A anatomia do olho e a TV (ART4204)

Temos uma infinidade de dispositivos eletrônicos que interagem com nossa visão. Nossos sensores para interfaceamento com esses dispositivos são nossos olhos. Assim, como temos ressaltado em muitos de nossos artigos e palestras essa aproximação cada vez maior da eletrônica com o ser humano exige que também tenhamos conhecimentos de anatomia. Assim, nesse artigo justamente tratamos de um de nossos órgãos mais importante para a eletrônica, o olho.

Nota: este artigo faz parte de livro em que ensinamos o funcionamento da TV publicado nos anos 90, por isso abordamos o “funcionamento” do olho tendo em vista a TV.

Para entendermos melhor como funciona a TV devemos começar pelo ponto em que sua imagem incide quando vemos algum programa: nosso olho. As propriedades de nosso olho são importantes, pois depende delas a possibilidade de vermos imagens nítidas. Trata-se, pois, de um "casamento de características" que você precisa conhecer.

Na figura 1 temos uma vista "em corte" do olho humano.

 

Figura 1  Vista em corte do olho humano
Figura 1 Vista em corte do olho humano

 

 

Na parte frontal do olho temos a córnea, que funciona como uma lente, deixando passar a luz de modo a fazê-la incidir na parte posterior, onde temos a retina.

O meio intermediário é preenchido por líquido transparente que deixa a luz passar sem qualquer tipo de distorção. Desta forma, a imagem focalizada pela córnea incide na retina, onde excita células sensíveis denominadas cones e bastonetes (figura 2).

 

Figura 2 – Secção da retina mostrando os cones e bastonetes
Figura 2 – Secção da retina mostrando os cones e bastonetes

 

 

Os bastonetes são elementos mais estreitos que possuem maior sensibilidade, mas não podem distinguir as cores, por outro lado os cones são menos sensíveis, mas podem distinguir as cores. Assim, com baixo nível de iluminação usamos os bastonetes, mas não podemos distinguir as cores. Justifica-se deste modo o ditado que diz 'no escuro todos os gatos são pardos'.

A quantidade de cones e bastonetes que temos no olho determina a definição da imagem que podemos ver, ou seja, o grau de nitidez.

Existem aproximadamente 7 milhões de bastonetes e 150 mil cones em cada olho, o que significa que a imagem que nosso olho focaliza tem em média este número de pontos.

Quando os bastonetes e cones recebem a luz proveniente de uma imagem eles geram impulsos nervosos que são enviados ao cérebro. No cérebro ocorre o seu processamento, dando-nos então a sensação da visão.

Veja que falamos em pontos de imagem: para que possamos ver, cada bastonete ou cone percebe apenas a luz de uma pequeníssima parcela de imagem, enviando ao cérebro a informação se aquela parcela está escura ou clara e em que grau, ou ainda de que cor é, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3 – Como se forma a imagem no olho
Figura 3 – Como se forma a imagem no olho

 

 

Uma imagem é, pois, decomposta em milhões de pequenos pontos, o que determina também a capacidade de definição da visão. Esta capacidade consiste no "poder" de separação da nossa vista; este poder é normalmente examinado quando vamos ao oculista e ele nos pede para dizer quais são as menores letras de seu quadro.

Existe um limite para a proximidade de dois pontos em que podemos distingui-los. Se eles se aproximarem mais, a luz dos dois não mais incide em cones ou bastonetes separados, e os vemos como um só, como ilustra a figura 4.

 

Figura 4 – De perto, conseguimos “separar” os dois pontos
Figura 4 – De perto, conseguimos “separar” os dois pontos

 

 

Não adianta, pois transmitir uma imagem pela TV que tenha uma definição maior do que a que o olho pode trabalhar. Um ponto importante para a televisão é a velocidade com que o nosso olho pode responder a uma variação da luz incidente.

Urna experiência simples mostra o que ocorre e como isso ajuda tanto na transmissão de imagem pela TV como no próprio cinema.

Se projetarmos numa tela duas fotos diferentes em intervalos cada vez mais curtos, inicialmente as distinguimos perfeitamente: primeiro uma e depois outra, conforme mostra a figura 5.

Figura 5 – Conseguimos separar as duas fotos sucessivas
Figura 5 – Conseguimos separar as duas fotos sucessivas

 

 

No entanto, quando os intervalos se tornam muito pequenos, chega um momento em que o olho não percebe mais sua mudança, e "emenda" as duas fotos: é como se a cena de uma continuasse na outra.

Se numa foto tivermos uma pessoa com o braço levantado e na seguinte com o braço abaixado, a nossa visão interpreta esta transição como se a pessoa fizesse o movimento de abaixar o braço.

No cinema este é o efeito aproveitado para seu funcionamento: as imagens são fotografadas numa sequência muito rápida, e quando passam em sucessão numa fita, o nosso olho emenda essa sucessão e temos a sensação de movimento contínuo, conforme mostra a figura 6.

 

Figura 6 – Não vemos a mudança, apenas o movimento
Figura 6 – Não vemos a mudança, apenas o movimento

 

 

Para que o olho não seja capaz de separar mais as imagens, o intervalo entre elas deve ser menor que 1/10 de segundo. Na televisão o que se faz é o mesmo: uma imagem é explorada em sucessão, diversas vezes por segundo (sempre mais de 10 por segundo, por causa do efeito acima, denominado Persistência Retiniana) e transmitida.

Assim, cada "quadro", que representa a imagem completa num instante, é projetado na tela do seu televisor numa sucessão interminável.

O nosso sentido de visão "emenda" os quadros e temos a sensação de uma imagem que muda constantemente, acompanhando o que ocorre na estação, conforme mostra a figura 7.

 

Figura 7 – O observador “emenda” os quadros e tem a sensação de movimento contínuo
Figura 7 – O observador “emenda” os quadros e tem a sensação de movimento contínuo

 

 

Em que frequência os quadros são colhidos, e de que modo a imagem é levada ao seu televisor, será assunto para as lições seguintes. O importante é saber que, se não fosse essa capacidade de nossa visão de “emendar" dois fenômenos ópticos sucessivos, o sistema que usamos hoje, tanto na TV como no cinema e no próprio videocassete, seria impossível.

 

ÓPTICA E TV

Do objeto focalizado à câmera de TV, e do cinescópio da TV ao nosso olho, a imagem se transfere por meio de luz. Desta forma, para entender a TV também é importante conhecer alguns princípios de óptica, que estudaremos neste item. A luz se propaga em linha reta e consiste em vibrações eletromagnéticas (ondas) de altíssima frequência. A frequência determina a cor, conforme mostra a figura 8.

 

Figura 8 – O espectro visível
Figura 8 – O espectro visível

 

 

As frequências mais altas correspondem ao azul e violeta, e as mais baixas ao vermelho. As ondas das diferentes frequências, e, portanto, cores têm comportamentos levemente diferentes, que são importantes na elaboração de alguns dispositivos ópticos. A velocidade de propagação da luz é de aproximadamente 300 000 quilômetros por segundo, portanto a mesma das ondas de rádio.

Dois feixes de luz podem se cruzar sem que um interfira no outro, conforme mostra a figura 9. No entanto, em relação aos objetos a luz tem diversos tipos de comportamento como, por exemplo, a absorção. A luz é absorvida pelos corpos em que incide, em determinadas condições. Quanto maior for a absorção de luz de um corpo quando o iluminamos, mais escuro ele aparece.

 

Figura 9 – Dois feixes de luz podem ser cruzar sem interferência
Figura 9 – Dois feixes de luz podem ser cruzar sem interferência

 

Assim, os corpos negros absorvem toda a luz que neles incide. Se um corpo refletir luz, ele aparece claro, e dependendo de sua capacidade de refletir mais determinadas frequências ele pode aparecer para nós na cor desta luz que é mais refletida.

Um corpo que reflete todos os comprimentos de onda igualmente aparece para nós como branco, pois o branco consiste na mistura de todas as cores (figura 10).

 

Figura 10 – Corpos brancos e negros
Figura 10 – Corpos brancos e negros

 

 

Se a luz incidir numa superfície polida, de modo que ela seja refletida com uma certa 'ordem', conforme mostra a figura 11, teremos um espelho. Num espelho, o ângulo segundo o qual a luz se reflete é igual ao ângulo sob o qual incide, em relação a uma vertical.

 

Figura 11 - Reflexão
Figura 11 - Reflexão

 

 

Quando a luz incide numa superfície que separa dois meios de naturezas diferentes, segundo um determinado ângulo, ela sofre um desvio de sua trajetória, denominado "refração”, conforme mostra a figura 12.

 

Figura 12 - Refração
Figura 12 - Refração

 

 

O ângulo de incidência e o ângulo de refração têm relações de valores que dependem dos materiais dos meios. Existe então um índice de refração que determina qual vai ser o desvio de um raio de luz que passa de um meio para outro.

É esta refração que faz com que, observando um peixe no fundo de un lago, o vejamos numa posição mais acima do que ele realmente se encontra, conforme mostra a figura 13.

 

Figura 13 – O índio e a refração
Figura 13 – O índio e a refração

 

 

Os índios instintivamente sabem disso, e atiram suas flechas mais abaixo da posição em que veem o peixe, para acertá-lo. O desvio dos raios de luz quando passam de um meio para outro pode ser aproveitado na construção de dispositivos denominados lentes.

Podemos então desviar de maneira controlada a luz, e assim modificarmos as imagens obtidas. Temos basicamente dois tipos de lentes:

a) A lente convergente tem este nome porque o feixe de luz que incide paralelamente a eia converge para um ponto denominado foco. Estas lentes, conforme mostra a figura 14, são convexas.

 

Figura 14 – Lente convergente biconvexa
Figura 14 – Lente convergente biconvexa

 

 

b) A lente divergente tem este nome porque o feixe de luz incidente diverge numa direção determinada pela posição do foco, conforme mostra a figura 15.

 

Figura 15 – Lente convergente bicôncava
Figura 15 – Lente convergente bicôncava

 

 

A combinação de lentes dos dois tipos pode resultarem aparelhos ópticos que ampliam imagens, como por exemplo as lunetas e os microscópios, conforme mostra a figura 16.

 

Figura 16 – A luneta
Figura 16 – A luneta

 

 

Combinações de lentes podem então aproximar imagens, aumentar o ângulo segundo o qual uma câmera de TV captura uma imagem e até mesmo provocar efeitos especiais de deformações.

As lentes também permitem projetar uma imagem numa tela, como ocorre com um projetor de cinema ou mesmo um projetor de imagens de TV.

Um dispositivo importante para a óptica é o prisma de cristal, mostrado na figura 17. Observa-se que comprimentos de onda, e, portanto, cores, diferentes se refletem de modos diferentes quando passam de um meio para outro. Assim, se fizermos incidir num prisma a luz branca (que contém todas as cores misturadas), como cada cor se refrata segundo um ângulo diferente, elas se separam. Podemos então “decompor” a luz branca usando prisma de cristal.

 

Figura 17 – Decomposição da luz
Figura 17 – Decomposição da luz

 

 

DECOMPONDO UMA IMAGEM

Se você pegar urna lente de aumento e observar com ela a fotografia impressa num jornal ou uma revista, vai verificar que ela é na realidade formada por pontos mais claros e mais escuros, conforme mostra a figura 18.

 

Figura 18 – Imagem formada por pontos
Figura 18 – Imagem formada por pontos

 

 

Observando de longe, estes pontos "se fundem” justamente pela capacidade de definição de nossa visão, e o que vemos é uma imagem contínua.

Isso significa que podemos decompor uma imagem em pontos mais claros e mais escuros para facilitar o processo de reprodução, quer seja no caso de uma foto impressa, quer seja no caso de urna TV.

No caso da foto estas imagens são decompostas em grande quantidade de pontos, que depois se distribuem pelo papel. No caso da TV, como vamos transmitir a imagem em forma de uma corrente ou sinal, só podemos trabalhar em cada instante com um ponto da imagem.

Isso significa que devemos decompor a imagem em 'tiras' muito finas e explorar cada tira num determinado sentido, verificando se os seus pontos são claros ou escuros, conforme mostra a figura 19.

 

Figura 19 – Decomposição de imagem em linhas
Figura 19 – Decomposição de imagem em linhas

 

 

Podemos então transmitir uma imagem pelos pontos de cada fita em sequência, e numerando as fitas de modo a se saber em que ordem elas devem ser recolocadas ao chegar ao receptor, conforme sugere a figura 20.

 

Figura 20 – Recompondo uma imagem
Figura 20 – Recompondo uma imagem

 

As fitas são as linhas do televisor, que você pode observar se chegar bem perto de um aparelho, branco e preto preferivelmente; os pontos de imagem são pontos mais claros e mais escuros produzidos no fósforo do cinescópio. Uma imagem será tanto mais nítida quanto mais pontos ela tiver. Assim, a qualidade de um televisor é dada pelo número de pixels, ou pontos de imagem, devendo ser o maior possível.

Na TV digital a formação das imagens e o modo como é feita sua decomposição e composição é um pouco diferente.

 

 


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