Anatomía y Fisiología del Ojo Humano: Una Exploración Completa

Anatomía del Ojo

La forma del ojo es aproximadamente esférica, mide 2,5 cm de diámetro y está lleno de un gel transparente llamado humor vítreo que rellena el espacio comprendido entre la retina y el cristalino. Tres membranas encierran al ojo:

• Córnea y Esclerótica (cubierta exterior)
• Coroides
• Retina

La córnea, al frente del ojo, permite el paso de la luz y protege al iris y al cristalino. La esclerótica es una membrana opaca que constituye la parte blanca del ojo.

La coroides contiene una red de vasos sanguíneos que constituye la mayor fuente de nutrición del ojo. El efecto de ojos rojos en las fotografías se debe a la reflexión de la luz sobre la coroides. Aparece de color rojo debido a los vasos sanguíneos en la úvea. La coroides se divide en el cuerpo ciliar y el iris. El iris se contrae y expande para controlar la cantidad de luz que entra en el ojo. La pupila es la apertura central del iris y puede variar en diámetro entre 2 y 8 mm. La parte delantera del iris contiene el pigmento visible del ojo, mientras que la trasera contiene un pigmento negro. El cristalino permite enfocar objetos situados a diferentes distancias.

La membrana más interna del ojo es la retina. Cuando el ojo enfoca correctamente, la luz de un objeto se proyecta en la retina.

Receptores de Luz en la Retina

En la retina hay dos tipos de receptores de luz:

• Conos: Situados sobre la parte central de la retina (fóvea), son responsables de la percepción del color. Hay entre 6 y 7 millones. También resolvemos los detalles finos con los conos, ya que cada uno está conectado a su propia terminación nerviosa.
• Bastones: Sólo son sensibles a intensidades luminosas. El número es mucho mayor, casi 20 veces el número de conos. Hay muchos bastones conectados a un único nervio, así que no se trata del detalle, sino que ayudan a dar la “foto global” del campo de vista. Son sensibles a bajos niveles de iluminación.

La fóvea es una hendidura de unos 1.5 mm de diámetro. La densidad de los conos en esa área de la retina es aproximadamente de 150 000 elementos por mm². El número de conos en la región de mayor agudeza en el ojo es de unos 337 000 elementos.

Formación de la Imagen en el Ojo

En el ojo humano, la distancia entre la lente (el cristalino) y la región de la imagen (la retina) es fija, y la longitud focal necesaria para tener el foco apropiado se obtiene variando la forma del cristalino. La distancia entre el centro del cristalino y la retina a lo largo del eje visual es aproximadamente de 17 mm.

La Luz y el Espectro Electromagnético

Cuando la luz pasa por un prisma de vidrio, el rayo a la salida no es blanco, sino un espectro continuo de colores del violeta al rojo.

El rango de colores que percibimos es solo una pequeña parte del espectro electromagnético. El espectro puede definirse en términos de longitud de onda en metros, de frecuencia en hercios o bien energía en electron-volts.

Las ondas electromagnéticas se pueden visualizar como ondas sinusoidales propagadas con una longitud de onda λ. La banda visible del espectro electromagnético se extiende en un rango de aproximadamente 0.43 μm (violeta) a 0.79 μm (rojo).

La luz cromática es la luz de color. Además de la frecuencia, se usan tres cantidades para describir la calidad de una fuente cromática:

1. Radiancia: Cantidad total de energía que fluye de la fuente de luz.
2. Luminancia: Cantidad de energía que un observador percibe de una fuente de luz. Se mide en lúmenes.
3. Brillo: Es un descriptor subjetivo de la percepción de la luz.

Adquisición de la Imagen

El proceso es simple: la energía entrante se transforma en voltaje debido a la combinación de una fuente de electricidad y un material sensor, sensible al tipo de energía que se quiere detectar.

Adquisición con un solo sensor

(Fotodiodo, cuyo voltaje de salida es proporcional a la luz). Para generar una imagen 2D se requieren desplazamientos relativos en las direcciones x e y del área a capturar. Este método es una manera barata pero lenta de obtener imágenes de alta resolución. Arreglos similares usan el sensor moviéndose en dos direcciones lineales. A este tipo de digitalizadores mecánicos a veces se les llama microdensitómetros.

Adquisición usando líneas de sensores

Esta configuración es mucho más usada que un sensor aislado. Son un conjunto de sensores en línea, se utiliza en escáneres de lecho plano.

Adquisición de la imagen usando arrays de sensores

Se ordenan frecuentemente en forma de arrays. Predomina en las cámaras digitales. Un sensor típico en estas cámaras es el array CCD. Una ventaja de los arrays consiste en que una imagen completa puede obtenerse con solo enfocar el patrón de energía en la superficie del array (no se requiere movimiento). Una circuitería analógica y digital convierte estas salidas en una señal de video (analógica), que será digitalizada después para dar como resultado una imagen digital.

Los sensores visuales más utilizados son las cámaras de video, las cuales pueden ser esencialmente de dos tipos:

1. De tubo (tecnología analógica): Consisten en una lámina con una película delgada fotosensible, formada por millones de pequeñas celdas aisladas entre sí. El material fotosensible más empleado es el vidicón (Sb₂S₃). Cada celda actúa como un pequeño condensador cuya carga es función de la luz que incide sobre ella. Una circuitería recoge esta corriente y se genera una señal analógica proporcional a la imagen captada en la lámina.
2. Sensores de estado sólido: CCD, CID, CMOS.

Muestreo y Cuantificación de la Imagen

Una imagen puede ser continua tanto respecto a sus coordenadas x e y, como a su amplitud. Para convertirla en forma digital, hay que digitalizarla en los dos aspectos (espacialmente y en amplitud).

A la digitalización de las coordenadas espaciales (x, y) se denomina muestreo de la imagen y a la digitalización de su amplitud se le conoce como cuantificación.

Segmentación

La segmentación es un paso muy importante para encontrar atributos extraídos de las imágenes originales. Subdivide una imagen en las regiones u objetos que la constituyen.

Detección de puntos, líneas y bordes

La primera derivada da bordes gruesos. La segunda derivada da mayor respuesta a líneas delgadas, puntos aislados y ruido. El signo de la segunda derivada indica transiciones de claro a oscuro o al revés.

Procesamiento Morfológico

La morfología matemática es una técnica de procesado no lineal de la imagen (se interesa en la geometría de los objetos).