Zicht en waarneming
Het menselijk oog: hoe wij een scherm zien
Een LED-scherm bestaat enkel dankzij het oog dat ernaar kijkt. Wie schermen wil begrijpen, begint dus bij het oog: een verrassend cameraachtig orgaan met twee soorten lichtcellen voor dag en nacht.
Je oog werkt eigenlijk zoals een fototoestel. Vooraan zit een lensje dat het licht scherp stelt. Achteraan, op het netvlies, zitten miljoenen piepkleine lichtcelletjes die het beeld opvangen en doorsturen naar je hersenen.
Er zijn twee soorten lichtcelletjes. De ene soort (de kegeltjes) werkt overdag en ziet kleuren. De andere soort (de staafjes) werkt in het donker, maar ziet enkel grijstinten. Daarom zien we ’s nachts bijna geen kleuren!
Optisch lijkt het oog sterk op een camera: het verzamelt gereflecteerd licht en brengt het beeld scherp. Het licht passeert achtereenvolgens het hoornvlies (cornea), de pupil (de opening waarvan de iris de grootte regelt), en de lens, die door spiertjes van vorm verandert om scherp te stellen. Het beeld valt op het netvlies (retina), dat licht omzet in elektrochemische signalen en via de oogzenuw naar de hersenen stuurt.
Kegels en staafjes
Het netvlies bevat twee soorten fotoreceptoren. De kegels (cones) zorgen voor kleurzien en scherp zien bij voldoende licht (fotopische omstandigheden); er zijn er ongeveer 8 miljoen, grotendeels gebundeld in de fovea. De staafjes (rods) werken alleen bij weinig licht (scotopische omstandigheden), zien geen kleur, en zijn er ongeveer 120 miljoen.
De fovea: klein maar bepalend
De fovea is een minuscuul gebied in het centrum van het netvlies, volgepakt met kegels. Ze beslaat maar zo’n 2% van de gezichtshoek, maar levert het scherpste zien en de meeste kleurinformatie. Daarbuiten daalt het aantal kegels sterk; het aantal staafjes valt drastisch terug voorbij een gezichtshoek van ongeveer 20°. Dat verklaart waarom je een scherm pas echt scherp ziet als je er recht naar kijkt, en waarom de plaatsing van een bord langs de weg zo belangrijk is.
Het netvlies bevat ~120 miljoen staafjes en ~8 miljoen kegels. Opmerkelijk: beide fotoreceptortypes liggen van het invallende licht af gekeerd. De kegeldichtheid is maximaal in de fovea (~2% van de gezichtshoek) en blijft daarbuiten laag maar vrij constant; de staafdichtheid daalt scherp voorbij ~20°. Informatie van het linkeroog gaat naar de rechterhersenhelft en omgekeerd; de occipitale kwab is het primaire verwerkingsgebied, en krijgt het leeuwendeel van zijn input uit de fovea.
Fotopisch versus scotopisch zien
Bij daglichtniveaus (fotopisch) domineren de kegels; de gevoeligheid piekt rond 555 nm en kleurzien is volledig. Bij zeer lage lichtniveaus (scotopisch) nemen de staafjes het over; de gevoeligheidspiek verschuift naar ~507 nm (de Purkinje-verschuiving) en kleurwaarneming verdwijnt. Een display-ontwerper rekent op fotopische omstandigheden, en dus op de kegelrespons en V(λ), bij het bepalen van helderheid en kleur.
Gevolg voor displayontwerp
Omdat acuïteit en kleur door de fovea worden gedragen, is de hoekgrootte van tekens op het netvlies bepalend voor leesbaarheid: ze hangt af van tekenhoogte én kijkafstand. Dat is de fysiologische basis onder de leesafstandsberekening en onder het belang om een scherm binnen de kijkkegel van het doelpubliek te plaatsen.