Aberração Cromática no Olho Humano - Inf

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE INFORMÁTICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM COMPUTAÇÃO
Pesquisa individual
Aberração Cromática no Olho Humano
Augusto Luengo Pereira Nunes
Aluno de Mestrado
Prof. Dr. Marcelo Walter
Orientador
Prof. Dr. Anderson Maciel
Coorientador
Porto Alegre, Agosto 2012.
Introdução
O aparelho óptico humano pode ser definido fundamentalmente como um sistema de
lentes convergentes, cujo resultado da focalização dos raios de luz é convertido em pulso
elétrico, ponderado pela magnitude das ondas de curto (S-short), médio (M-middle) e longo (Llong) comprimento, e interpretado pelo cérebro [1]. Para que o olho possa capturar todo o
espectro visível, as cores que o formam são interpretadas em função da porção relativa às ondas
dos raios que chegam até os olhos. Naturalmente, o sistema óptico está preparado para
reconhecer os tipos de ondas citadas, através de órgãos especiais que possuem certo potencial de
captura para cada faixa. Contudo, para cada cor visível, temos uma combinação diferente de
ondas S, M e L, além disso, tais ondas viajam até os olhos em velocidades diferentes. Quando
um raio de luz chega ao olho, passa por uma primeira lente convergente chamada Córnea.
Dentro do olho o raio é refratado por diferentes meios, passando ainda por mais uma lente
convergente chamada Cristalino, até alcançar a Retina, numa região conhecida como Fóvea, que
é responsável pela interpretação da informação para gerar o pulso elétrico correspondente.
Porém, nesse caminho, o ponto de foco para cada tipo de onda dentro do olho é diferente, o que
implica resultados indesejados na imagem final, conhecidos como Aberrações Cromáticas. A
figura 1 ilustra o olho humano e seus componentes com as dimensões médias, e um possível
trajeto de um raio na parte interna do órgão [1][2][3].
Figura 1: O olho humano e suas dimensões médias. Note que a parte central da Córnea direciona
os raios para a parte central da Fóvea.
Aberração Cromática Longitudinal
Refere-se ao efeito sofrido pelos raios que entram na parte central da Córnea. As ondas
mais curtas, normalmente denotadas pela cor azul, têm seu ponto de foco ajustado mais próximo
ao centro do olho, em seguida, as ondas médias (denotadas pela cor verde) alcançam seu ponto
de foco, e por último as ondas longas (vermelha) alcançam seu ponto de foco após a Fóvea,
como mostra a figura 2. O resultado é uma imagem onde num certo espaço há uma incoerência
com respeito à mesma informação visual para cada faixa de onda, que é conhecido como círculo
de confusão [4].
Figura 2: Ponto de foco para raios de onda longa, média e curta.
Aberração Cromática Lateral
Os raios de luz que entram no sistema óptico por partes laterais da Córnea percorrerão o
olho intersectando partes diferentes da Retina, dependendo do tipo de onda, e se misturando
com informações de outras partes da cena, causando assim certo borramento natural da imagem
final, como ilustra a figura 3 [4].
Figura 3: Intersecção entre raios de luz laterais e a Retina, de acordo com o comprimento de
onda correspondente.
Suavização do Cromatismo no Olho Humano
O sistema óptico humano de cada indivíduo está em constante funcionamento, e ao
mesmo tempo, as Aberrações Cromáticas ocorrem de forma que, a imagem final aparenta estar
correta. Por qual razão não se percebe naturalmente tal fenômeno? A resposta está num
conjunto de ‘medidas’ com respeito ao próprio sistema óptico e à interpretação dos estímulos
visuais dada pelo cérebro. Num primeiro momento podemos entender que, há um tratamento
diferente para raios de luz que entram na Córnea pela sua parte central, com relação aos que
entram pelas laterais. A parte dos raios laterais atinge a Retina também em sua porção
complementar à Fóvea central, onde ocorre o Cromatismo Lateral. Para entender melhor tal
processo, é preciso conhecer o funcionamento da Retina.
Estruturalmente a Retina é composta por fotorreceptores que reagem quimicamente com
os fótons de luz presentes nos raios, através de pigmentos fotossensíveis capazes de absorver
radiação eletromagnética numa dada gama de comprimento de onda, e assim transformar
energia luminosa em estímulo químico-elétrico, que é conduzido pelo Córtex Visual até o
Cérebro e então interpretado.
Figura 4: Fotorreceptores da Retina em contato com o raio de luz.
Os fotorreceptores da Retina podem ser classificados em Bastonetes e Cones.
Responsáveis pela visão não cromática, os Bastonetes auxiliam na percepção da forma,
dimensões e brilho de uma cena, produzindo uma imagem naturalmente desfocada. Os cones
estão associados com a percepção das cores em cenas com boa luminosidade, de forma que, três
tipos de cones são definidos de acordo com o comprimento de onda que podem absorver: L
(Long), M (Middle), e S (Short). Mas a distribuição de Bastonetes e Cones não é uniforme em
toda a Retina, por exemplo, na Fóvea Central temos uma grande concentração de Cones e
ausência de Bastonetes, e consequentemente temos maior precisão visual da cena pelos raios de
luz que chegam aos olhos na parte central da Córnea. A Aberração Cromática Longitudinal
presente nesta parte do processo ocorre com maior intensidade nos limites do espectro visível,
mas os valores de forma geral são pequenos e assim a percepção das alterações não afeta a
qualidade geral da cena interpretada, a não ser em casos especiais, como por exemplo, a falta de
foco que ocorre para objetos muito próximos aos olhos. A figura 5 mostra a variação da
distância focal, medida em dioptrias (valor de 1/metro), para a faixa do espectro visível.
Figura 5: Note que a Aberração Cromática Longitudinal é maior nos limites do espectro visível.
Finalmente, a escala em relação as dimensões dos componentes do sistema óptico,
somadas à falta de foco da visão periférica, e filtros naturais aplicados pelo cérebro humano em
função da interpretação da luz por intensidade luminosa, causam efeitos de borramento e
suavização na cena, que contribuem para diminuir os problemas causados por Aberrações
Cromáticas, proporcionando ao cérebro uma imagem final com boa qualidade, em relação à
informação esperada.
Referências
[1] http://www.telescope-optics.net/eye.htm
[2] The Chromatic Aberration of the Human Eye and Physiological Correction
[3] Axial Chromatic Aberration of the Human Eye
[4] http://www.telescope-optics.net/eye_chromatism.htm