Warum erzeugt das menschliche Sehsystem einen hellen Fleck, nachdem es in eine helle Lichtquelle gestarrt und weggeschaut hat?

Die Persistenz, die Sie beobachten, wenn Sie für kurze Zeit in ein helles Licht schauen, wird Blitzblindheit genannt . Das Phänomen hängt mit der Reaktion Ihrer Netzhaut auf den Lichtblitz zusammen. Zitat aus dem Wikipedia-Artikel:

Blitzblindheit wird durch Ausbleichen (Übersättigung) des Netzhautpigments verursacht. Wenn sich das Pigment wieder normalisiert, tut es auch das Sehvermögen. Bei Tageslicht verengt sich die Pupille des Auges, wodurch die nach einem Blitz einfallende Lichtmenge reduziert wird. Nachts ist die dunkeladaptierte Pupille weit geöffnet, sodass die Blitzblindheit stärker wirkt und länger anhält.

Das menschliche Auge ist ein interessantes Gerät. Eines der erstaunlichsten Dinge, die es tut, ist die Anpassung an die Helligkeit, und dies kann über 10 Größenordnungen tun.

Aus Sicht der Signalverarbeitung lässt sich das wie folgt erklären:

Es gibt ein paar verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun, aber die einfachste Methode ist ein Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz von etwa 0,25 bis 0,3 Hz. Wenn Sie also eine Zeit lang in eine helle Lichtquelle blicken, sehen Sie das Signal als zu hell an, bis der Filter auf ein durchschnittliches Nullsignal zurückgesetzt werden kann. Danach verschwindet das Bild.

Es gibt natürlich viele Feinheiten, aber das ist der primäre Effekt.

Um dies zu veranschaulichen, habe ich 2 Diagramme eingefügt, das erste von einem Signal, das sich über einen langen Zeitraum zwischen 2 Extremwerten ändert, das zweite von einem, das sich schnell über die Zeit ändert. Diese Diagramme stammen aus einem Kurs, an dem ich teilgenommen habe und in dem ich gelernt habe, wie man das Neuron eines Fliegenauges modelliert, das sich sehr ähnlich wie ein menschliches Auge verhält. Das Signal bei 0,5 entspricht einem grauen Signalwert, es ist ein Artefakt einiger anderer Verarbeitungsschritte. Dies ist ein komplexes Modell, aber der springende Punkt ist ein Hochpassfilter mit einem Zeitschritt von 3 Sekunden. Die Zeit vor 40 dient dazu, dem Filter zu ermöglichen, sich vor dem Einspeisen eines Signals zu normalisieren, und verhindert, dass die Anfangsbedingungen des Systems sehr gut bekannt sein müssen.

Die zweite Abbildung zeigt, was bei einer typischeren Einschwingzeit in der Größenordnung von 10 Hz passiert. Beachten Sie, dass das Signal fast verzögerungsfrei durchgelassen wird.

In Ihrem Auge gibt es zwei Arten von Lichtrezeptoren: Stäbchen und Zapfen . Stäbchen reagieren empfindlich auf Helligkeit, können jedoch keine Farbe erkennen, während Zapfen nicht sehr lichtempfindlich sind, aber eine Farbwahrnehmung ermöglichen. Beides sind Arten von Photorezeptoren , die physikalisches Licht weiterleiten.

Die physikalische Reaktion von Stäbchen und Zapfen auf Licht ist nicht unmittelbar, und daher gibt es eine bestimmte vorübergehende Reaktion jedes Photorezeptors auf Licht. Wenn das Licht, das Sie betrachten, zu hell ist, gehen einige Ihrer Photorezeptorzellen in eine Art "gesättigten" Zustand, und es dauert aufgrund dieses vorübergehenden Verhaltens lange, bis sie sich wieder stabilisieren, um Dunkelheit zu "sehen". aufs Neue.