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Illusionen, die mit den strukturellen Merkmalen des Auges verbunden sind. Enzyklopädie der visuellen Illusionen

In der Freizeit / Visuelle (optische) Täuschungen

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Das optische System des Auges ist nicht frei von sphärischen und chromatischen Aberrationen.

Das Wesen der sphärischen Aberration besteht darin, dass der Fokus für Strahlen, die parallel zu seiner Achse und in geringem Abstand von ihr in das Auge eintreten, weiter von der Pupille entfernt ist als der Fokus für Strahlen, die weiter von der Achse entfernt sind. Die Ränder des Pupillenraums brechen das Licht stärker als seine Mitte. Teilweise aus diesem Grund sehen wir, wie bereits erwähnt, kleine Lichtquellen in Form strahlender Sterne. Durch die Durchführung eines solchen Experiments lässt sich das Vorhandensein einer sphärischen Aberration des Auges leicht nachweisen.

Wenn gedruckter Text näher als die beste Sehweite vor dem Auge platziert wird und es nicht mehr möglich ist, die Buchstaben deutlich zu sehen, wird ein Stück Papier mit einem kleinen Loch genommen und direkt vor das Auge gelegt Auge, dann werden die Buchstaben wieder deutlich sichtbar. Hält man einen schwarzen Faden vor eine helle Flamme, dann erscheint er uns gebrochen – Lichtstreukreise auf der Netzhaut bedecken den Faden auf beiden Seiten und machen ihn unsichtbar.

Um das Objekt besser sehen zu können, „blinzeln“ wir, bringen die Augenlider zusammen und verkleinern so das Loch, durch das Lichtstrahlen ins Auge gelangen. Dadurch werden die Ränder der Pupille und des Objektivs von der Arbeit „abgeschaltet“, die sphärische Aberration wird reduziert und wir sehen das Objekt klarer und schärfer. Bei hellem Licht, wenn sich die Pupille verengt, nimmt die sphärische Aberration ab und wir sehen besser.

Das Auge ist kein achromatisches System: Der Fokus der violetten Strahlen liegt 0,43 mm näher an der Linse als der Fokus der roten Strahlen, wenn das Auge bis ins Unendliche akkommodiert ist. Daher erzeugen Objekte, insbesondere weiße, die mit weißem Licht beleuchtet werden, auf der Netzhaut ein Bild, das von einem farbigen Rand umgeben ist. Normalerweise bemerken wir sie nicht, da sie sehr schwach ist. Es lässt sich jedoch leicht mit Hilfe einfacher Experimente nachweisen, zum Beispiel durch die Untersuchung von Abb. 5.

Abb.5. Wenn Sie diese Zeichnung ganz nah an das Auge heranführen, sehen wir in der Nähe der schwarzen Kreise farbige Ränder. Dies weist darauf hin, dass das Auge nicht frei von chromatischer Aberration ist.

Den gleichen Effekt beobachten wir, wenn wir durch ein kleines Loch in einem Blatt Papier am Dachrand vor den Hintergrund eines hellen Himmels blicken. Wenn wir das Blatt anheben, so dass die Strahlen auf den Rand der Pupille fallen, stellen wir fest, dass der Himmel in der Nähe des Daches rötlich erscheint. Das Vorstehende lässt sich leicht erklären, wenn man bedenkt, dass auf der Netzhaut das umgekehrte Bild entsteht und dass blaue Strahlen stärker gebrochen werden als rote, wenn Strahlen auf den Rand der Linse fallen. Die chromatische Aberration des Auges bereitet Schwierigkeiten beim Betrachten von Skalen oder Interferenzstreifen sowie bei der Beobachtung von Himmelskörpern mit astronomischen Instrumenten.

Es gibt bekannte Fälle von Myopie bei Menschen nur in der Dämmerung, wenn die Umrisse sichtbarer Objekte weniger scharf werden. Wird gleichzeitig die klare Sichtbarkeit von Objekten auf eine Entfernung von 2 m beschränkt, so entspricht die resultierende Myopie 0,5 Dioptrien. Tagsüber liegt die maximale Empfindlichkeit des Auges im gelbgrünen Bereich des Spektrums, in der Dämmerung verschiebt sich die maximale Empfindlichkeit in den blaugrünen Bereich. Das Auge bricht wie eine Linse blaugrüne Strahlen stärker als gelbe. Daher kommt es beim Menschen aufgrund der chromatischen Aberration des Auges zu nächtlicher Myopie. Darüber hinaus erweitert sich bei schlechten Lichtverhältnissen die Pupille des Auges und die Ränder der Linse beginnen, eine große Rolle bei der Bildung des Bildes auf der Netzhaut zu spielen. Folglich ist die nächtliche Myopie zu einem gewissen Grad auf die sphärische Aberration des Auges zurückzuführen.

Astigmatismus* Augen. Astigmatismus des Auges ist sein Defekt, der normalerweise auf die nicht sphärische (torische) Form der Hornhaut und manchmal auf die nicht sphärische Form der Linsenoberflächen zurückzuführen ist.

* (griechisch „Stigma“ – Punkt.)

Der Astigmatismus des menschlichen Auges wurde erstmals 1801 vom englischen Physiker T. Jung entdeckt. Bei Vorliegen dieses Defekts (übrigens manifestiert er sich nicht bei allen Menschen in scharfer Form) gibt es aufgrund der unterschiedlichen Lichtbrechung durch die Hornhaut in verschiedenen Abschnitten keinen Sinn, die parallel zum Auge fallenden Strahlen zu fokussieren.

Bei starkem Astigmatismus sieht eine Person beispielsweise nur vertikale Linien klar und horizontale Linien verschwommen oder umgekehrt (Abb. 6). Ausgeprägter Astigmatismus wird durch Brillen mit Zylindergläsern korrigiert, die Lichtstrahlen nur in Richtung senkrecht zur Zylinderachse brechen.

Reis. 6. Das astigmatische Auge sieht Abbildung A wie rechts gezeigt.

Augen, die völlig frei von diesem Mangel sind, sind beim Menschen selten, wie man anhand der Feigen leicht erkennen kann. 7, 8 und 9.

Reis. 7. Konzentrische, nahe beieinander liegende Kreise erscheinen unterbrochen und nicht gleichmäßig voneinander entfernt

Reis. 8. Die gleiche (monotone) Schattierung der Quadranten dieses Kreises erscheint nicht gleich hell

Reis. 9. Bestimmte Buchstaben erscheinen je nach Position des Musters relativ zum Auge dunkler.

Um die Augen auf Astigmatismus zu testen, verwenden Augenärzte häufig eine spezielle Tabelle (Abb. 10), auf der zwölf Kreise in regelmäßigen Abständen gleich dicke Schattierungen aufweisen. Ein Auge mit Astigmatismus sieht die Linien eines oder mehrerer Kreise schwärzer. Die Richtung dieser eher schwarzen Linien lässt uns auf die Natur des Astigmatismus des Auges schließen.

Reis. 10. Abbildung zur Bestimmung von Grad und Maß der Hornhautverkrümmung des Auges

Wenn Astigmatismus auf die nicht sphärische Form der Linsenoberfläche zurückzuführen ist, muss eine Person beim Übergang von einer klaren Sicht auf horizontale Objekte zur Betrachtung vertikaler Objekte die Akkommodation der Augen ändern.

Meistens ist die Entfernung der klaren Sicht bei vertikalen Objekten geringer als bei horizontalen. Dies ist teilweise auf den Sehfehler „Überschätzung vertikaler Linien“ zurückzuführen, auf den später eingegangen wird (siehe Abschnitt 5).

Blinder Fleck. Das Vorhandensein eines blinden Flecks auf der Netzhaut des Auges wurde erstmals 1668 vom berühmten französischen Physiker E. Mariotte entdeckt. Mariotte beschreibt seine Erfahrung, die es ermöglicht, das Vorhandensein eines toten Winkels zu überprüfen, wie folgt: „Ich habe einen kleinen Kreis aus weißem Papier auf einem dunklen Hintergrund angebracht, ungefähr auf Augenhöhe, und gleichzeitig den anderen Kreis darum gebeten.“ Ich halte mich seitlich vom ersten, rechts in einem Abstand von etwa zwei Fuß, aber etwas tiefer, so dass das Bild davon auf den Sehnerv meines rechten Auges fällt, während ich mein linkes schließe. Ich stand dem ersten gegenüber Ich kreiste und entfernte mich allmählich, wobei ich mein rechtes Auge darauf behielt. , der etwa 9 cm groß war, verschwand vollständig aus dem Blickfeld. Ich konnte dies nicht auf seine seitliche Position zurückführen, da ich andere Objekte erkannte, die noch seitlicher waren als er ; Ich hätte gedacht, dass er entfernt worden wäre, wenn ich ihn nicht bei der geringsten Bewegung der Augen wiedergefunden hätte. Es ist bekannt, dass Marriott den englischen König Karl II. und seine Höflinge amüsierte, indem er ihnen beibrachte, einander ohne Kopf zu sehen.

* (1 Fuß entspricht 0,3048 m, 1 Zoll entspricht 25,4 mm.)

Die Netzhaut des Auges weist an der Stelle, an der der Sehnerv ins Auge eintritt, keine lichtempfindlichen Enden von Nervenfasern (Stäbchen und Zapfen) auf. Folglich werden die Bilder von Objekten, die auf diese Stelle der Netzhaut fallen, nicht an das Gehirn übertragen.

Sie können das Vorhandensein eines toten Winkels überprüfen, indem Sie sich eine der Abbildungen ansehen. 11, 12 und 13. In diesen Abbildungen befindet sich der tote Winkel für das rechte Auge rechts vom Mittelstrahl und für das linke Auge links. Unter diesen Bedingungen verschwindet im ersten Fall die rechte Seite der Figur, im zweiten Fall die linke. Daher ist es für das rechte Auge notwendig, die Zeichnung so einzustellen, dass der linke Teil der Zeichnung direkt gegenüber dem Auge liegt (z. B. der mittlere Kreis in Abb. 11 und 12 oder das Kreuz in Abb. 13) und für den linken - den rechten Teil der Zeichnung. Anschließend ggf. die Zeichnung entfernen bzw. vergrößern oder etwas zur Seite schieben, bis eine deutliche Wirkung erzielt wird.

Fig. 11

Fig. 12

Reis. 13. Schließen Sie das linke Auge und schauen Sie mit dem rechten auf die links abgebildete Figur. Halten Sie dabei die Zeichnung in einem Abstand von 15–20 cm vom Auge. Ab einer bestimmten Position der Zeichnung relativ zum Auge ist das Bild der rechten Figur nicht mehr sichtbar. Reis. Mit den Abbildungen 11 und 13 können Sie den toten Winkel sowohl des rechten als auch des linken Auges erkennen

Der Akademiker S. I. Vavilov schrieb über die Struktur des Auges: „Wie einfach der optische Teil des Auges ist, wie komplex sein Wahrnehmungsmechanismus ist. Wir kennen nicht nur die physiologische Bedeutung der einzelnen Elemente der Netzhaut nicht, wir kennen sie auch nicht.“ In der Lage zu sagen, wie angemessen die räumliche Verteilung der lichtempfindlichen Zellen ist, wofür Sie einen toten Winkel benötigen usw.

Vor uns liegt kein künstliches physikalisches Gerät, sondern ein lebendes Organ, in dem sich Vor- und Nachteile vermischen, aber alles untrennbar zu einem lebendigen Ganzen verbunden ist.

Ein toter Winkel sollte uns scheinbar daran hindern, das gesamte Objekt zu sehen, aber unter normalen Bedingungen bemerken wir das nicht. Erstens, weil die Bilder von Objekten, die in den toten Winkel eines Auges fallen, nicht auf den blinden Fleck des anderen Auges projiziert werden; Zweitens, weil die fallenden Teile von Objekten unwillkürlich mit Bildern benachbarter Teile gefüllt werden, die sich im Sichtfeld befinden.

Wenn beispielsweise beim Betrachten schwarzer horizontaler Linien einige Bereiche des Bildes dieser Linien auf der Netzhaut eines Auges auf einen blinden Fleck fallen, sehen wir keinen Bruch in diesen Linien, da unser anderes Auge dies ausgleicht für die Mängel des ersten. Abschnitte von „geraden Linien“, die durch den blinden Fleck eines jeden Auges verlaufen, werden von unserem Bewusstsein auf dem kürzesten Weg fortgesetzt, auch wenn die Linien in Wirklichkeit an dieser Stelle einen Bruch oder eine Krümmung aufweisen. Wenn sich der blinde Fleck beispielsweise in der „Mitte des Kreuzes“ befindet, „sehen“ wir das Kreuz, auch wenn seine vier Zweige in Wirklichkeit nicht in der Mitte verbunden sind.

Hier ist ein weiteres interessantes Erlebnis. Wenn wir ein weißes Blatt Papier mit einem roten Fleck so vor uns halten, dass dieser rote Fleck beispielsweise mit dem rechten Auge nicht sichtbar ist, werden wir den Fleck trotzdem mit dem linken Auge sehen, das heißt, wir werden sehen ein Blatt Papier mit einem roten Fleck, was stimmt. Nehmen wir jedoch ganz weißes Papier und halten rotes Glas vor das linke Auge, so erscheint das ganze Papier rötlichweiß, und die Stelle, die dem blinden Fleck des rechten Auges entspricht, unterscheidet sich nicht von den übrigen der Hintergrund. Selbst beim Beobachten mit einem Auge gleicht unsere Vernunft das Fehlen einer Netzhaut aus und das Verschwinden einiger Details von Objekten aus dem Sichtfeld erreicht unser Bewusstsein nicht. Der blinde Fleck ist ziemlich groß (in einer Entfernung von zwei Metern vom Betrachter kann sogar das Gesicht einer Person aus dem Sichtfeld verschwinden), aber unter normalen Sehbedingungen beseitigt die Beweglichkeit unserer Augen diesen „Mangel“ der Netzhaut .

Bestrahlung*. Das Phänomen der Durchstrahlung besteht darin, dass helle Objekte vor einem dunklen Hintergrund gegenüber ihrer tatsächlichen Größe vergrößert erscheinen und sozusagen einen Teil des dunklen Hintergrunds einfangen. Dieses Phänomen ist seit sehr langer Zeit bekannt. Sogar Vitruv (XNUMX. Jahrhundert v. Chr.), der Architekt und Ingenieur des antiken Roms, wies in seinen Schriften darauf hin, dass „Licht die Dunkelheit verschlingt“, wenn Dunkelheit und Licht kombiniert werden. Auf unserer Netzhaut fängt das Licht teilweise den Platz ein, den der Schatten einnimmt.

* (In Latein - falsche Strahlung.)

Die erste Erklärung des Strahlungsphänomens lieferte R. Descartes, der argumentierte, dass eine Vergrößerung leichter Objekte aufgrund der Ausbreitung physiologischer Erregung auf Orte neben dem direkt gereizten Bereich der Netzhaut erfolgt.

Diese Erklärung wird derzeit jedoch durch eine neue, strengere ersetzt, die von Helmholtz formuliert wurde und der zufolge die folgenden Umstände die Ursache der Strahlung sind.

Jeder leuchtende Punkt wird auf der Netzhaut des Auges in Form eines kleinen Streukreises abgebildet, der auf die Unvollkommenheit der Linse, ungenaue Akkommodation usw. zurückzuführen ist. Wenn wir eine helle Oberfläche vor einem dunklen Hintergrund untersuchen, entsteht aufgrund der aberrationalen Streuung die Die Grenzen dieser Oberfläche scheinen sich auseinanderzubewegen, und die Oberfläche erscheint uns größer als ihre wahren geometrischen Abmessungen. es scheint sich über die Ränder des es umgebenden dunklen Hintergrunds zu erstrecken. Die Wirkung der Bestrahlung ist umso schärfer, je schlechter das Auge akkommodiert ist.

Aufgrund des Vorhandenseins von Lichtstreukreisen auf der Netzhaut können unter bestimmten Bedingungen (z. B. sehr dünne schwarze Fäden) auch dunkle Objekte auf hellem Hintergrund einer illusorischen Übertreibung ausgesetzt sein – dies ist die sogenannte negative Strahlung.

Es gibt viele Beispiele, bei denen wir das Phänomen der Strahlung beobachten können. Es ist nicht möglich, sie hier vollständig anzugeben. Das Vorhandensein einer Strahlung wird durch Abb. eindeutig bestätigt. 14-19.

Reis. 14. Ein weißes Quadrat auf schwarzem Hintergrund rechts erscheint größer als ein schwarzes Quadrat auf hellem Hintergrund links

Reis. 15. Weiße Figuren auf schwarzem Hintergrund erscheinen größer als schwarze Figuren auf weißem Grund.

Reis. 16. Schwarzer Streifen auf weißem Hintergrund (links) erscheint schmaler als ein weißer Streifen auf schwarzem Hintergrund

Reis. 17. Das Quadrat ist von zwei breiten schwarzen Streifen durchzogen, die dort, wo sie die Seiten des Quadrats berühren, eingeklemmt zu sein scheinen (wie links gezeigt).

Reis. 18. Das Fadenkreuz der schwarzen Streifen erscheint nicht schwarz, sondern grau. Dieser Effekt kann nur teilweise durch Bestrahlung erklärt werden

Reis. 19. Drähte, die sich in scharfen Winkeln kreuzen, scheinen gebrochen zu sein, wie unten in der Abbildung dargestellt. Wenn der Wind die Drähte schwingt, schwingt die weiße Lücke im Takt dieser Schwingungen.

Der große italienische Künstler, Wissenschaftler und Ingenieur Leonardo da Vinci sagt in seinen Notizen Folgendes über das Phänomen der Strahlung:

„Wenn die Sonne hinter blattlosen Bäumen sichtbar ist, sind alle ihre Zweige, die dem Sonnenkörper gegenüberstehen, so reduziert, dass sie unsichtbar werden. Dasselbe passiert mit dem Schaft zwischen dem Auge und dem Sonnenkörper. Ich sah eine schwarz gekleidete Frau , mit einem weißen Band auf dem Kopf, und dieses schien doppelt so breit zu sein wie die Breite der Schultern der schwarz gekleideten Frauen. Wenn wir aus großer Entfernung auf die Zinnen der Festungen blicken, die durch voneinander getrennt sind Intervalle gleich der Breite dieser Zähne, dann scheinen die Intervalle viel größer zu sein als die Zähne ... ".

Der große deutsche Dichter Goethe weist in seiner Abhandlung „Die Lehre der Blumen“ auf eine Reihe von Beobachtungen des Phänomens der Bestrahlung in der Natur hin. Er schreibt über dieses Phänomen wie folgt:

„Ein dunkler Gegenstand scheint kleiner zu sein als ein heller Gegenstand gleicher Größe. Betrachten wir gleichzeitig einen weißen Kreis auf schwarzem Hintergrund und einen schwarzen Kreis gleichen Durchmessers auf weißem Hintergrund, so erscheint uns letzterer etwa 1/ 5 kleiner als der erste. Wenn der schwarze Kreis entsprechend größer gemacht wird, erscheinen sie gleich. Die junge Mondsichel scheint zu einem Kreis mit einem größeren Durchmesser zu gehören als der Rest des dunklen Teils des Mondes, der manchmal erkennbar ist in diesem Fall.

Das Phänomen der Strahlung bei astronomischen Beobachtungen macht es schwierig, dünne schwarze Linien auf Beobachtungsobjekten zu beobachten; In solchen Fällen ist es notwendig, die Linse des Teleskops zu stoppen. Aufgrund des Strahlungsphänomens sehen Physiker keine dünnen Randringe des Beugungsmusters.

In einem dunklen Kleid wirken Menschen dünner als in einem hellen. Hinter der Kante sichtbare Lichtquellen erzeugen eine scheinbare Kerbe darin. Das Lineal, aus dem die Flamme der Kerze hervorgeht, ist an dieser Stelle mit einer Kerbe dargestellt. Die auf- und untergehende Sonne hinterlässt einen Schlitz am Horizont.

Noch ein paar Beispiele. Ein schwarzer Faden, wenn er „vor eine helle Flamme gehalten wird, scheint an dieser Stelle unterbrochen zu sein; der Glühfaden einer Glühlampe erscheint dicker, als er wirklich ist; heller Draht auf dunklem Hintergrund erscheint dicker als auf hellem.“ Einfassungen in Fensterrahmen wirken kleiner, als sie tatsächlich sind. Eine in Bronze gegossene Statue wirkt kleiner als eine aus Gips oder weißem Marmor.

Die Architekten des antiken Griechenlands machten die Ecksäulen ihrer Gebäude dicker als andere, da diese Säulen aus vielen Blickwinkeln vor dem Hintergrund eines hellen Himmels sichtbar sind und aufgrund des Strahlungsphänomens dünner erscheinen.

Wir unterliegen einer eigenartigen Illusion in Bezug auf die scheinbare Größe der Sonne. Künstler neigen dazu, die Sonne im Vergleich zu anderen dargestellten Motiven zu groß zu zeichnen. Bei fotografischen Landschaftsaufnahmen hingegen, die auch die Sonne zeigen, erscheint sie uns unnatürlich klein, obwohl das Objektiv sie korrekt abbildet.

Beachten Sie, dass das Phänomen der negativen Strahlung in solchen Fällen beobachtet werden kann, wenn ein schwarzer Faden oder ein leicht glänzender Metalldraht auf weißem Hintergrund dicker erscheint als auf schwarzem oder grauem. Wenn zum Beispiel eine Spitzenklöpplerin ihre Kunst zur Schau stellen möchte, dann ist es für sie besser, Spitze aus schwarzem Faden herzustellen und diese auf einem weißen Futter auszubreiten. Wenn wir die Drähte vor einem Hintergrund aus parallelen dunklen Linien betrachten, beispielsweise einem Ziegeldach oder Mauerwerk, dann erscheinen die Drähte dort, wo sie die einzelnen dunklen Linien kreuzen, verdickt und gebrochen. Diese Effekte werden auch beobachtet, wenn die Drähte im Sichtfeld über einem klaren Umriss des Gebäudes liegen.

Wahrscheinlich hängt das Phänomen der Bestrahlung nicht nur mit den Aberrationseigenschaften der Linse zusammen, sondern auch mit der Streuung und Brechung des Lichts in den Medien des Auges (einer Flüssigkeitsschicht zwischen dem Augenlid und der Hornhaut, Medien, die die Vorderkammer füllen). und das gesamte Innere des Auges). Daher hängen die Strahlungseigenschaften des Auges offensichtlich mit seinem Auflösungsvermögen und der Strahlungswahrnehmung „punktförmiger“ Lichtquellen zusammen (Abb. 20). Die Fähigkeit des Auges, spitze Winkel zu überschätzen, hängt mit Aberrationseigenschaften und damit teilweise mit dem Phänomen der Bestrahlung zusammen.

Reis. 20. Schwarze Linien sind nur in einigen radialen Richtungen deutlich erkennbar; auf anderen verschmelzen sie mit einem grauen Hintergrund. Um die gesamte Figur wahrzunehmen, muss das Auge kreisende Bewegungen ausführen.

Autor: Artamonov I.D.

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