Látás élettani alapjai
A szem szerkezete, felépítése, feladatai
A gépjárművezető (és általában az ember) információinak döntő többségét a szemén keresztül kapja, az összinformációk mintegy 80%-át. A látás ingere a fény. A fény elektromágneses hullám.
A látás szerve a szem
A szem szerkezete és feladatai, működése rendkívül bonyolult itt csak azokat a tudnivalókat tárgyaljuk, amelyeket a közlekedés helyes elsajátításához feltétlen szükséges ismerni. A szem két fő részből áll
A szem:
2/1. ábra
- 1. fénytörő apparátus - szemlencse - (feladata a fényinger megfelelő vezetése).
- 2. idegvég-készülékek - ideghártya - (melyek az ingerhatását veszik fel).
A fénytörő apparátus leglényegesebb része a szemlencse. A fény ezen a domború gyűjtőlencsén keresztül juthat a szembe. A fénytörő apparátus feladata az, hogy a megfelelő nagyságú képet a megfelelő helyre juttassa el.
A ideghártyán helyezkednek el azok az idegsejtek, amelyek fényérzékeny elemeiben fotó-kémiai elváltozás keletkezik, és ezek indítják el a tulajdonképpeni idegfolyamatot, az ingerületet. E testecskék, melyek, az ingerületet megindítják: a csapok és a pálcikák. A pálcikák fényérzékeny anyaga a látóbíbor (rhodopsin), amelynek piros színe fény hatására kifakul.
2/2 ábra
A csapok fényérzékeny anyaga a fény hatására elbomlik. A recehártya (retina) középső részén helyezkedik el az ovális alakú bemélyedés a központi árok (fovea centrális), a legélesebb látás helye. Lényeges tudnivaló, hogy a foveaban (központi árokban) csak csapok vannak, amelyek a színekre és az alakra érzékenyek és a megvilágítás nagy erőssége mellett működnek. (A csapok tehát csak színekre érzékenyek, míg a pálcikák, csak világosra vagy sötétre.) A retina széle felé egyre csökken a csapok száma és egyre nő a pálcikáké. Erről mindenki meggyőződhet. Figyeljünk előre olyan környezetben, hogy a mellettünk levő nagy kiterjedésű és színes tárgyat oldalt még lássuk. Azt vehetjük észre, hogy a tárgy színe egyre elmosódottabb lesz a jobb, illetve bal irányban (a perifériális mező felé, erről még lesz szó a későbbiekben). A fovea centrálisban (középponti árokban) található a legélesebb látás. Ennek a ténynek nagy jelentősége van a gépkocsi vezetés viszonylatában. Körülbelül 1o (ívfok)-ra tehető, látószögben kifejezve, a legélesebb látás tartománya. Mielőtt folytatnánk ezt a témát, tisztáznunk kell az éleslátás fogalmát.
Snellen féle tábla
3. ábra
Az éleslátás (mérések tanúsága szerint) 1 (ívperc). Két fénylő pontot akkor tudunk megkülönböztetni (két különálló pontként kezelni), ha azokból kiinduló sugarak 2 szomszédos csapra esnek. A látóélességet a Snellen féle tábla segítségével vizsgálják. A Snellen táblán különféle nagyságú betűk vagy formák találhatók, amelyeket egy adott távolságból a vizsgálati személynek fel kell ismernie, attól függően, hogy az adott távolságból mekkora nagyságú képet lát élesen a vizsgált személy. A látóélességet törttel fejezik ki. (3. ábra.) PI.: 5/20 látóélesség azt jelenti, hogy a vizsgált személy 5 m távolságból olyan nagyságú ábrát ismert fel, amelyet egy jó szemű ember már 20 m-ről felismerne, vagyis 20 m távolság esetében alakul ki, az 1 ( (ívperces) látószög. A szem maximális felbontóképessége (5/5) Snellen érték, csak a centrális (központi) kb. 1°-os térszögben érvényesül. Ez rendkívül fontos tudnivaló, ugyanis pl. az előzésnél (vagy elsőbbség megadás során) előfordulhat, hogy nem a centrális, 1°-os térszögön belül figyeli valaki a szembejövő (illetve oldalról jövő) gépkocsit, így a becslése pontatlan lesz. (Erről a témáról még részletesebben szólunk.)
Gk. látótávolság
4. ábra
Az 1' (ívperces) látás azt jelenti, hogy 2 m széles járművet már 6875,4935 méter távolságból észlelni tudnánk ideális körülmények között (kiváló megvilágítás, pára mentesség stb.)
A térlátás
A szem igen sok feladatot lát el egy időben. Egyik ilyen lényeges feladat a térlátás. A tárgyakat általában két szemmel vizsgáljuk. Binokuláris látásnak nevezik o két szemmel történő információ-felvételt. A binokuláris látás lényege az, hogy a szemtengelyek nem párhuzamosok egymással, hanem egymáshoz képest szöget zárnak be. Ez teszi lehetővé a két szemmel megvalósított tér látást, ami kb. 50 m távolságig lehetséges. Az 50 m -nél nagyobb távolság esetén a két szem optikai tengelye gyakorlatilag párhuzamos és a két szemben keletkező kép már eggyé olvad össze. Az 50 méternél közelebb eső tárgyaknál a két kép egyesítése csak úgy lehetséges, ha a két szem optikai tengelye nem párhuzamos, hanem a táragyon metszi egymást. A tekintet irányának ez a változása okozza a távolság érzetét. A közeli tárgyak képe a két ideghártyán nem azonos. A valóságban mégis egy képet látunk, mert az agy tevékenység a két képet "egybeolvasztja". Lényeges tudnivaló, hogy a térbeliséget a perspektíva megtanult szabályaiból fél szemmel is meg lehet ítélni.
A két szem látómezejét láthatjuk az 5. ábrán.
Binokuláris látás:
Binokuláris látás
Perifériás mezők
5 a. ábra
Centrális látómezőnek nevezzük azt a területet, amelyet mindkét szemünkkel látunk, tehát ahol a binokuláris látás megvalósul és perifériális látómezőnek nevezzük azt a területet, amelyet vagy csak a jobb, vagy csak. a bal szemünkkel látunk (monokuláris látás).
A szem még további feladatokat is ellát. Alkalmazkodik a különböző tárgy távolságokhoz akkomodáció. Ezt úgy valósítja meg, hogy a szemlencse domborulata megváltozik, mégpedig abból a célból, hogy a retinán ugyanott keletkezzen a kép, az éles látás minden esetben megvalósuljon. (Ha már nem képes a szemlencse megfelelő módon megváltoztatni a szükséges mértékben a domborultságát, e hibát szemüveggel kell korrigálni.)
A színlátás
A színlátás elemzéséhez meg kell ismerkednünk néhány fontosabb alap- fogalommal.
A tárgyak felületei a rájuk eső fényt részben visszaverik, részben el- nyelik. Jellemző reájuk, hogy milyen hullámhosszúságú fénysugarakat vernek vissza és milyeneket nyelnek el. Az egyes tárgyak felületei a rájuk eső fénysugárból csak bizonyos hullámhosszúságú sugarakat vernek vissza, így ezeket különböző színűeknek látjuk.
5. b ábra
Komplementer színnek nevezzük azokat, amelyek közös színélményben nem szerepelhetnek: a piros ellenszíne a zöld, valamint a sárga komplementer színe a kék.
A közlekedésben a piros és a zöld szín felcserélésének van jelentősége, akik ilyen színtévesztők azok a közúti jelzőlámpák jelzéseit (főleg éjszaka) " felcserélhetik, ezért fokozott baleseti veszélynek vannak kitéve. Szoros kapcsolatot találunk a színek és a megvilágítás között. Különböző színű megvilágítás mellett más-más színűeknek látjuk a tárgyakat.
A szem a különböző megvilágítási értékek esetén a pupilla szűkítésével, illetve tágításával szabályozza a szembe jutó fény mennyiségét. A szivárványhártyában levő izmok segítségével a pupilla erősebb fényhatásra reflexszerűen összeszűkül, sötétedésre kitágul.
Most röviden tekintsük át a fontosabb fénytani összefüggéseket, alapfogalmakat, amelyek ismerete feltétlenül szükséges a továbbiak megértéséhez.
A látást befolyásoló tényezők (alapfogalmak)
Fényáram alatt a látható sugárzó energia lumenekben kifejezett értékét értjük. (Egységnyi idő alatt kibocsátott fénymennyiség)
- Lumen: a gyertyafény (pontforrás) által az egységes állandó szögben és egységnyi távolságban produkált fényáram.
- Fényerősség: egy pontszerű fényforrás által megadott irányban és állandó egységnyi szögben, kisugárzott fényáram. A fényerősség mértékegysége a candela.
- Lambert: egy tökéletesen szétszórt felületről visszavert fény Im/cm2-ben.
- Megvilágítás: egy egységnyi felületre beeső fénysűrűség mértékegysége: lux = Im/m2 1 lux megvilágítás: kb. egy candela által 1 méter távolságra levő 1 m2 felületen produkált fénysűrűség.
- Fényáteresztés: egy tárgy felületére beeső és a tárgyon áthaladó fénymennyiség aránya %-ban.
- Fényvisszaverés: egy tárgy felületére beeső fény és tárgy felületéről visszaverődő fénymennyiség aránya %ban.
- Fényelnyelés: egy tárgy felületére beeső fény és a tárgy felülete által elnyelt fénymennyiség aránya %-ban.
A fent felsorolt alapfogalmak közül a megvilágítás a legfontosabb a közúti közlekedés sorón.
Meg kell jegyezni, hogy a szem hihetetlen tág határok között képes működni. PI.: holdfényes (felhőtlen) éjszakán a megvilágítós 0,2 lux, világos napfényes felhőtlen időben 100000 lux.
Közúton 1-8 Iux között már jól felismerhetők a tárgyak, ezért a fényszórót úgy kell beállítani, hogy a féktávolságon belül mérve a megvilágítás minimum 1 Iux legyen.
A szem fényérzékenységét a sötét adaptáció (alkalmazkodás) jelensége keretében vizsgálhatjuk. Ha az ember megvilágított helyről sötét helyre kerül, minimálisra csökken szemének fényérzékenysége és a megfelelő (optimális) fényérzékenység mintegy fél órás sötétben tartózkodás alatt jön létre. Ez indokolja, hogy ha este kényszerülünk vezetni és világos helységből lépünk a gépkocsinkhoz, várjunk (3 sötétben legalább néhány percet míg az adaptáció megkezdődik!
Kísérletekkel igazolták, hogy az emberi szem, laboratóriumi körülmények között, már egyetlen foton szembejutását is érzékelni tudja!
A fényérzékenység jelentősége főleg az éjszakai vezetés során kerül előtérbe, ugyanis a szembejövő gépkocsik tompított fényszórója (főleg ha rosszul van beállítva) és távolsági fényszórója (ha nem tompítják időben) elvakíthatja a gépkocsivezetőt. Ha elvakítás nem is következik be az állandó fényhez adaptálódás, majd újra a sötéthez, fokozottabb mértékben fárasztja a szemet, ezért az éjszakai vezetés során gyakrabban iktassunk be pihenőket. (Az oktatók hívják fel a tanulók figyelmét erre a jelenségre. főleg akkor, ha a tanulók állandóan nappal járnak vezetési gyakorlatra.) A szem fényérzékenysége egy adott időpontban függ attól az időtartamtól, amely alatt valamiféle megvilágítás hatott rá, ezen kívül a szem fényérzékenységét a következők befolyásolják.
- egyéni adottságok (életkor stb.)
- a szem sajátosságai (retina terület érzékenységi különbségei, monokuláris, binokuláris látás stb.)
- a fényinger sajátosságai (fény tartama és erőssége, a fény színe stb.)
- a szervezet fiziológiai kondíciója mint pl. az A-vitamin szint, oxigén ellátottság stb.)
6. ábra
A fentiekből lényeges megjegyezni az O2 -hiány és az "A" vitamin hiány hatását, a fényérzékenység csökkenését növelve pl. az "A" vitamin szervezetbe vitt mennyiségét. a fényérzékenység javulást mutat.
A 6. ábrán a látásélesség és a megvilágítás közötti kapcsolatot látjuk., 0,1 - kb. 1000 lux-ig a látásélesség (egyenletesen) lineárisan növekszik. tehát a látásélesség itt arányos a megvilágítással. Ezután kb. 10 000 lux-tól kezdve a megvilágítás már hiába nő, a látásélesség gyakorlatilag nem változik.
Ezt a jelenséget különösen a kezdő gépkocsivezetők figyelmébe ajánljuk, ugyanis a látásélesség és a távolság, valamint a sebesség becslés lehetősége között szoros kapcsolat van, amit a későbbiekben részletesen tárgyalunk. A 7. ábrán láthatjuk a látásélesség és az életkor kapcsolatát, vagyis a kor előrehaladtával a látásélesség gyengül. Zavarja a jó látást a káprázás is. Káprázás jelensége akkor következik be ha valamely felületről visszavert vagy kibocsátott fénysűrűség jóval nagyobb a környezeténél. A káprázás növeli a balesetveszélyt.
Befolyásolják a megfelelő látást a különböző színhatások is. Nyilvánvalóan minél kevésbé üt el valamely jármű színe a környezetétől annál nehezebb észrevenni. (Befolyásoló tényezők még: fényességi kontraszt és
7. ábra
a fényességi arány stb.) Nagy jelentősége van, különösen a városi forgalomban, az éjszakai megvilágításnak.
A statikus és dinamikus látás
A statikus látás lényegét a fentiekben már tárgyaltuk. A statikus látásról akkor beszélünk, ha mind a szemlélő, mind a szemlélt tárgy vagy nyugalomban van, vagy azonos irányban, azonos sebességgel halad. Ilyenkor a szemnek van ideje és lehetősége a maximális teljesítmény nyújtásához. A dinamikus látás esetében a szemlélő és a vizsgált tárgy között relatív elmozdulás van.
A mozgás észlelés tükrözheti a valóságban meglevő mozgást és bizonyos körülmények között, szubjektív mozgásészlelésről beszélhetünk. A mozgás- észlelés szoros kapcsolatban van a látásélességgel. (Az észlelés az érzékelés tudati tükröződése.)
A mozgásészlelés kategóriái:
- a) Észlelés alatti mozgás (a tárgy sebessége olyan kicsi. hogy egységnyi idő alatt mozgást nem észlelünk.
- b) Észlelhető mozgás
- lassú mozgás (a tárgy alakja tisztán látszik),
- közepes mozgás (a tárgy elmosódva látszik).
- gyors mozgás (csak egy elmosódott folt látszik).
- c) Észlelés feletti mozgás (itt semmit sem látunk).
A sebesség és távolságbecslés, valamint a szem szerkezetének kapcsolata
A gépjárművezetés során a sebesség- és távolságbecslésnek kiemelkedő jelentősége van, ezért e témakörrel részletesebben foglalkozunk.
A sebesség és a távolság kapcsolatát számos kutató vizsgálta. Burney (1977) azt találta, hogy a távolságbecslés pontossága függ a szembejövő jármű sebességétől. Vagyis minél nagyobb a relatív sebesség, annál nagyobbra becsüli a vezető a távolságot. Kimutatta, hogy a kis távolságokat pontosabban becsülik meg a vizsgálati személyek.
8. ábra
9. ábra
Ugyanerre a megállapításra jutott S. Hökkinen is. Úgy találta (a fenti megállapításon kívül), hogy a nagy távolságra levő gépjárművet még távolabbinak látjuk, (8. ábra) míg a nagy távolságra levő járművek 1 sebességét alábecsüljük. Vajon mi lehet ennek az oka?
A távolság és sebességbecslés alapja a binokuláris parallaxis (vagyis a két szemmel történő látás látószögének) változása. (9. ábra.) A gépjárművezető becslése azon alapszik, hogy a szembejövő jármű látszólagos mérete változik (ha közeledik a jármű, a közeledési sebességének megfelelő mértékben növekszik a látószöge).
A látószögváltozást érzékeli a gépjárművezető és bizonyos tapasztalati idő elteltével, viszonylag pontos becslési készségre tehet szert.
A pontos becslésnek is van azonban egy objektív felső határa. A szem felbontóképességéről már volt szó és e felbontóképesség értéke 1' (ívperc). E fiziológiai tény határozza meg a becslési pontosság felső határát.
A távolságbecslés és sebességbecslés egyidejűleg nem lehet pontos emiatt. Beláthatjuk ezt a tényt, ha elgondoljuk, hogy ha a sebességet szeretnénk pontosan megállapítani, akkor nem elég, ha egy pillantást vetünk a szembejövő járműre. (Ugyanis számításokkal igazolható), hogy ha pl. 35 m/s a relatív sebesség, akkor 500 m távolságban (a két jármű közötti távolság), 1 másodperc alatt (vagyis a reakcióidő alatt) nem tudjuk eldönteni, hogy mozog-e a jármű vagy áll, vagy velünk egyirányba halad. (10. ábra)
Ahhoz, hogy ilyen nagy távolságban pontosabban meg tudjuk határozni a jármű sebességét, egy kis ideig figyelnünk kell a szembejövő járművet.
10. ábra
De a kis idő elteltével közelebb jön, s így a távolságot már nem tudjuk rekonstruálni. (Tudniillik, hogy hol volt a becslés kezdetén). Tehát már Ie kell mondanunk a pontos távolságbecslésről. Tovább nehezíti a becslést az, hogy hogyan közeledik a jármű. Egyre nagyobb lesz a látszólagos méretnövekedése, tehát egyre nagyobb sebességűnek látjuk.
Nagyobb sebességűnek látjuk a nagyobb járműveket is, hiszen ott a méret növekedés nagyobb, mint a kisebb járművek esetében. Tehát megállapíthatjuk, hogy igen bonyolult folyamattal állunk szemben. Egyszerre képtelenség a sebességet és a távolságot megbecsülni, hiszen ha a távolságot kívánnánk pontosabban megállapítani, egy pillanatra lenne szabad csak ránézni a szembejövő járműre, ugyanakkor a sebességről semmit sem tudnánk mondani, hiszen az előbb láttuk, hogy 35 m/s esetében 500 m távolságnál 1 másodperc alatt még a mozgást sem észlelhetjük (s ezalatt 35 m a relatív elmozdulás). (Ez a törvényszerűség a szem felbontóképességéből adódik).
A 10. ábra különböző sebességek esetén mutatja a látószögváltozást, a távolság függvényében, jól látható, hogy pl. 50 m/s relatív sebességnél 600-méternél van az a határ, ahol 1 másodperc alatt nem érzékeljük a mozgást.
A távolság növekedésével egyre nagyobb hibákat követünk el, a távolságot egyre nagyobbnak látjuk és a sebességet egyre kisebbnek. Nézzünk néhány számadatot, Ha a szem felbontóképességét vesszük alapul. 50 m távolságban a tárgy helyét :± 4.33 m-es pontossággal tudjuk becsülni (ha áll a tárgy).
Ugyancsak 50 m esetében a sebességbecslési hiba :± 0.36 mis 1.3 km/h 200 méternél a távolságbecslési hiba :±34.6 m a sebességbecslési hiba pedig :±5.8 mis 20.8 km/h. Ez a hibalehetőség azt fejezi ki. hogy ha a jármű, pl. 200 m-re van tőlünk, akkor függetlenül a sebességtől :±34.6 m-es tartományon belül nem tudjuk megmondani, hogy ez a jármű hol van (180 m-nél, 200 m-nél, . 210m-nél ?)
A balesetveszélyt tovább fokozza, hogy a sebességbecslésünk sem pontos, de a további problémát az okozza, hogy egyszerre kellene a két paramétert (tényezőt) meghatároznunk.
Bizonyos távolságban, pl. a fent említett esetben 500 m-nél a relatív hibalehetőség 36,25 m/s. Így ha 35 m/s a relatív sebesség, akkor a hiba nagyobb, mint a két jármű együttes sebessége, tehát az adott távolságnál a becslés egyszerűen lehetetlen, meg kell várni, hogy közelebb jöjjön a jármű.
E rövid ismertetésből is világosan látszik, hogy milyen bonyolult problémáról van szó. Éppen ezért a sebesség és távolságbecslés oktatásánál különös gonddal kell eljárni, mert a kezdők, a tapasztalat hiányában nem tudják megállni a helyüket.
Tovább bonyolítja a helyzetet a megvilágítás változása. A megvilágítás - csökkenése esetében a látásélesség romlik. PI.: 2 lux megvilágításnál " (szürkületkor) a látásélesség a normális értéknek 20%-ára csökken. Így a becslési pontosság, tovább romlik. Amint említettük tiszta időben (ideális megvilágítási és légköri viszonyok mellett elvileg) 6875.4935 m távolságból már észlelni lehet, ha színe elüt a környezetétől. Ha 2 lux megvilágításnál figyeljük a járművet ideális esetben 1375.0987 m távolságról észlelhetjük csak. Ezt a tényt a kezdő vezetőknek is be kellene kalkulálnia az első időszakban.
A helyes becslési készség kialakítása
A helyes sebesség és távolságbecslés készségét csak a gyakorlatban lehet a megfelelő szinten elsajátítani, de az oktatás kezdetén célszerű elméletben is megismerkedni e rendkívül fontos törvényszerűségekkel. Szimulátor vagy multimédia segítségével a fontosabb összefüggéseket, gyakorlati tudnivalókat el lehet sajátíttatni, majd a gépkocsivezetés oktatása közben továbbfejlesztve a kezdő gépkocsivezetőket megfelelőbb ismeretekkel lehet a közutakra bocsátani.
A gyakorlati oktatás közben célszerű olyan szituációkat létrehozni, amelyek a becslési készség kialakításához vezetnek. Feltétlenül meg kell ismerkedni a hallgatóknak az előzés gyakorlati kivitelezésével is. (Ennek gyakorlati megvalósítását szimulátorokkal meg lehet oldani).
Látás a közlekedésben
A legnagyobb veszélyeket az éjszakai vezetés rejti magában. Azonos km. teljesítményre vetítve, éjszaka 2,5-ször több a baleset, mint nappal. Éjszakai vezetésnél fokozottabb mértékben ügyeljünk a helyes sebesség megválasztására. A tompított fényszóró hatósugara 40 m, ami azt jelenti, hogy maximálisan csak akkora sebességgel haladhatunk, hogy a belátható távolságnál ne legyen nagyobb a féktávolság. (40 m távolságnál maximum 1 lux lehet a tompított fényszóró által előidézett megvilágítás). Elvakítás esetén azonnal meg kell állni, ugyanis a vakítás csökkenti a megkülönböztetési érzékenységet és a többi látásfunkciót. Az elvakítás következtében a gépjárművezető néhány másodpercig teljesen vakon
11. ábra
vezet, főleg ha az elvakítást előidéző jármű mögött nem jön másik. Az éjszakai balesetek nagy része ennek következtében keletkezik. Még a szembejövő tompított fénynek is van bizonyos mértékű vakító hatósa. Az asszimetrikus tompított fényszórók használata esetén más távolságra látunk az úttest jobb és más az úttest baloldalán. Az út jobb szélét (70- 100 m-es) tóvolságról látjuk, míg a bal szélét kb. 60 m-ről.
Ha a szembejövő gépkocsi kb. 20 méterre közelít a mi gépkocsinkhoz, a látótávolság az út bal szélén 30 m-re csökken, feltéve ha szintén tompított fényszórót alkalmaz a szembejövő (11. ábra). Sok baleset keletkezik azért, mert a szembejövő gépkocsi fényszórója bár tompítva van, (részben a rossz beállítás miatt) zavarja a járművezetőket, így az előttük haladó gyalogost, kerékpórost csak későn veszik észre. A látás folyamatával még a későbbiek során (információ -felvételnél) fogunk foglalkozni.