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Frage zum (menschlichen) Auge als Instrument

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  #1  
Old 07-12-2004, 02:06 PM
Alexander Dohmen
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Hallo NG,

häufig wird die Funktionsweise des menschlichen Auges vereinfacht mit
der einer (Loch-)Kamera verglichen.
Mir stellt sich nun die Frage, wieso ein Mensch, der ja nie wirklich
still steht, und dessen Zäpfchen und Stäbchen des Auges offensichtlich
eine "Belichtungszeit" in der Größenordnung von Sekunden haben (stimmt
das?), dennoch "scharfe", d.h. kontrastreiche Konturen sehen kann.
Ist die Ursache "nur" in der Funktion des Hirns im Rahmen des
Sehprozesses zu suchen? Oder bewirkt die Funktionsweise der Zäpfchen und
/oder Stäbchen zusammen mit einer hohen Tiefenschärfe die Fähigkeit des
"scharf" Sehens?
Oder ist da schon irgendwo im Ansatz ein Denkfehler?

Gruß,

Alex
--
pm reply: individual-news a-mit-kreis-drum mauerstr42 punkt de
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  #2  
Old 07-12-2004, 02:23 PM
Wolfgang Draxinger
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Alexander Dohmen wrote:


Nein, das durchscnittliche Zäpfchen bruacht gerade mal 20
Photonen um anzusprechen, Stäbchen kommen sogar mit nur 6
Photonen aus.

Tiere die Nachtaktiv sind, haben eine großere Öffnungspupille und
können daher mehr Licht sammeln oder haben eine reflektierende
Schicht hinter der Netzhaut (Katzen). Ihre Stäbchen und Zäpchen
haben ungefähr die selbe Empfindlichkeit.

Die Regenerationszeit (Trägheit des Auges) beträgt ca. 1/20 sek.
die aber individuell abweichen kann.

Das Insektenauge ist anders konstruiert, es reagiert vor allem im
kürzerwelligen Licht (ab Grün bis hinauf ins UV). Zur
Empfindlichkeit kann ich jetzt nichts sagen, aber die
Regenerationszeit ist wesentlich kürzer als beim Wirbeltierauge.
Stubenfliege 1/250sek, Honigbiene 1/300sek, Libelle 1/200. (Wozu
es doch gut sein kann, "Insektenfreaks" unter seinen Freunden zu
haben, da kann man sehr viel lernen).

Spinnentiere sind mit wenigen Ausnahmen ziemlich blind, Ausnahme:
Springspinne. Techn. Daten kenne ich keine.

Das Auge von Kopffüßern, z.B. Kalmaren, ist ähnlich dem der
Wirbeltiere, hat aber ein wesentlich ausgeprägteres Farbensehen,
da dies auch für die "aktive" Tarnung wichtig ist. Daten zu
Empfindlichkeit und Regeneration weiß ich nicht, aber da
Calmaren zu den Tiefseebewohnern gehören, denke ich, dass die
Augen ziemlich empfindlich sind.

Wolfgang

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  #3  
Old 07-12-2004, 02:41 PM
Joachim Pimiskern
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"Alexander Dohmen" <[Only registered users see links. ]> schrieb:

In der Bio-Newsgroup habe ich neulich ein paar Links gepostet:
[Only registered users see links. ]" target="_blank">news://news.individual.de/[Only registered users see links. ]

Grüße,
Joachim




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  #4  
Old 07-12-2004, 05:21 PM
Stefan Pfeiffer
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Am Mon, 12 Jul 2004 16:06:37 +0200 schrieb Alexander Dohmen:


Genau da hast du doch was gefunden Kleines Experiment: Bewusstes Sehen!
Versuch doch einfach mal deinen Kopf mit einer konst.
Winkelgeschwindigkeit zu drehen, OHNE dich auf einen festen Punkt zu
konzentrieren und deine Umwelt dabei mal bewusst wahr zu nehmen. Jetzt
können dir zwei Sachen passieren.

1.) Dein "bewusstes" Sehen wird unscharf, meint du nimmst nur noch
Konturen wahr, nicht aber mehr scharfe "Strukturen". Das passiert, wenn du
deine "Augen" fixierst mitrichtest. Dazu musst du dich aber echt
konzentrieren und wahrscheinlich mehrfach üben bevor es "richtig"
funktioniert.

2.) Wenn sich deine Augen nicht gerichtet mitbewegen, passiert folgendes,
deine Augen "springen" von Fixpunkt zu Fixpunkt. Während des Drehen deines
Kopfes fixieren deine Augen einen festen Punkt, bis der Kopf so weit
gedreht ist, dass dieser Fixpunkt aus dem "entspannten" Zustand deiner
Augen herausgedreht wird. Dann sucht suchen sich deine Augen einen neuen
Fixpunkt. Damit hast du keine kontinuierliche Bewegung deines Kopfes,
sondern eine sprunghafte.

Und wenn du dich unbewusst durch deine Umwelt bewegst, passiert genau das
was ich unter zweitens beschrieben habe. Das Zeitfenster, in dem du
Fixpunkte anvisierst, entspricht ungefähr der Regenerationszeit deiner
(ich glaub es waren Carotinmoleküle in cis- und transform ?!?) Augen. Und
für diese Fixmomente ist das Prinzip der Lochkamera doch zutreffend
(findest du nicht ), zumindest in einer einfachen physikalischen
Beschreibung des Sehens in seiner geometrischen Beschreibungsform.
Die Kontinuierlichkeit des Sehens ist Sache
deines Gehirns. Wenn ich mich recht erinnere, benötigt man mindestens 25
Bilder pro Sekunde, bis dein Gehirn eine relativ flüssige Bewegung
re)generiert.


mfG Stefan



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  #5  
Old 07-12-2004, 08:26 PM
Gernot Zander
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Hi,

in de.sci.physik Wolfgang Draxinger <[Only registered users see links. ]> wrote:
(Ich habe das Orignohl-Posting nicht, daher mardere ich hier
zwischen.)




Daraus kann man aber keine "Belichtungszeit" machen.
Es gibt (wie bei Film) zwar eine gewisse Lichtmenge, die
nötig ist, um einen Reiz zu verursachen, aber anders als
bei einem (Kino-)Film nicht die Notwendigkeit, Einzelbilder
zu erzeugen, weil jedes Zäpfchen/Stäbchen mit eigenem Kabel
direkt mit dem Gehirn verbunden ist. Ein sich bewegendes
Objekt reizt also nacheinander die entsprechenden Zäpfchen/
Stäbchen in Echtzeit, nach dem Reiz klingt die Erregung ab
(helle Objekte hinterlassen also eine Art Schweif).
Man stelle sich einen TV vor, der 500 000 Pixel hat, die
jedes ein eigenes Kabel/Antenne/Sender/wasweißich haben
und mit einem Sensor der Kamera verbunden sind. Dann
brauchte man auch keine "Belichtungszeit", also keine
Einzelbilder mehr, sondern könnte das live so laufen
lassen.
Dass man das mit Einzelbildern (z.B. 25 pro Sekunde,
vereinfacht) beim Fernsehen macht, liegt daran, dass man
so die Informationen _seriell_, also nacheinander durch
nur _ein_ Kabel schicken kann. Bzw. dass man den Film
festhalten muss, um ein scharfes Bild zu kriegen.

Nur noch so: Der Kontrastumfang ist beim Auge dabei
sehr groß, bedeutend größer als bei jeder Kamera, und
wird durch Anpassung (Iris und Empfindlichkeit - wie
passiert das eigentlich? Einstellen auf Dunkelheit
passiert doch nicht nur durch Erweitern der Iris, sondern
dann noch recht langsam irgendwie in den Zellen selbst?
Wird da die Blutzufuhr geregelt? Oder Dopamin-Menge oder
sowas?) noch vergrößert.

^^^^^ :-) Biologische Daten? :-)

mfg.
Gernot

--
<[Only registered users see links. ]> (Gernot Zander) [Only registered users see links. ] *Keine Mailkopien bitte!*
Einer hat keinen Appetit zum Essen, der andere kein Essen zum Appetit.
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  #6  
Old 07-12-2004, 10:28 PM
Hinnerk Feldwisch
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Am Mon, 12 Jul 2004 20:26:49 +0000 (UTC) schrieb Gernot Zander:

Grüß Euch,

entschuldigt die falsche Thread- Einordnung - eine Antwort auch auf
Gernot frage soll dies sein - doch kann ich gerade nur über google
schreiben, und dieses hat Alexanders Antwort noch nicht eingebunden...

Bin leider kein Experte; aber zu zwei Punkten von Alexander:
- Lochkamera- Vergleich: paßt meiner Meinung nach nur in Bezug auf die
Optik des Auges, mit der Iris ähnlich dem Loch in der Lochkamera -
wobei das Auge natürlich (aller)höchst flexibel und praktisch perfekt
ist, ein scharfes Bild auf die Netzhaut zu bekommen, über die
verschiedenen Anpassungsmechanismen... das Gehirn muß da normalerweise
nicht mehr viel machen; kontrastreich und scharf ist es schon auf der
Netzhaut
- zum 'still stehen': ist auch nicht nötig - außerdem macht das Auge
ständig sog. Sacchaden- Bewegungen, schnelle (unbewußte) Bewegungen
über das Sehfeld, die man auch von außen kaum beobachten kann; damit
werden Details in die Fovea gerückt, den Punkt des schärfsten Sehens
auf der Netzhaut (dort ist die Sehzellen- Dichte am größten) - und zum
Verfolgen von schnellen Objekten kann es wichtig sein


- den Hauptteil übernimmt natürlich die Pupille mit ihren
Durchmesseränderungen
- dann ist die Konzentration der Farbstoffe je nach Helligkeit
unterschiedlich; bei Dunkelheit ist viel vorhanden -> dieser kann
leicht aktiviert werden
- außerdem können meiner Erinnerung nach die Sehzellen auch über
Interneurone gehemmt werden

Eine recht gute Übersicht gibt es in
[Only registered users see links. ]
Insgesamt reicht die Adaptationsmöglichkeit des Auge über
beeindruckende sechs Dezimalen...

Paßt gut drauf auf!,
Hinnerk
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  #7  
Old 07-13-2004, 08:16 AM
Mark Rossi
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Hinnerk Feldwisch wrote:
Das Gehirn macht noch sehr viel ("Säulenstruktur der Verarbeitung",
vertikale Informationsverarbeitung...). Aber schon direkt bei den
Neuronen greift ein Kontrasterhöhungsmechanismus, der durch Inhibition
der Nachbarneuronen des aktiv(st?)en Neurons funktioniert.

mark
--
If in doubt, mumble.
--
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  #8  
Old 07-13-2004, 08:39 AM
Joachim Pimiskern
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"Mark Rossi" <[Only registered users see links. ]> schrieb:

"Laterale Inhibition" sagt man dazu.

Grüße,
Joachim


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  #9  
Old 07-14-2004, 11:00 PM
Hinnerk Feldwisch
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Mark Rossi <[Only registered users see links. ]> wrote:

Grüß Euch nochmal,

und entschuldigt, wenn ich mich nicht klar genug ausgedrückt habe -
ich wollte nur sagen, daß das Gehirn in Richtung 'Bildschärfe' nicht
mehr viel machen muß, im Gegensatz zur Vorstellung des OP; in der
Retina sowie den visuellen Gebieten im Gehirn wird natürlich noch
außerordentliche 'Datenverarbeitung' durchgeführt...

Wobei ich es nicht 'einen Kontrasterhöhungsmechanismus' nennen würde;
in der Retina gibt es sogenannte P- Zellen, die in einer best.
Ausprägung auf Kontrastunterschiede reagieren, und dadurch z.B.
speziell auf einen dunklen Punkt auf hellem Hintergrund ansprechen.
Demgegenüber gibt es M- Zellen, welche Bewegung detektieren... als
dies läßt sich übrigens sehr gut über spatio- temporale Filter
simulieren/modellieren/erklären.

Hth,
Hinnerk
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Tags
als , auge , frage , instrument , menschlichen , zum


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