Visión submarina - Underwater vision

Buzo con lentes bifocales colocados en una máscara

Bajo el agua, los objetos son menos visibles debido a los niveles más bajos de iluminación natural causados ​​por la rápida atenuación de la luz con la distancia que atraviesa el agua. También se difuminan por la dispersión de la luz entre el objeto y el espectador, lo que también resulta en un contraste más bajo. Estos efectos varían con la longitud de onda de la luz y el color y la turbidez del agua. El ojo de los vertebrados suele estar optimizado para la visión subacuática o aérea, como es el caso del ojo humano. La agudeza visual del ojo optimizado para el aire se ve gravemente afectada negativamente por la diferencia en el índice de refracción entre el aire y el agua cuando se sumerge en contacto directo. La provisión de un espacio aéreo entre la córnea y el agua puede compensar, pero tiene el efecto secundario de la distorsión de la escala y la distancia. El buceador aprende a compensar estas distorsiones. La iluminación artificial es eficaz para mejorar la iluminación a corta distancia.

La agudeza estereoscópica , la capacidad de juzgar distancias relativas de diferentes objetos, se reduce considerablemente bajo el agua y esto se ve afectado por el campo de visión. Un campo de visión estrecho causado por una pequeña ventana en un casco da como resultado una estereoagudeza muy reducida y la pérdida asociada de la coordinación ojo-mano.

A distancias muy cortas en aguas claras se subestima la distancia, de acuerdo con el aumento debido a la refracción a través de la lente plana de la máscara, pero a distancias mayores, mayores que el alcance del brazo, la distancia tiende a sobreestimarse en un grado influenciado por la turbidez. Tanto la percepción de profundidad relativa como absoluta se reducen bajo el agua. La pérdida de contraste da como resultado una sobreestimación y los efectos de aumento explican la subestimación a corto alcance.

Los buzos pueden adaptarse en gran medida a estos efectos con el tiempo y la práctica.

Los rayos de luz se desvían cuando viajan de un medio a otro; la cantidad de flexión está determinada por los índices de refracción de los dos medios. Si un medio tiene una forma curva particular, funciona como una lente . La córnea , los humores y el cristalino del ojo forman juntos un cristalino que enfoca las imágenes en la retina . El ojo humano está adaptado para ver en el aire. El agua, sin embargo, tiene aproximadamente el mismo índice de refracción que la córnea (ambos alrededor de 1,33), lo que elimina eficazmente las propiedades de enfoque de la córnea. Cuando se sumergen en agua, en lugar de enfocar las imágenes en la retina, se enfocan detrás de la retina, lo que resulta en una imagen extremadamente borrosa por hipermetropía .

Enfocar

El agua tiene un índice de refracción significativamente diferente al aire, y esto afecta el enfoque del ojo. La mayoría de los ojos de los animales están adaptados a la visión subacuática o aérea, y no enfocan correctamente cuando están en el otro entorno.

Pescado

Los lentes cristalinos de los ojos de los peces son extremadamente convexos , casi esféricos, y sus índices de refracción son los más altos de todos los animales. Estas propiedades permiten un enfoque adecuado de los rayos de luz y, a su vez, una formación adecuada de la imagen en la retina. Esta lente convexa da el nombre a la lente ojo de pez en la fotografía.

Humanos

Ver también: máscara de buceo
Vistas a través de una máscara plana, por encima y por debajo del agua

Al usar una máscara de buceo plana , los humanos pueden ver claramente bajo el agua. La ventana plana de la máscara de buceo separa los ojos del agua circundante por una capa de aire. Los rayos de luz que entran del agua en la ventana plana paralela cambian mínimamente su dirección dentro del material de la ventana. Pero cuando estos rayos salen por la ventana hacia el espacio de aire entre la ventana plana y el ojo, la refracción es bastante notable. Las trayectorias de la vista se refractan (se doblan) de una manera similar a ver los peces en un acuario. Los filtros polarizadores lineales reducen la visibilidad bajo el agua al limitar la luz ambiental y atenuar las fuentes de luz artificial.

Mientras usa una máscara de buceo plana o gafas , los objetos bajo el agua parecerán un 33% más grandes (34% más grandes en agua salada) y un 25% más cerca de lo que realmente están. También se notan la distorsión en acerico y la aberración cromática lateral . Las máscaras de doble cúpula restauran la visión y el campo de visión subacuáticos de tamaño natural, con ciertas limitaciones.

Las máscaras de buceo pueden equiparse con lentes para buceadores que necesiten corrección óptica para mejorar la visión. Los lentes correctivos se muelen de forma plana por un lado y se cementan ópticamente a la cara interior del lente de la máscara. Esto proporciona la misma cantidad de corrección por encima y por debajo de la superficie del agua. Los lentes bifocales también están disponibles para esta aplicación. Algunas máscaras están hechas con lentes removibles, y hay disponible una gama de lentes correctivos estándar que se pueden colocar. Los lentes plásticos autoadhesivos que se pueden aplicar en el interior de la mascarilla pueden caerse si la mascarilla se inunda durante un período significativo. Los lentes de contacto se pueden usar debajo de una máscara o casco, pero existe cierto riesgo de perderlos si la máscara se inunda.

La visión del color

Comparación de la penetración de luz de diferentes longitudes de onda en mar abierto y aguas costeras

El agua atenúa la luz debido a la absorción que varía en función de la frecuencia. En otras palabras, a medida que la luz atraviesa una mayor distancia de agua, el color es absorbido selectivamente por el agua. La absorción de color también se ve afectada por la turbidez del agua y el material disuelto.

El agua absorbe preferentemente la luz roja y, en menor medida, la luz amarilla, verde y violeta, por lo que el color que menos absorbe el agua es la luz azul. Las partículas y los materiales disueltos pueden absorber diferentes frecuencias, y esto afectará el color en profundidad, con resultados como el color típicamente verde en muchas aguas costeras y el color marrón rojizo oscuro de muchos ríos y lagos de agua dulce debido a la materia orgánica disuelta.

Las pinturas fluorescentes absorben la luz de mayor frecuencia a la que el ojo humano es relativamente insensible y emiten frecuencias más bajas, que se detectan más fácilmente. La luz emitida y la luz reflejada se combinan y pueden ser considerablemente más visibles que la luz original. Las frecuencias más visibles son también las que se atenúan más rápidamente en el agua, por lo que el efecto es un contraste de color mucho mayor en un rango corto, hasta que el agua atenúa las longitudes de onda más largas.

Tabla de absorción de luz en agua pura
Color Longitud de onda media Profundidad aproximada de absorción total
Ultravioleta 300 millas náuticas 25 m
Violeta 400 nm 100 metros
Azul 475 nanómetro 275 metros
Verde 525 nanómetro 110 metros
Amarillo 575 nanómetro 50 m
naranja 600 nm 20 m
rojo 685 nanómetro 5 m
Infrarrojo 800 nm 3 m

Luria et al. y citado de Adolfson y Berghage a continuación:

A. Para aguas turbias y turbias de baja visibilidad (ríos, puertos, etc.)

1. Con iluminación natural:
una. Amarillo fluorescente, naranja y rojo.
B. Amarillo, naranja y blanco regular.
2. Con iluminación incandescente:
una. Amarillo, naranja, rojo y blanco fluorescentes y regulares.
3. Con una fuente de luz de mercurio:
una. Amarillo-verde fluorescente y amarillo-naranja.
B. Amarillo regular y blanco.

B. Para aguas moderadamente turbias (sonidos, bahías, aguas costeras).

1. Con iluminación natural o fuente de luz incandescente:
una. Cualquier fluorescente en amarillos, naranjas y rojos.
B. Amarillo, naranja y blanco regular.
2. Con una fuente de luz de mercurio:
una. Amarillo-verde fluorescente y amarillo-naranja.
B. Amarillo regular y blanco.

C. Para aguas claras (aguas del sur, aguas profundas en alta mar, etc.).

1. Con cualquier tipo de iluminación, las pinturas fluorescentes son superiores.
una. Con largas distancias de visualización, verde fluorescente y amarillo verdoso.
B. Con distancias de visión cortas, el naranja fluorescente es excelente.
2. Con iluminación natural:
una. Pinturas fluorescentes.
B. Amarillo, naranja y blanco regular.
3. Con fuente de luz incandescente:
una. Pinturas fluorescentes.
B. Amarillo, naranja y blanco regular.
4. Con una fuente de luz de mercurio:
una. Pinturas fluorescentes.
B. Amarillo regular, blanco.

Los colores más difíciles en los límites de visibilidad con un fondo de agua son los colores oscuros como el gris o el negro.

Variaciones fisiológicas

Una persona muy miope puede ver más o menos normalmente bajo el agua. Los buceadores interesados ​​en la fotografía submarina pueden notar cambios de presbicia mientras bucean antes de reconocer los síntomas en sus rutinas normales debido al enfoque cercano en condiciones de poca luz.

El pueblo Moken del sudeste asiático puede enfocarse bajo el agua para recoger pequeños mariscos y otros alimentos. Gislén et al. han comparado a niños europeos Moken y no entrenados y encontraron que la agudeza visual submarina de los Moken era el doble que la de sus homólogos europeos no entrenados. Los niños europeos después de 1 mes de entrenamiento también mostraron el mismo nivel de agudeza visual bajo el agua. Esto se debe a la contracción de la pupila , en lugar de la dilatación habitual ( midriasis ) que se experimenta cuando se sumerge un ojo normal, desentrenado, acostumbrado a ver en el aire.

Visibilidad

La visibilidad es una medida de la distancia a la que se puede discernir un objeto o una luz. La visibilidad teórica del cuerpo negro del agua pura basada en los valores de las propiedades ópticas del agua para la luz de 550 nm se ha estimado en 74 m.

La medida estándar para la visibilidad bajo el agua es la distancia a la que se puede ver un disco Secchi . El rango de visión subacuática suele estar limitado por la turbidez . En aguas muy claras, la visibilidad puede extenderse hasta unos 80 m, y se ha informado de una profundidad récord en Secchi de 79 m en una polinia costera del este del mar de Weddell , en la Antártida. En otras aguas marinas, se han registrado ocasionalmente profundidades de Secchi en el rango de 50 a 70 m, incluido un récord de 1985 de 53 m en el este y hasta 62 m en el océano Pacífico tropical. Este nivel de visibilidad rara vez se encuentra en agua dulce superficial. Crater Lake , Oregon , se cita a menudo para mayor claridad, pero la profundidad máxima registrada de Secchi usando un disco de 2 m es 44 m. La valles secos de McMurdo de la Antártida y Silfra en Islandia también se han reportado como excepcionalmente clara.

Los factores que afectan la visibilidad incluyen: partículas en el agua ( turbidez ), gradientes de salinidad ( haloclinas ), gradientes de temperatura ( termoclinas ) y materia orgánica disuelta.

Poca visibilidad

La NOAA define la baja visibilidad para fines operativos como: "Cuando ya no se puede mantener el contacto visual con el compañero de buceo".

DAN-Southern Africa sugiere que la visibilidad limitada es cuando "no se puede discernir un compañero a una distancia superior a los 3 metros".

Ver también

Referencias

Otras lecturas