A szürkületi látás problémája



Az emberi látás bonyolult, még nem teljesen feltárt folyamat. Sokat tudunk a szem optikájáról, a receptorokról és az ezekből az agyba futó idegpályákról, kevesebbet az agyi területek aktivitásáról. A szem hasonlóan működik, mint egy fényképezőgép. A beeső fény képe a retinán egy fordított állású képet alkot. Ezt a képet a szemlencse állítja élesre a retinán. A retináról a kép különböző sejthálózatokon és idegpályákon keresztül az agyba kerül, abba a szervünkbe, mellyel valójában a látás történik.

Tudjuk, hogy az emberi látás másképp működik nappal, éjjel valamint az átmeneti időszakban, a mezopos fénysűrűség tartományában. Míg nappal a szem spektrális érzékenységének maximuma a zöldes színűnek tűnő 555 nm hullámhosszúságú sugárzásnál van, addig az éjszakai spektrális érzékenység maximuma a kékesnek látott 505 nm hullámhosszúságú sugárzáshoz tolódik. Ezt az eltolódást nevezzük Purkinje-eltolódásnak [i,ii]

Míg nappal a színeket jól látjuk, éjjel csak a formák, kontraszt és mozgás alapján tájékozódunk.

Ezek a különbségek a szemben található két különböző érzékelőnek köszönhetőek.

Nappal három különböző hullámhossztartományra érzékeny érzékelők, a „csapok” játszanak fő szerepet a látásban, éjjel és a periférikus látásnál pedig a gyorsabb reagálású, de csak egy hullámhossztartományra érzékeny, színvak „pálcikák” dolgoznak.

A mezopos átmeneti tartományban a csap és pálcika mechanizmus váltja egymást, míg az első egyre gyengébben működik, a második egyre erősebben. Ez az átmenet azonban nem egy egyszerű lineáris átmenet, sokkal inkább egy bonyolult és eddig fel nem tárt folyamat, melyet már többen megpróbáltak felvázolni.

A látás mechanizmusa

Az emberi látás elsődleges szerve a szem. Ez a nyomott gömb formájú szerv tartalmazza az emberi látás optikai és érzékelő rendszerét. Már az ókorban is tudták, hogy a látás érzékelő szerve a szem, de a pontos működése és megértése nem túl régi eredmény. Ehhez a pontos megismeréshez szükség volt a lencsék és lencserendszerek ismeretére, mely többek között Galileo Galilei (1564-1642) és Johannes Kepler nevéhez fűződik (1571-1630)[iii].

A szem optikáját az  1. ábra mutatja. A vizuális inger (stimulus), azaz az optikai sugárzás, melyet gyakran szintén a „fény” [1] szóval szoktak illetni, a cornea-t éri először, mely a szem legkülső rétege, és a képalkotáshoz szükséges fénytörés legnagyobb részét ellátja. Miután a fény a cornea után átment az elülső csarnokon (aqueous humor), eléri a szivárványhártya (iris) által szabályozott kerek nyílást, a szembogarat (pupilla). A szem színét az irisz határozza meg. Az irisz szabályozza, hogy a pupillán mennyi fény haladjon át. A pupilla belső oldalán helyezkedik el a lencse melynek formáját a sugártest (corpus ciliar) izmai szabályozzák. A lencse fókuszálja a fényt a retinára így képezve megfelelő éles képet azon. A lencse formájának változtatásával különböző távolságú tárgyakra tudunk fókuszálni. Ezt a folyamatot akkomodációnak nevezzük.

A szem optikája //



Miután a fény átjutott a szem optikáján, a retinának ezt a képi információt idegi jelekké kell alakítania ahhoz, hogy az agy fel tudja dolgozni azokat. A retinán három, különböző típusú fotoreceptor található: csapok, pálcikák és egy nemrég felfedezett új receptor. Pár évvel ezelőtti vizsgálatok (2002) kimutatták, hogy a retinában fellelhető fényérzékeny ganglion sejt a biológiai óra szinkronizálásáért felelős és nincs közvetlen szerepe a látásban [iv], így ezzel tovább nem foglalkozom.

A retinán a pálcikák vannak többségben, a csapocskák[v] és pálcikák aránya 120 millió a 8 millióval szemben, a pálcikák javára. A pálcikák nagyon érzékenyek a fényre és a retina minden részén megtalálhatóak, kivéve egy kis területet, a foveát, melyben csak csapocskák találhatóak igen nagy sűrűségben. Egészen a fovea közepén nincsenek kék-érzékeny csapocskák , erre a tényre foveális tritanópiaként is szokás utalni. Rögtön a kék csapocskák nélküli középpont körül azonban egyre gyakoribbak a kékre érzékeny csapocskák, sűrűségük maximuma a Curcio és munkatársai[vi]  által mért több mint 2000 cella/mm2, 1°-os excentricitáson.

A pálcikáknak kis fénysűrűségi, szkotopos szinteken van nagy szerepe, bár Aguilar és munkatársai[vii]  mérései alapján 120-300 cd/m2 fénysűrűségi szinteken is aktívan közreműködhetnek a látásban.

 A napközbeni, fotopos látásért és a színek megkülönböztetéséért azonban főleg a csapok felelősek. Három, különböző színképi érzékenységű csap található a retinán (2. ábra).
Csap érzékenységek //



Vannak hosszú, közepes és rövid hullámhosszúságú hullámokra érzékeny csapok, melyeknek nevei a megfelelő angol long, middle és short wavelength sensitive szavakból adódóan L-, M- és S-csapok.

Stockman és munkatársai [viii,ix,x] több módszerrel igen pontosan bemérték ezen csapérzékenységeket.

A csapok a retina központi részében fordulnak elő nagy számban és egyre ritkábban a retina szélei felé. A fent említett foveában csak csapok vannak. A fovea az a terület, melyre a vizuális mező középső kb. 4 foknyi része vetül. Ezt a területet teljesen lefedi egy sárgás pigmens folt, a sárga folt, más néven a macula lutea. Ezen területen történik a nagyfelbontású látás, a részletek felismerése.

A fotoreceptorokból az információ a bipoláris, kétnyúlványú sejteken át az amakrin, több nyúlványú sejtekbe jut, melyek a ganglion sejtekkel vannak összeköttetésben (3. ábra).

A ganglion sejtek nyúlványai képezik a látóideget[xi]. A látóideg a ganglion sejtektől a retinán elhelyezkedő vakfolton át halad az agy felé a kereszteződésbe (optic chiasm). Itt a látómező jobb és bal feléből érkező idegkötegek az agy jobb illetve bal oldali részébe indulnak. A kereszteződésből idegkötegek (tractus opticus) mennek az ikertestekhez (colliculus superior) illetve a látókéreghez, a lateral geniculate nucleus-hez (LGN), mely hat rétegű struktúra. Az alsó két réteget nagy méretű sejtek (magnocelluláris), míg a felső négy réteget kis méretű sejtek (parvocelluláris) alkotják. Ez utóbbi a színi információkat, míg a magnocelluláris csatorna a világossági információkat továbbítja a látókéreg (striate cortex vagy „area 17” vagy V1) felé[xii]. (Ezekről a csatornákról részletesebben később írok.)

A cortexben történik meg a kép végső feldolgozása. Az itt lévő idegsejtek közvetlen kapcsolatban állnak az agy többi részével, az emlékezettel, a többi érzékelő központtal, és együtt alakítják ki a látott (hallott, ízlelt, szagolt, tapintott) kép értelmezését. Itt alakul ki a végső színkorrekció is.
Retina rétegei és kapcsolataik Dowling és Boycott után (1966) //



Az a „kép” alakul ki, amelyet „látunk”, amit elraktározunk, és amire emlékezünk. A cortex működéséről még nincsen részletes tudásunk, napjaink biológiai, fiziológiai kutatásának központjában áll. A retina különböző rétegeinek feladatáról és modelljeiről bővebben Werblin és munkatársai[xiii] írnak.

Jelek útja az agyba

Bár a látás fő feladatát az agy végzi, egyes elő-feldolgozások már a retinán megtörténnek.

A retinán található három féle csap jeleinek elméletét Young és Helmholtz nevéhez kötjük, mely szerint a három receptor tüzelési gyorsasága a beérkező inger spektrális eloszlásától függ. Ez az elmélet receptor szinten máig elfogadott, a teljes működést azonban nem jól írja le. Egy másfajta működést számos ellentmondás alapoz meg. Egy ilyen például a következő[xiv]. Az L csapok érzékenységének maximuma 565 nm körül van, mely hullámhossz zöldessárga érzetet okoz. Az M csapok maximuma 540 nm körül van, mely hullámhossz sárgászöld érzetet okoz. Mindkét receptor érzékenységének nagy része a tiszta sárga (575 nm) zöldes oldalára esik.  A zöldessárga és sárgászöld keverékéből azonban hogy lesz tiszta sárga érzet? Ezt a paradoxont az indukálja, ha a színi észleletet pusztán a csapok aktivitási szintjéhez próbáljuk kötni. A receptorok jelei azonban nem ebben a formában továbbítódnak az agy felé.

A Young-Helmholtz elmélet egyik legvérmesebb ellenzője Ewald Hering volt, aki állította hogy a színlátás nem a három különböző csapocskán alapul, hanem a négy ősszínen (Unique hue), melyek a piros, zöld, sárga, kék valamint a két akromatikus jelen, melyek a fekete és fehér.

A Hering-féle modellben a négy ősszín, valamint az akromatikus pár három antagonisztikus párt alkot. Hering szerint ezen párok szemközti tagjainak egyikének, pl. a vörösnek megléte bizonyos „látás anyag” eltűnését, deaktiválódását, míg másikának, pl. zöldnek megléte ezen anyag megjelenését, aktiválódását hozza magával. Ezen „látás anyag” azonban nem a receptorok fotopigmentjei, sokkal inkább a látásmechanizmus meghatározatlan pontján lévő, egy még nem azonosított fiziológiai mennyiség.

A csapok, főleg a hosszú és középhullámhosszú csapok, spektrális érzékenységeinek átfedése megalapozottá teszi további feldolgozási mechanizmusok működését.

A négyféle receptor jelei három külön csatornán hagyják el a szemet. A három színre érzékeny csapocska, L, M és S jelei Hering opponens elmélete szerinti különbségi jelekként indulnak az agy felé[xv]. Az egyik színi csatornán a hosszú és közepes hullámhosszúságú hullámokra érzékeny csapok jeleinek különbsége megy (L-M), a másikon pedig a hosszú és közepes hullámhosszúságú hullámokra érzékeny csapok együttes jeleinek és a rövid hullámhosszúságú hullámokra érzékeny csapok jeleinek különbsége utazik (L+M-S).  Az első (L-M) jel azt mutatja, hogy az adott színben mekkora a zöld és piros színek aránya, a második (L+M-S) jel pedig a sárga és kék színek aránya szerint áll be. Ez a modell jól követi azt a tényt, hogy a zöld-piros és sárga-kék színpárok opponens színek, nem látunk zöldes-piros vagy sárgás-kék színeket. Az opponens színeket egymás terhére észleljük. A különbségi jelek továbbá lehetővé teszik hogy az átfedő érzékenységű csapokból ne kerüljön redundáns információ az agyba. Az akromatikus jelek csatornáján a pálcikák jele és az L és M csapok jelei kombinálódnak.

A szürkületi látás

A nappali és éjszakai látás különböző receptorok jelei segítségével működik. A nappali látási körülmények között a spektrális érzékenységünk csúcsa 555 nm-es hullámhosszúságon (zöldessárga) van. Az éjszakai maximum 507 nm-nél (kékeszöld) van. A kettő között pedig az átmeneti állapot van, ahol a nappali és éjszakai mechanizmusok egymást váltják. Sajnos itt nagyon sok paramétertől függ, hogy melyik mechanizmus milyen súllyal szól bele a látásba, így az átmenet pontos leírása nehézkes és máig nincs általánosan elfogadott spektrális érzékenységi görbe erre a területre. A két mechanizmus sokszor rontja egymást, így ebben a szürkületi időszakban sokan nem szeretnek megerőltető látási feladatot végezni. A rossz hír az, hogy a megvilágított esti úttest pont ebben a tartományban van, így az éjszakai vezetést ebben a tartományban végezzük.

A MOVE (Mesopic Optimization of Visual Efficiency) konzorcium több egyetemi és kutatólaboratórium bevonásával kiterjedt mérési sorozatokat végzett, amelyből körvonalazódott, hogy a szürkületi spektrális érzékenységi görbéink nem egyszerű, a nappali és éjszakai görbékhez hasonló, egy maximummal rendelkező görbék.
Az egyszerű számítás és a meglévő eszközök miatt azonban a CIE (Nemzetközi Fénytechnikai Társaság) a nappali és éjszakai görbék közötti átmenetet javasolja alkalmazni a szürkületi tartományban végzett számításokhoz.



1 A mindennapos szóhasználat szerint én is fénynek nevezem dolgozatomban az optikai sugárzást, mely fény érzékletet kelt.
[i] Ronchi LR, The Purkinje Effect: Some considerations on the interplay
of receptoral and postreceptoral mechanisms, Col. Res. and Ap., 15,
No. 6, Dec. 1990, p. 1-6; 16, No. 1,
Febr. 1991, p. 10-15

[ii] Wyszecki G, Stiles WS, Color
Science
, New York, Wiley & Sons. 1982

[iii] Palmer SE, Vision Science, Photons to Phenomenology ,1999 Massachusetts Inst. of Technology
[iv] Van Bommel W, The Third Photoreceptor in the Human Eye and its Meaning
for Lighting, Proc. of  PAL 2003 Symposium, Darmstadt University
of Technology , 2003; 1121-1132

[v] Abramov I. & Gordon J. 1977. Color vision in the peripheral
retina. I. Spectral sensitivity. J.
Optical Soc. Am.
67(2) 195-202.

[vi] Curcio C.A., Allen K.A., Sloan K.R., Lerea C.L., Hurley J.B., Klock
I.B. & Milam A.H. 1991. Distribution and morphology of human cone photo
receptors stained with anti-blue opsin. The
Journal of Comparative Neurology
.
312
, 610-624

[vii] Aguilar M. & Stiles
W.S. 1954. Saturation of the rod mechanism of the retina at high levels of
stimulation. Optica Acta. 1(1) 59-65.

[viii] Stockman A, MacLeod DIA, Johnson NE, Spectral sensitivities of the human
cones, J. Optical Soc. Am., 1993, 10, No. 12, p. 2491-2521

[ix] Stockman A, MacLeod DIA, Vivien JA, Isolation of the middle- and
long-wavelength-sensitive cones in normal trichromats, J. Optical Soc. Am., 1993, 10,
No. 12., p. 2471-2490

[x] Stockman A, Sharpe LT, The spectral sensitivities of the middle- and
long-wavelength-sensitive cones derived from measurements in observers of known
genotype, Vision Research 40 (2000) p. 1711-1737

[xi] Dr. Vörösmarthy D, A látszerészek könyve,  1981 Ofotért
[xii] Zeki S, A Vision of the Brain, 1993 Oxford Blackwell Scientific
Publications
[xiii] Werblin F, Jacobs A, Teeters J, The Computational Eye, IEEE Spectrum, May 1996, p. 30-37
[xiv] Valberg A, Light Vision Color, 2005, John Wiley & Sons, Ltd pp.
279.


[xv] R W G Hunt,
Measuring Colour, 1998 Fountain Press England













A SyncEQ és a VST-k I.


A VST, azaz Virtual Studio Technology a Steinberg Media Technologies GmbH 1996-ban fejlesztett eszköze, amely lehetővé teszi a virtuális hangszerek (VSTi) és virtuális effektek (VSTfx) létrehozását. Még a VSTi-k a különböző hangszerek élethűségre törekvő, esetleg minél szélesebb körben lehetőségeket biztosító szintetizátorok és samplerek tárháza, a VSTfx-ek az elektro-akusztikai gyakorlatban használt effektek (modulációs, pszicho-akusztikai, dinamikai stb. effektek) működését utánozzák. A VST-k jellemzően DAW, azaz Digital Audio Workstation-ök beépülőmoduljai. Eleinte a Steinberg DAW softwareiben voltka használatosak, azonban növekvő számuk miatt más forgalmazók software-i is támogatni kezdték, hála a Steinberg által kiadott dokumentációknak.


Az elektro-akusztikai szinkronizált kiegyenlítő felhasználási lehetőségei


A kiegyenlítők általánosan a jelfolyamok bizonyos torzulásainak javítására használt eszközök. A jelfolyam amikor egy mérőeszközben létrejön és továbbítódik, minden eszközön amin áthalad, az adott pont átviteli karakterisztikája szerint módosul. A kiegyenlítő a jelfolyam spektrumát hivatott módosítani, a mért folyamat eredetijéhez közelítővé alakítani. Természetesen, kifejezetten a zenei-produceri gyakorlatban ettől eltérő célra is használható a kiegyenlítő.


Tizen OS rendszer


A Tizen egy nyílt forráskódú Linux alapú operációs rendszer, mely számos eszközre nyújt fejlesztési lehetőséget.