Calidad visual en el rango de adaptación mesópico

Abstract

El nivel de iluminación de una escena visual afecta a diferentes aspectos del sistema visual humano. Por una parte, contribuye a la adaptación de los conos y bastones, pero además modula la respuesta de la pupila, lo cual determina en cierta medida la calidad óptica del ojo. En particular, la reducción de la luminancia trae aparejada un aumento en el tamaño pupilar, produciéndose una disminución de la calidad óptica. Parte de este deterioro es debido a un incremento de las aberraciones del ojo y parte se debe a la difusión intraocular. Para comprender mejor este proceso, en este trabajo se ha realizado un estudio de la calidad óptica del ojo humano en función de la luminancia de adaptación. Un primer objetivo ha sido estudiar la difusión intraocular en base a la zona periférica de la imagen retiniana, en un modelo de ojo ideal. Para ello, se ha diseñado y construido un sistema experimental de doble-paso, basado en el registro de imágenes de una fuente puntual generada con un láser de 780 nm, después de la reflexión en la retina y el doble paso de la luz a través de los medios oculares. De este estudio se ha derivado un método que permite determinar la transmitancia directa de los medios del ojo artificial. Además, se analizó la posibilidad de implementar el método en el ojo humano, mediante medidas en una muestra de sujetos jóvenes normales, obteniendo un parámetro que correlaciona con la transmisión de los medios oculares. Además, se ha determinado la calidad de la imagen ocular en una muestra de población normal en términos de la función de transferencia de modulación (MTF) y de diferentes parámetros de calidad óptica calculados a partir de la medida simultanea de la imagen de doble-paso (frecuencia de corte de la MTF, relación de Strehl, FWHM, y los índices de difusión OSI y AFSI) y de la aberración del frente de onda (RMS). Para este segundo objetivo se ha desarrollado un sensor de frente de onda de Shack-Hartmann. Los parámetros se han medido para distintos tamaños pupilares y luminancias de adaptación conteniendo valores en el rango mesópico en sujetos voluntarios. Se determinó la MTF media para cada nivel de iluminación y cada tamaño de pupila, y se calcularon las aberraciones de hasta el quinto orden. Todos los parámetros de calidad óptica experimentan una sistemática disminución a medida que se reducía la luminancia o aumentaba el tamaño de la pupila. Estos resultados sugieren que es posible simular las condiciones de calidad óptica de una determinada escena visual controlando el tamaño de la pupila. Finalmente, se encontró que el índice de difusión OSI aumenta mientras que el parámetro AFSI se mantiene constante con la cantidad de aberraciones (RMS). Esta independencia de AFSI con las aberraciones permite valorarlo como en una métrica más robusta para describir la difusión en un ojo sano.

The level of illumination of a visual scene affects different aspects of the human visual system. On the one hand, it contributes to the adaptation of the cones and rods but also modulates the response of the pupil, which determines to a certain extent the optical quality of the eye. In particular, the reduction of the luminance brings about an increase in the pupillary size, producing a decrease in the optical quality. Part of this deterioration is due to an increase in the aberrations of the eye and part is due to intraocular scattering. To better understand this process, in this work a study of the optical quality of the human eye as a function of the adaptation luminance has been carried out. A first objective has been to study intraocular scattering based on the peripheral zone of the retinal image, in an ideal eye model. An experimental double-pass system has been designed and built, based on the recording of images from a point source generated with a 780 nm laser, after reflection in the retina and the double pass of light through the ocular media. From this study, a method has been derived that allows determining the direct transmittance of the artificial eye media. In addition, we analyzed the possibility of implementing the method in the human eye, by measuring a sample of normal young subjects, obtaining a parameter that correlates with the transmission of the ocular media. In addition, the quality of the ocular image in a normal population sample has been determined in terms of the modulation transfer function (MTF) and of different optical quality parameters computed from the simultaneous measurement of the double-pass image (cutting frequency of the MTF, Strehl ratio, FWHM, and diffusion indexes OSI and AFSI) and wavefront aberration (RMS). For this second objective, a Shack-Hartmann wavefront sensor has been developed. The parameters were measured for different pupillary sizes and adaptation luminances containing values in the mesopic range in volunteer subjects. The mean MTF was determined for each level of illumination and each pupil size, and aberrations of up to the fifth order were calculated. All the parameters of optical quality undergo a systematic decrease as the luminance was reduced or the pupil size increased. These results suggest that it is possible to simulate the optical quality conditions of a certain visual scene by controlling the size of the pupil. Finally, it was found that the OSI scattering index increases while the AFSI parameter remains constant with the number of aberrations (RMS). This independence of AFSI with aberrations makes it possible to evaluate it as in a more robust metric to describe scattering in a healthy eye.