onda más alta (absorben ultravioleta y reemiten en el visible).

Cuando esa reemisión es prácticamente instantánea tenemos un proceso de fluorescencia; sin embargo, si transcurre un cierto tiempo para que se dé la reemisión, hablamos de fosforescencia.

Disponemos de una cabina que podemos iluminar con luz blanca o con luz rica en ultravioleta. Si introducimos en ella materiales que tengan compuestos fluorescentes podemos observar una gran diferencia entre observarlos con luz blanca o con luz rica en ultravioleta. Es un método muy usado para descubrir falsificaciones. Observemos billetes, tarjetas de crédito, entradas,...

INFRARROJO

Las longitudes de onda inmediatamente superiores a las del espectro visible, el infrarrojo, no son percibidas por nuestro ojo. Sin embargo, con una cámara de infrarrojo o cámara termográfica podemos observarlas. Estas cámaras son convertidores, es decir, convierten la radiación infrarroja en visible, además nos proporcionan una pseudoimagen coloreada como consecuencia de asignar un color a cada parte de la imagen dependiendo de la intensidad de infrarrojo que parta de ella. Así, si una parte del objeto está a alta temperatura, emitirá mucho infrarrojo y en la imagen la observaremos con un color muy claro.

Dado que las cámaras que hay en la actualidad tienen una gran sensibilidad, son muy utilizadas cada vez que, de una forma rápida, hay que descubrir qué parte de una escena está a una temperatura superior al resto. Sus aplicaciones más conocidas van desde descubrir las pérdidas de calor de un sistema hasta ver si entre una gran cantidad de gente hay algunas personas con fiebre.

POCA LUZ

Nuestro ojo no responde a niveles de luz demasiado bajos: aunque podemos percibir algunos aspectos básicos de escenas con escasa iluminación, de noche perdemos la percepción de color y los detalles finos de los objetos. Necesitamos entonces, para situaciones especiales en las que resulte crítica una buena calidad de visión con escasa iluminación, servirnos de instrumentación que nos amplifique la luz recibida, como este sistema de visión nocturna, que nos permite percibir la imagen con calidad suficiente.

En esencia, por tanto, un intensificador de imagen es como un “amplificador”.

DEMASIADA LUZ

Si la cantidad de luz que llega hasta nosotros es muy alta, nuestro ojo puede pasar desde deslumbramiento a sufrir daños irreparables. Debemos usar protectores, desde gafas de sol hasta filtros muy densos según la situación.

Además, nuestro ojo tiene unmecanismo para controlar la cantidad de luz que entra en él: la pupila, que se abre cuando hay poca luz y se cierra cuando hay mucha. Con el dispositivo que hemos diseñado podemos ver nuestra pupila y variar la luz que le llega. Podemos comprobar cómo actúa nuestra propia pupila ante cambios de iluminación. Observaremos que se abre y se cierra con velocidades diferentes.

FOTOELASTICIDAD

                       Instrumento: Polariscopio

No podemos ver las tensiones que soporta un material transparente, pero con la ayuda de un Polariscopio Sí.

En esencia, un polariscopio está constituido por una fuente de luz blanca y dos polarizadores cruzados, es decir, dos polarizadores cuyos ejes de transmisión son perpendiculares entre sí.

Observemos que si hacemos girar un polarizador respecto del otro, pasamos por una posición en la que hay una máxima transmisión de luz (sus ejes son paralelos) y otra en la que la transmisión de luz es prácticamente nula (sus ejes son perpendiculares). Si en el interior del polariscopio introducimos un material transparente que está sometido a distintas tensiones observaremos bandas coloreadas. Este fenómeno se conoce como fotoelasticidad, un material homogéneo al someterlo a tensiones se convierte en anisótropo que modifica el estado de polarización de la luz. Si colocamos un material y vamos cambiando la tensión que soporta, observaremos como se modifican las bandas coloreadas que aparecen. La fotoelasticidad puede ser muy útil en el control de calidad de materiales transparentes, en la construcción de maquetas para descubrir los puntos de máxima tensión, para observar el correcto montaje de unas gafas, o, incluso como técnica para medir los niveles de CO2 en el pasado.

MICROSCOPIO Y TELESCOPIO

No podemos ver objetos demasiado pequeños, pero desde la invención del microscopio este límite de la visión se ha mejorado mucho suponiendo una gran contribución de la Óptica en el desarrollo de otras ciencias como, por ejemplo, la Microbiología. Hemos colocado una cámara que nos permite ver en la pantalla lo mismo que observa el investigador.

Tampoco podemos ver con detalle los objetos que están demasiado lejanos, la invención del telescopio ha superado este límite. Un telescopio astronómico produce una inversión de la imagen, si queremos observar un objeto lejano pero en la superficie de la tierra debemos colocar un sistema inversor.

Los prismáticos tienen en su interior unos prismas que producirán esa nueva inversión, por lo que la imagen final será derecha.

LENTE CONVERGENTE

Disponemos de una lente convergente de gran tamaño, con ella podemos observar distintas imágenes. Sobre la pantalla observamos la imagen de objetos lejanos, esta imagen es invertida. Si nos fijamos ahora en la imagen que proporciona de objetos próximos, por ejemplo las barras de la pared, las veremos más grandes, actúa como lupa, y curvadas por las aberraciones que introduce. En sus superficies siempre se refleja algo de luz, por ello podemos observar imágenes actuando esta cara como espejo convexo, es una imagen derecha, similar a la que podemos observar si miramos a los ojos de alguien, las llamadas imágenes de Purkinge.

INSTRUMENTOS ÓPTICOS

Son muchos y variados los instrumentos ópticos que, a lo largo de la historia, se han ido construyendo. Veamos algún ejemplo.

El espectroscopio es un instrumento para observar los espectros de emisión de las distintas sustancias. El elemento fundamental será el que nos permita dispersar la luz. Tradicionalmente esta función la realizaba un prisma colocado sobre la plataforma, hoy en día, se ha ido sustituyendo por redes de difracción.

La cámara fotográfica es quizás uno de los instrumentos más conocidos y populares, además observando un modelo antiguo y una cámara moderna, podemos ver la mejora en el diseño y en la calidad de la imagen que produce.

DALTONISMO

No todos vemos igual los diferentes colores, existen personas (las conocidas popularmente como daltónicos) que confunden algunos de ellos. Unas gafas nos permiten simular cómo es la visión del color de estas personas. Estas gafas simulan una anomalía rojo-verde, al usarlas tendremos una idea de cómo es la visión de una persona con esta anomalía. Observemos un cubo de Rubik con gafas y sin ellas, o una acuarela, o unas ceras, compare sobre todo la verde y la roja. Para descubrir las anomalías se utilizan distintos métodos, uno de los más conocidos es el test de Isihara. Tras una primera lámina que todo el mundo ve el número que esconde, se la pide al sujeto que diga qué número aparece en cada lámina. Si pasamos el test con gafas y sin ellas podremos ponernos en el lugar de un daltónico.

PERSISTENCIA VISUAL.

Por corto que sea un estímulo luminoso, nos parece que dura, como mínimo, 0,15 s. Este fenómeno es lo que conocemos por persistencia visual.

Disponemos de una columna de leds que un microprocesador enciende durante una fracción pequeña de tiempo. Al ponerlos a girar, gracias a la persistencia visual, vemos  encendida toda la circunferencia que describen, observando el mensaje que se ha programado.

TRES DIMENSIONES

Nuestra percepción en tres dimensiones se debe fundamentalmente aque tenemos dos ojos separados entre sí 7 u 8 cm. La imagen que se forma en cada una de nuestras retinas cuando observamos un objeto es levemente diferente, nuestro cerebro funde estas dos imágenes levemente diferentes, produciendo así la sensación de estereoscopía. Un estereoscopio es un instrumento que nos permite observar con cada ojo imágenes de un mismo objeto tomadas con un pequeño desplazamiento una de otra. Nuestro cerebro las sumará obteniendo la sensación de estereoscopía.

En la misma idea se basan los anaglifos. Imágenes pintadas dobles, con distinto color

(rojo-verde). Al ponernos unas gafas rojo-verde, cada uno de nuestros ojos verá sólo una de ellas. Después, nuestro cerebro, las sumará. Un holograma, en cambio, es realmente una imagen tridimensional. 

Prácticas docentes en la Facultad de ciencias. Práctica cero: límite del sistema visual humano, “lo que el ojo no ve”. Universidad de Granada.