|
| |
|
Слаботочка Книги   Рис. 4.6. Схематическое устройство человеческого глаза (а) и структура сетчатки (б): 1 - центральная ямка (область наивысшей чувствительности): 2 - сосудистая оболочка 3-сетчатая обо.почка; 4-белковая оболочка (склера); 5 - стекловидное тело; б - радужная оболочка; 7 -зрачок; S -хрусталик; S - роговая оболочка; /О - нервные волокнаг - колбочки; 12 - палочкн обоих глаз на объект. И то, и другое достигается изменением кривизны поверхностей хрусталика (в особенности передней). Следует заметить, что фокусировка осущестрляется не очень качественно: обычно на краях сетчатки изображение расплывчато, кроме того, значительны сферические и хроматические аберрации. Существует представление, что в сохранении несовершенств хрусталика проявляются защитные тенденции организма. Основа основ глаза - это сетчатая оболочка (рис. 4.6,6). Она содержит-четыре разновидности светочувствительных рецепторов (каждый из которых-представляет собой комплекс визуального белка и светопоглощающей молекулы), из них три для .цветного зрения (колбочки) и один - для черноелого-(палочки). Эти названия связаны с формой редепторов: колбочки имеют четко-выраженную утолщенную часть, палочки вытянуты. При воздействии света осуществляется тройное энергетическое преобразование: фотохимическое - разрыв-связи между элементами комплекса и переход энергии излучения в химическуку энергию; электрохимическое - преобразование химической энергии в электрический сигнал нервного импульса, распространяющегося к головному мозгу;, электробиологическое - формирование такого биологического состояния, которое интерпретируется мозгом как наблюдение образов. Колбочки (их около> 6 млн) располагаются с высокой плотностью (около 1,5-10 см~) в централь--ной части сетчатки, обладают очень высокой разрешающей способностью, но-относительно невысокой чувствительностью. 125 млн палочек, составляющих, остальную часть сетчатки, характеризуются в 500 раз более высокой чувствительностью, но лишены других особенностей колбочек. Информация от глаза.-передается в мозг по 800 тыс. нервных волокон, при этом лишь очень малаа часть колбочек имеет «прямую» свя.чь с мозгом по индивидуальному волокну. Остальные рецепторы объединяются в горизонтальные или (иногда) вертикальные сети, так что сигнал от цепочки рецепторов (в цепочке их до нескольких" тысяч) передается через одну ячейку (ганглиозную клетку) по одному нервно- -•му волокну, при этом воспринятая информация проходит предварительную обработку. Заметное различие имеется и в обработке переданной информации: более 507о нейронов зрительной коры занято анализом информации, поступаю-ацей из центральной области сетчатки, не превышающей 10% всего поля зрения. Другие вспомогательные элементы глаза (см. рис. 4.6,а) слулат в качестве защитной оболочки (склера с роговицей), исполнительных механизмов (глазные :мышцы), защитной и питательной среды (водянистая влага, стекловидное те-.ло). Подытоживая сказанное, отметим, что в сущности глаз содержит две oi-дельные, различные по характеристикам зрительные системы, которые, действуя совместно, образуют чрезвычайно гибкий и мощный аппарат восприятия внешних световых сигналов. Рассмотрим феноменологические параметры глаза как схематизированного -физического фотоприемника. Спектральная характеристика глаза обобщена и усреднена по многочисленным эмпирическим данным и гостирована в виде кри--вой спектральной световой эффективности (рис. 4.7). Эта кривая условна: в -сумерках спектр деформируется так, что ?макс сдвигается влево иа 50... 60 нм; детский глаз может воспринимать свет, начиная с Л«315 нм; увеличение яр--кости источника раздвигает границы видимости, например кощентрированное ИК-излучение GaAs-лазера (Л «860 нм) воспринимается как красное. Одна .из отличительных особенностей глаза заключается в способности воспринимать свет при изменениях его интенсивности в Необыкновенно широко.! диапазоне (до 14... 16 порядков). Приспособляемость, адаптация глаза описы--вается логарифмическим законом Вебера - Фехнера, связывающим физическую яркость источника L с его физиологически ощущаемым раздражением 1фзл: Lфзл = cln(L/Lo)-6, (4.20) ;тде а, Ъ, Lq - константы. Нормально воспринимаемые яркости источников лежат в пределах 10-... 10 кд-м-; в интервале 10-... 1 кд-м" работает сумеречный механизм зрения и цветового восприятия нет. Абсолютный порог -зрительного ощущения (по освещенности на зрачке) около 2,5-10- лк, нормальная освещенность составляет 50... 250 лк. Одновременно человек различает .до 8... 10 градаций яркости, однако для надежного восприятия информации, передаваемой изменением яркости, нельзя использовать более 3-4 градаций, а лучше всего 2 (свет - темнота). гУР-
 800 к, НН Рис. 4.7. Кривая спектральной световой эффективности * Интересно обратить внимание на эту очевидную аналогию с распростр.-!-:«енным в фотосчитывающей технике принципом построчного сканирования.  Темновая адаптация глаза (переход от яркого света к темноте) требует 50... 60 мин, иногда 10 ... 20 мин, световая адаптация происходит быстрее, за несколько ми- -5»/ кд-м- нут. Сам процесс образования зрительного \ 7У> восприятия инерционен - как развитие химических реакций, так и их прекращение требует времени порядка нескольких деся- тых долей секунды Установлено, что при 12 5 W2D" частоте световых посылок более 15 Гц глаз Угол зретя, мин перестает ощущать мерцание. При этом Рис. 4.8. Соотношение между действует закон Тальбота: кажущаяся яр- угловыми размерами наблюда-кость мерцающего источника равна средней емых объектов, яркостью ». за период наблюдения яркости. контрастностью дли порога f " " фительного восприятия (вре- Восприятие объекта определяется не мя воздействия 0,3 с) только его яркостью, но и контрастом К= (i-1фов)/Е, где L, Афон - яркости источника и фона. Практически длят восприятия важна не столько величина К, сколько ее превышение над пороговым контрастом, который для среднего глаза близок к 7Спор=1 .2%. Надежное выделение объекта из фона требует, чтобы К/Кпор Г5... 30. Пространственные характеристики зрения определяются следующим. Полные углы обзора неподвижным глазом составляют 120° по горизонтали и 90° по-вертикали, а зоны максимального разрешения 20 и 15° соответственно (отсюда и выбор формата -кино- или телеэкрана с отношением сторон 4:3). Отчетливое-видение предметов неподвижным глазом ограничено углом зрения 4°. Предельная угловая разрешающая способность глаза приблизительно 1 (т. е. различение на расстоянии 10 м двух штрихов, разделенных промежутком в 3 мм);, для быстрого или безошибочного восприятия угловые размеры объекта должны: быть не менее 1°. Расстояние наилучшего видения небольших предметов составляет. 250... S50 мм; крупные объекты должны быть удалены от глаза на расстояние, в 3-4 раза превышающее наибольший линейный размер объекта.. Следует отметить, что порог зрительного восприятия зависит от яркости, контраста, времени воздействия, угловых размеров объекта в совокупности; ухудшении одного из показателей может компенсироваться улучшением другого-(рис. 4.8) при условии, что все факторы превышают свои абсолютные пороги. Наиболее существенное качественное различие двух систем зрения состоиг в том, что рецепторные комплексы, соответствующие колбочкам, являются: «цветными», преимущественно реагирующими на красный, зеленый и синий цвета. Спектральные характеристики этих рецепторов близки к г„, 6„ на рис.. 4.4,с, разумеется, без отрицательной области кривой Гп- Восприятие цвета является привилегией человека. Трихроматное (трехцветное) зрение свойственно также высшим обезьянам и некоторым рыбам; в основной же массе фауна, по-видимому, живет в «вечных сумерках». Животным; не свойственно и сочетание цветоразличения и высокой чувствительности глаз; например, кошки, видящие в темноте, не имеют колбочек, а голуби, воспринимающие цвета, лишены чувствительного палочкового зрения. Цветовая окраска,, делающая окружающий мир столь неповторимым и прекрасным, каким мы его-воспринимаем, выделяется среди других внешних раздражителей и по числу различимых градаций: 150 оттенков - для нетренированного человека, 4-5- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 [38] 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |