|
| |
|
Слаботочка Книги -тыс.--для художника и до 10 млн - в наиболее полных цветовых атласах. Лри этом наилучшей цветоразличительной способностью обладают шесть основ-•ных цветов: белый, черный, красный, желтый, зеленый, синий. Столько цветов (а реально не более 3-5) может использоваться для кодировки информации; в противном случае надежность считывания падает. Неподвижные объекты лучше воспринимаются при высокой чистоте цвета, движущиеся изображения во избежание смазывания, напротив, должны быть выполнены в малонасыщенных цветовых оттенках. Следует отметить, что при создании оптоэлектронных приборов, связанных •с человеческим зрением, должны приниматься меры к тому, чтобы они работали вдали от порогов по яркости, контрастности, углу обзора или цветовой гамме. Лишь тогда достигается быстрое, надежное, неутомляющее восприятие информации. В этом, в частности, заключается отличие оптоэлектроники - части информатики - от таких «применений» зрения, как астрономические наб- .людения, визуальное сравнение в оптических измерениях и других, где допустима работа на уровне порогов различения. Таким образом, для глаза как специфического фотоприемника характерны • следующие отличительные черты: способность к восприятию образов, в том числе цветовых; высокая (но неравномерная) чувствительность во всей видимой части спектра; высокая разрешающая способность по определяющим факторам восприятия; адаптируемость, «автоматическая» приспособляемость к изменяющимся внешним условиям; избыточность в количестве чувствительных элементов (укажем, что пара глаз содержит около 250 мли рецепторов, тогда как широ- :коформатный телеэкран или сопряженный с ним ФПЗС содержит не более 1 млн элементов разложения); частичная обработка информации до поступле- ния в мозг. Отметим в заключение, что описанная модель человеческого зрения весьма приближенна и схематична. Установлено, что соседние участки сетчатки влияют .друг на друга, это вызывает различные эффекты типа «оптического обмана»: наблюдение полос повышенного контраста при постепенном переходе от светлого к темному (полосы Маха); .дополнительное «оконтуривание» фигур, сли-:вающихся с фоном; кажущееся изменение формы и цвета предмета при изме-йении фона и освещенности. Не только глаз поставляет образы в мозг, имеет место и обратный информационный поток; при этом в силу полимодальности :мышления, синтезирующего воздействия всей сенсорной системы, человек нередко «видит» то, чего нет на самом деле. Психофизическое пространство яркостного и цветового восприятия не является линейным, поэтому используемые в технике и метрологии принципы пропорциональности и аддитивности яркостных и цветовых сигналов неточно отражают реальность. Наконец, следует иметь в яиду индивидуальные особенности различных людей, например около 107о муж-чин и 0,57о женщин страдают той или иной формой цветовой слепоты. Из сказанного ясно, сколь интересным, но сложным, своеобразным, неод-•нозначно определенным «фотоприемником» является аппарат человеческого зрения. 4.4. ОПТОЭЛЕКТРОНИКА И МЕТРОЛОГИЯ: ВЗАИМОВЛИЯНИЕ Любопытно посмотреть, что дает оптоэлектроника метрологии и жак современное метрологическое обеспечение способствует прогрессу оптоэлектроники. Здесь имеется в виду лишь техника изме- рения параметров поля излучения {см. § 4.1, 4.2). Общеизвестный вклад оптоэлектроники (квантовой электроники) в метрологию вообще- определение таких важнейших первичных эталонов, как «секунда» и «метр», уточнение значений природных констант (например, измерение с помощью СОг-лазера скорости света в вакууме с точностью до 10-го знака) - выходит за рамки данной книги. До недавнего времени фотометрия основывалась на субъективных оценках, техника измерений характеризовалась сложностью,» невысокой точностью. До 1979 г. первичный эталон единицы сильг света - кандела - определялся излучением модели черного тела площадью 1/60 см при температуре затвердения платины (2045 К).. В качестве вторичных эталонов и последующих по метрологической иерархии образцовых и рабочих средств измерения использовались вольфрамовые вакуумные и галогенные, дейтериевые и ртутные лампы и т. п.; при переходе со ступени на ступень в качестве нуль-индикатора при сравнении выступал человеческий глаз. Широкий спектр излучения перечисленных источников, их большие габаритные размеры (петочечность), нелинейность характеристик, недолговечность, старение предопределяют такие характерные черты оптических измерений как использование громоздких фотометрических скамей с механически перемещаемыми элементами, применение сложных светофильтров, частая замена рабочих средств, необходимость трудоемких расчетов по табличным данным и т. п. По-видимому, в большой степени именно отсталостью метрологического обеспечения и определялась известная отчужденность классической «домаксвелловской» оптики от других разделов физики и тем более техники. Но и оптика не давала необходимых средств метрологии, так что этот «порочный круг» оказывался замкнутым. Очевидно, что архаические средства оптико-физических измерений 2 находятся в противоречии с тенденциями развития современной метрологии, для которых, в частности, характерны объективность контроля как обязательное условие; высокая точность первичных эталонов и методов перехода ко вторичным и последующим; «электронизация» эталонов и методов поверки; простота эксплуатации поверочных средств; возможность встраивания эталонов в устройства и системы и организация самоповерки. Лишь развитие оптоэлектроники за последнюю четверть века,, давшее технике принципиально новые твердотельные излучатели и фотоприемники, позволило найти новый подход к проблемам измерений. Для этих приборов характерны точечность, монохроматичность излучения, неограниченный срок службы, простота управления и эксплуатации и, что особенно важно, стабильность (а. * Здесь, к сожалению, нельзя использовать прошедшее время, так как перемены пока коснулись лишь высших звеньев метрологической иерархии - эволюция рабочих средств потребует еще много времени. 2 Характерно, что если в развитых областя;-: техники имеют дело с линейными, угловыми, механическими и другими измерениями, то в оптике -с оптико-физическими. В самом этом термине .«чувствуется» что-то от исследованиж (а не просто измерения). ;для кремниевых фотодиодов - суперстабильность) параметров во времени. В оптоэлектронике ввели в обиход и микроэлектронное (включая микропроцессорное) обрамление излучателей и фотопри-«мников, что по-новому решает и проблему обработки статистики измерений. Появление совершенных оптоэлектронных средств обусловило .возникновение и развитие принципиально новых тенденций в технике оптических измерений. Во-первых, это окончательное утверждение концепции, что световое поле - это часть поля излучения, а не какая-то специфическая субстанция, не поддающаяся точному •объективному измерению. Во-вторых, переход к использованию монохроматического излучения вместо размытых спектров и соответ-Ственно переход от интегральных параметров к монохроматическим; отсюда повышение точности измерений, однозначность в трактовке экспериментов, сопоставимость результатов для разнородных измеряемых объектов. В-третьих, это переход от вакуумных и газоразрядных ламп к твердотельным излучателям - лазерам и светодиодам - с достижением всех тех преимуществ, о которых говорилось раньше. В-четвертых, это ориентация на фотодиод (а не на излучатель) как основу поверочных схем; здесь используется суперстабильность параметров кремниевых фотодиодов и линейность их характеристик в очень широких пределах (например, постоянство чувствительности при изменении освещенности на 1-9 порядков). Использование эталонных фотоприемников обещает, в частности, дать простое средство точного измерения координат цветности X, у, z, контроля равнояркости элементов дисплеев, -стабильности излучения лазеров. Наиболее ярким проявлением и воплощением этих тенденций .явилось принятие Генеральной конференцией по мерам и весам (ГКМВ) в 1979 г. нового определения единицы силы света: «Кандела представляет собой силу света в данном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частоты 540-10 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт на стерадиан». В этом определении выделим ряд моментов Число 683 есть установленное ГКМВ значение максимальной спектральной световой эффективности (/Сг(,)макс- Старое определение канделы не регламентировало точное значение коэффициента (/Сг(,)м-кс, что и не давало возможности осуществлять однозначный переход от световых величин к энергетическим. Этот коэффициент определялся экспериментально исходя из значения яркости абсолютно черного тела при температуре затвердения платины. Точное значение (/Сг)макс вместе с гостированной функцией V(}) позволяет переходить от световой системы к энергетической для монохроматического излучения любой длины волны. Приведенная в определении канделы частота излучения соответствует к-ЪЪЪ нм. Характерно, что в новом определении способ воспроизведения принципиально не оговорен (в отличие от старого определения, требовавшего применения модели черного тела жестко регламентиро- 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 |