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Visão

Um dos sentidos mais importantes é a visão; é a nossa janela para o mundo que nos cerca; a partir da evolução desse nosso sentido construímos a Ciência e as sociedades. A visão é um sentido que ultrapassa as barreiras físicas, químicas e biológicas. Está relacionada à Filosofia, à Economia, às Artes, às guerras e Religião. O ver fez nosso modo de pensar, assim como o que não foi (é) visto.

Luz e Cores

A persepção que os homens têm da realidade é realizada por diversos mecanismos sensoriais constituíntes do corpo humano e sendo a visão um dos mais complexos. A visão pode ser definida como a construção mental de uma imagem na mente pela recepção de impulsos elétricos, que chegam ao cérebro, originados pela conversação de ondas eletromagnéticas incidentes na retina advindos do meio ambiente. Entretanto, a formação as imagens são constituídas por brilho, cores e intensidade e que são percebidos e trabalhados pelos sistema visual. O seu estudo requer um envovilmento com áreas cient;ificas distíntas, como: a Física, a Química, a Fisiologia e também a Psicologia. A “imagem” carrega dois significados uma sendo a imagem ótica que é aquele formada na retina pela córnea e cristalino e a outra sendo a imagem no cérebro humano construída pela sensação psicológica.

Evidentemente, estas duas imagens são diretamente relacionadas, porque o cérebro produz a sensação de imagem a partir das imagens óticas formadas pelos olhos. Para ver que estas coisas são diferentes, basta fechar os olhos: o cérebro pode formar “imagens” até muito boas dependendo da memória. Além disso, imagens formadas pelo cérebro são 3D, enquanto as imagens óticas são planas. Com a “cor” ocorre situação semelhante: existem as chamadas cores espectrais com características físicas bem definidas. Mas cor, no sentido que normalmente a palavra é usada, é sensação psicológica formada pelo cérebro. Embora relacionadas, são coisas bastante diferentes. Para ver isto, basta considerar que a variedade de cores identificada pela visão humana é enorme, muitíssimo maior que as cores espectrais. Além disso, existem cores que não têm nenhuma semelhança com a cor espectral. Por exemplo, não existe nenhuma cor espectral similar à cor magenta e assemelhadas tais como cor-de-maravilha, vinho, lilás e cor-de-rosa. O branco é um outro exemplo de cor bem diferente das cores espectrais.

A partir da metade do século XIX, H.L.F. Von Helmholtz desenvolveu a teoria com base na hipótese de três cores primárias: vermelho (R), verde (G) e azul (B). J.C. Maxwell estabeleceu experimentalmente o método de produzir cores a partir de três cores primárias. No início do século XX, os psicofísicos W.D.Wright e J. Guild, independentemente, realizaram investigações sistemáticas com grande número de indivíduos. A partir dos resultados de Wright e Guild e das convenções adotadas pelo CIE (Comission Internationale de l’Éclairement) em 1931, ficou essencialmente estabelecida a teoria moderna sobre a percepção de cores.

Cor espectral é uma cor caracterizada por comprimento de onda definido.

As cores espectrais são as cores do arco-íris e também podem ser observadas decompondo um espectro visível contínuo, tal como luz de uma lâmpada incandescente ou luz solar. Conforme já observado, a variedade de cores identificada pela visão humana é enorme, muitíssimo maior que as cores espectrais, essas cores podem ser obtidas a partir de três cores chamadas de cores primárias, que é uma escolha arbitrária, por exemplo, as cores primárias escolhidas nos estudos de Wright eram as três cores espectrais seguinte:

Espectro eletromagnético.

Fotorreceptores

A visão dos objetos está associada à incidência de luz nos olhos, assim, por mais que as pessoas tenham a impressão de estarem vendo as “coisas” que estão ao redor, na realidade elas têm apenas a capacidade de ver luz, ou seja, os olhos são receptores de luz, mas saber que os olhos são receptores de luz não responde à questão da visão colorida. Isto implica em uma análise mais detalhada de como ocorre a transformação da luz em visão. Estudos realizados, em 1877, pelo biólogo alemão Franz Boll, mostravam que reações químicas aconteciam quando a luz atingia o olho de uma rã, e cerca de 100 anos depois, em 1959, David H. Hubel e Torsten N. Wiesel realizaram experiências com gatos na Universidade Johns Hopkins e descobriram que ao final dessas reações, um sinal estimula uma célula cerebral para “ver”.

Desses dois experimentos se concluiu que a luz, ao penetrar no olho, permanece inalterada em relação ao que se entende como luz, até que ao atingir a retina, é transformada em sinais de natureza semi-elétrica e semi-química. Na retina, existem células que são chamadas de fotorreceptores, ou seja, células que recebem a luz, transformando-a nos sinais eletroquímicos mencionados anteriormente. Os fotorreceptores humanos são de dois tipos: bastonetes e cones. As células fotossensíveis da retina são assim chamadas devido à forma de suas partes superiores. Os bastonetes vêem bem quando há pouca luz e “enxergam” tons de cinza. Os cones só funcionam bem na claridade, mas reagem com rapidez e “enxergam” detalhes e cores.

Existem cerca de 125 milhões de bastonetes em cada olho, espalhados sobre a maior parte da retina. Sua sensibilidade à luz é 100 vezes maior do que a dos cones. Cada bastonete contém milhões de moléculas de um pigmento sensível à luz, chamado rodopsina (ou púrpura visual). Quando a luz incide sobre uma molécula de rodopsina, ela gera um minúsculo sinal elétrico. Os sinais vão sendo “acumulados” até que sejam suficientes para desencadear uma mensagem nas células nervosas da retina.

Durante o dia, a púrpura visual é gradualmente consumida, sendo substituída à noite, através de um processo em que a vitamina A se faz necessária. Por isso a falta dessa vitamina na dieta pode levar à deficiência visual em condições de pouca luz (cegueira noturna).

Existem cerca de sete milhões de cones em cada olho. Eles são menos em quantidade, entretanto, mais espessos do que os bastonetes e reagem à luz quatro vezes mais rápido. Há três tipos de cones, que se diferenciam pelo pigmento visual que neles estão contidos e que respondem à luz de comprimentos de onda diferentes: vermelho, verde e azul.

Perto do centro, no fundo da retina, há uma área muito sensível chamada fóvea, com cerca de um mm de diâmetro. Aí não existem bastonetes, e os cones são mais estreitos e estão mais juntos. Quando uma pessoa olha de frente para um objeto, a imagem cai sobre a fóvea, onde a visão é pré-colorida. O cérebro recebe mais informações da fóvea do que de todo o resto da retina.

Na fóvea acuidade visual é máxima, é justamente sobre ela que a luz é focalizada e ali só existem os cones. À medida que se afasta da fóvea a quantidade de cones diminui e a de bastonetes (responsáveis pela visão em tons de cinza) aumenta, até que não haja mais cones. Isso significa que há um campo visual central e outro periférico: o centro proporciona nitidez e visão colorida e o periférico, menos nitidez. Veja como a acuidade visual humana é relativa. Durante o dia, ou quando o ambiente é bem iluminado, enxergamos muito bem em cores. Quando os objetos são focalizados sobre a fóvea ficam bem nítidos e coloridos (visão central) e na periferia, desfocados e em tons de cinza (visão periférica), veja como faz sentido o ditado "A noite todos os gatos são pardos". Essas propriedades mostram que o nosso olho está adaptado seja para a visão com muita (dia) ou baixa (crepúsculo) luminosidade.

Fotoreceptores.

Curiosidades sobre a visão dos animais

Os olhos compostos são encontrados entre os artrópodes são formados por muitas facetas simples que dão uma imagem pixelada. Cada sensor tem sua própria lente e pilhas fotossensíveis. Alguns olhos têm até 28.000 desses sensores, que são arranjados hexagonalmente, e que podem dar um campo de visão de 360 graus.

Os olhos compostos são muito sensíveis ao movimento. Alguns artrópodes(aranhas p.ex), incluindo muitos Strepsiptera, têm o olho composto de algumas facetas cada um, com uma retina capaz de criar uma imagem, que forneça uma visão de imagem-múltipla. Como cada olho vê um ângulo diferente, uma imagem fundida de todos os olhos é produzida no cérebro, fornecendo um ângulo muito largo, uma imagem de alta resolução. Os estomatópodes possuem o sistema mais complexo de visão de cor do mundo animal. As trilobites, artrópodes extintos tinham olhos compostos, com as lentes formadas por cristais de calcite. Neste aspecto, diferem da maioria dos artrópodes, que têm os olhos macios. O número das lentes nos olhos das trilobites variou, de qualquer modo: algumas tinham somente uma enquanto outras tinham milhares de lentes em cada olho.

Alguns olhos mais simples podem ser encontrados em animais como os caracóis, que não podem realmente “ver” no sentido normal. Não têm pilhas fotossensíveis, nenhuma lente e nenhum outro meio de projetar uma imagem. Podem distinguir entre claro e escuro, mas não mais. Isto permite aos caracóis manter-se fora da luz solar direta. As aranhas saltadoras têm olhos simples grandes e outros menores, que as ajudam a caçar. Algumas larvas de insetos, como as lagartas, têm um tipo diferente de único olho (stemmata) que dá uma imagem incompleta.

As cobras da espécie arboreal geralmente têm a visão melhor do que a espécie terrestre. Apesar da visão das cobras não ser particularmente notória, não impede a detecção de movimento. Para além dos olhos, algumas serpentes (crotalíneos e pítons), têm receptores infravermelhos sensíveis em sulcos profundos entre a narina e os olhos que lhes permitem "ver" o calor emitido pelos corpos.

Um cachorro pode ver em cor, mas não tantas cores como os homens, já que possui só dois tipos distintos de cones. Por exemplo, o cachorro pode distinguir o azul do amarelo, do vermelho ou do verde, mas não pode distinguir o vermelho do verde. O esquilo e o gato possuem também só dois tipos diferentes de cones. Uma pomba pode perceber mais cores do que um humano já que possui até cinco tipos diferentes de cones. A borboleta possui quatro tipos diferentes de cones. Um tipo de camarão tem pelo menos 12 classes de células sensíveis à cor e provavelmente seja o animal que mais cores perceba. No outro extremo, podemos encontrar casos de animais que não possuem cones e só disponha de bastonetes em seu olho. Eles não poderão perceber cor alguma, apenas mudanças de intensidade de luz. O seu mundo é um mundo de sombras, no qual as sombras menos escuras correspondem a mais luz e às menos escuras, a menos luz. Este é o caso, por exemplo, das salamandras. Também não verá a cor um animal que, além de bastonetes, só possua um tipo de cone (são necessários dois, no mínimo, para distinguir cores). Assim, o seu mundo não será em escala de cinzas como, no caso da salamandra, mas na escala da única cor que percebam os seus cones. Isso é que acontece com o polvo.

Existem no reino animal outros casos de animais que percebem um mundo de sombras, mas não devido aos bastonetes de seus olhos, mas graças às manchas oculares, sistema parecido com os bastonetes localizados por todo o corpo. É o caso das minhocas de terra, que possuem centos destas manchas oculares sob a superfície da pele, perto de sua cabeça e de sua cola.Uma minhoca usa as suas manchas oculares para permanecer em lugares escuros e frios. Se ela ficar exposta ao sol por muito tempo, se desidrata e morre. O mesmo ocorre com os micróbios unicelulares, as sanguessugas e as medusas do mar. As estrelas-do-mar também vêem só luz e escuridão, mas mediante um mecanismo distinto: o das copas oculares. Elas têm uma copa cheia de células fotossensíveis dentro da ponta de cada braço (a propriamente denominada copa ocular). Uma estrela de mar pode ver em muitas direções movendo seus braços e pode projetar suas copas oculares para fora para ver melhor.

Outros animais com copas oculares são os vermes marinhos, alguns moluscos, os crustáceos e as larvas de animais marinhos.

A quantidade de bastonetes que um animal possui faz com que sua visão noturna seja melhor. É o caso de caçadores noturnos, como o cachorro. Os cães vêem na escuridão de 4 a 5 vezes melhor do que o ser humano. Ainda há o caso de animais que possuem células sensíveis a frequências que ficam em faixa do espectro eletromagnético não visível para os olhos humanos. É o caso das abelhas, que vêem a luz ultravioleta (UV), uma frequência que é invisível para nossos olhos. As abelhas usam esta visão em UV para ver os padrões das pétalas, os quais lhe indicam onde se encontra o néctar.

Visão Digital e Mecânica

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Zoom e distância focal

Embora as pessoas normalmente associem o termo zoom a uma lente enorme, que aumenta um objeto distante e o faz parecer muito próximo, na verdade uma lente zoom pode até reduzir a imagem. O tão falado zoom nada mais é do que a capacidade de uma lente de variar sua distância focal por meio da movimentação de seus elementos. No caso do olho humano temos o cristalino, que funciona como uma lente, participando dos meios refrativos do olho, sendo capaz de aumentar o grau, para focalização das imagens de perto (acomodação). Alterações em sua estrutura e tamanho perto dos quarenta anos de idade levam a dificuldades para enxergar de perto (hipermetropia), situação que pode ser corrigida com uso de óculos.

Em nossos cálculos em ótica, normalmente os valores relacionados estão em metros, centímetros e milímetros. Então o que são os números 3X, 4X, 7X e semelhantes que tanto vemos nas especificações de zoom de câmeras? Eles indicam o número de vezes que o zoom da câmera é capaz de aumentar sua menor distância focal. Em outras palavras, basta dividir a distância focal máxima de uma lente pela mínima para obter seu zoom em vezes, ou “X”.

Pixels

As imagens digitais são constituídas por um mesmo elemento no seu nível mais básico: o pixel. A palavra vem da junção das palavras "PICture" e "ELement", que significam "imagem" e "elemento", respectivamente. Da mesma forma que o movimento pontilista usa uma série de pequenas 'manchas' de tinta para formar uma imagem, milhões de pixels podem ser combinados para criar uma imagem detalhada e aparentemente contínua.

A resolução de uma televisão, ou de uma câmera fotográfica se refere ao número de pixels (pontos coloridos) contidos na tela. A resolução é expressa indicando-se o número de pixels na horizontal e na vertical, como 640x480. No caso de uma fotografia, o número de mega pixels da câmera irão indicar a qualidade da imagem, ou seja, por exemplo, quanto maior a quantidade de pixels, mas a foto poderá ser ampliada, sem que ocorra perda considerável de qualidade e detalhes da imagem. Os primeiros celulares com câmeras eram equipados com as chamadas câmeras VGA, cuja resolução é de 480 x 640 pixels, ou aproximadamente 300.000 pixels (0,3 megapixels), esse tipo de câmera gera fotos de baixa qualidade em condições de baixa luminosidade, que só podem ser impressas em formato pequeno. Atualmente aparelhos vendidos no Brasil já vêm equipados, por exemplo, com câmeras de 5.0 megapixels.

No caso de monitores, a resolução normalmente suportada depende da quantidade física de pixels (pontos) da tela, por exemplo, um monitor com uma grade física de 1280 linhas por 1024 colunas pode obviamente suportar a resolução máxima de 1280x1024 pixels, ou menores como: 1024x768, 800x600, 640x480.

Visão Computacional

Visão computacional é a ciência e tecnologia das máquinas que enxergam. Ela desenvolve teoria e tecnologia para a construção de sistemas artificiais que obtém informação de imagens ou quaisquer dados multi-dimensionais. Exemplos de aplicações incluem o controle de processos (como robôs industriais ou veículos autônomos), detecção de eventos, organização de informação, modelagem de objetos ou ambientes e interação (atrelado a interação homem-computador).

A visão computacional também pode ser descrita como um complemento da visão biológica. Na visão biológica, a percepção visual dos humanos e outros animais é estudada, resultando em modelos em como tais sistemas operam em termos de processos fisiológicos. Por outro lado, a visão computacional estuda e descreve sistemas de visão artificial implementados por hardware ou software.

Sub-campos de pesquisa incluem reconstrução de cena, detecção de eventos, reconhecimento de objetos, aprendizagem de máquina e restauração de imagens.

Referências

http://en.wikipedia.org/wiki/Hermann_von_Helmholtz http://pt.wikipedia.org/wiki/James_Clerk_Maxwell

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