Особенности и дефекты зрения.

Цель работы

Изучить основы теории света, спектральный состав света, основные световые величины и законы освещенности. Получить представление о зрительном анализаторе человека, механизме восприятия цвета, особенностях и дефектах зрения. Изучить основы фотографии и уяснить основные понятия. Получить практические навыки эксплуатации изучаемых приборов.

2. Теоретическая справка

Фотография – (от др. греч. φοτος – «свет» + γραφω – «пишу») – вид деятельности и комплекс технологий, связанный с получением плоских изображений реальных объектов на светочувствительных фотографических материалах: фотопленке (аналоговая технология), светочувствительной матрице цифрового фотоаппарата (цифровая технология), при помощи фотоаппарата с целью их дальнейшего воспроизведения. Также фотографией называют конечное изображение на фотобумаге, полученное в результате фотографического процесса и рассматриваемое человеком непосредственно. Различают черно-белую, цветную, художественную, документальную и научно-техническую (аэрофотографию, микрофотографию, рентгеновскую, инфракрасную, ультрафиолетовую и др.) фотографию.

В зависимости от преобразований, происходящих в светочувствительном материале фотографию, принято делить на:

Плёночную (аналоговую) – основанную на галогеносеребряных фотоматериалах, в которых происходят фотохимические процессы, и требуется последующая химическая обработка для получения видимого изображения.

Цифровую – основанную на свойстве полупроводниковых материалов регистрировать свет и преобразовывать его в пропорциональный яркости электрический заряд (матрица цифрового фотоаппарата). Полученная в результате этого процесса аналоговая информация преобразуется при помощи аналого-цифрового преобразования (АЦП) в цифровой код. Цифровая информация об изображении обрабатывается цифровым блоком обработки и хранения данных и сохраняется в файл, для дальнейшего экранного использования, фотопечати или дополнительной обработки с помощью компьютера.

Основы теории света

Чтобы понять механизм восприятия человеком видеоинформации, мы должны определить компоненты видимого света, создающие зрительное ощущение у человека.

В настоящее время существует две теории света: волновая и корпускулярная.

Волновая теория. Природу электромагнитных излучений рассмотрим на модели атома, как планетарной системы. Множество электронов, вращаются по орбитам вокруг центра – ядра. Это состояние достаточно устойчиво, но если применить внешнее воздействие, например, нагреть тело или бомбардировать его электронами, электроны внутренних орбит будут стремиться перейти на орбиты более высокого уровня, запасая потенциальную энергию. Когда электроны возвращаются на предыдущие, более низкие орбиты, они излучают полученную ранее энергию. Переход электрона с одной, более высокой орбиты на другую, с более низкой энергией, ведет к испусканию излучения в виде электромагнитного излучения (рис. 1). Колеблющийся электрон, переходящий попеременно с одной орбиты на другую, порождает электромагнитную волну. Длина волны зависит от частоты колебания. Энергия пропорциональна частоте, увеличение энергии происходит при сокращении длины волны.

Рис. 1. Планетарная модель атома – схема образования электромагнитного излучения

Спектр электромагнитных волн (табл. 1) простирается от очень коротких волн – гамма-лучей, к длинным – радиоволнам. Человеческий глаз регистрирует лишь узкий диапазон этого спектра. Эта часть электромагнитных колебаний вызывает у нас зрительные ощущения – видимый свет. Международная комиссия по освещению – CIE (от фр. Commission Internationale de l'Eclairage) определяет «видимый свет» как излучение с длиной волны от 380 нм – фиолетовый до 780 нм – красный (1 нм = 10^{-9 м) в интервале частот 3,8}×10⁸–7,8×10⁸МГц.

Таблица 1

Спектр электромагнитных волн

Виды волн	Длина волны
Низкочастотные электрические колебания	> 100 км
Радиоволны:	100 км – 1 мм
- мириаметровые	100 км – 10 км
- километровые (низкие частоты)	10 км – 1 км
- гексаметровые (средние частоты)	1 км – 100 м
- декаметровые (высокие частоты)	100 м – 10 м
- метровые	10 м – 1 м
- дециметровые	1 м – 10 см
- сантиметровые	10 см – 1 см
- миллиметровые	1 см – 1 мм
- децимиллиметровые	1 мм – 0,1 мм
Инфракрасное излучение	2 мм – 780 нм
Видимое излучение (свет)	780 нм – 380 нм
Ультрафиолетовое излучение	380 нм – 10 нм
Рентгеновское излучение	10 нм – 10 пм
Гамма-излучение	< 10 пм

 

Поскольку свет является одним из видов электромагнитных колебаний, его можно рассматривать как разновидность волн – «световые волны». Световая волна представляет собой электромагнитную волну, в которой наблюдаются колебания электрического и магнитного полей под прямым углом друг к другу в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Человеческий глаз может непосредственно различать два параметра световой волны – длину волны и амплитуду. Различие длин волн воспринимается нами как – цвет, а различие амплитуд – как изменение яркости.

Корпускулярная теория рассматривает свет как частицы энергии, называемые фотонами. Ядро атома состоит из сравнительно тяжелого положительно заряженного протона, и незаряженного нейтрона. Отрицательно заряженные частицы – электроны (примерно 1/2000 от массы протона) находятся на достаточно удаленных орбитах вокруг ядра. При некоторых состояниях протон может терять свой заряд и превращаться в нейтрон, это называется бета-распадом (рис. 2), при этом образуются две легкие частицы: нейтрино и позитрон (положительно заряженный электрон). Если позитрон встречает на своем пути отрицательно заряженный электрон, они нейтрализуют друг друга. Процесс заканчивается образованием двух фотонов и носит название аннигиляция (от лат. annihilatio – уничтожение, исчезновение). Когда электромагнитное излучение попадает в поле атомного ядра, то снова может образовать пару «электрон + позитрон».

Рис. 2. Схема образование фотонов

Фотоны – это кванты электромагнитного излучения, обладающие одновременно и волновыми, и корпускулярными свойствами. Наличие у фотонов одновременно и корпускулярных, и волновых характеристик приводит к тому, что свету оказываются присущи как свойства непрерывных электромагнитных волн, так и свойства отдельных частиц.

Фотон обладает следующими свойствами:

– фотон является электрически нейтральной частицей – его заряд равен нулю;

– скорость фотона равна скорости света в вакууме (300000 км/с);

– энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения;

– масса фотона равна нулю.

В современной физике эти две теории применяются одновременно: корпускулярная теория хорошо объясняет процесс образования квантов, а волновая теория – явления распространения света как волновых колебаний.

Спектральный состав света. Оптическая область спектра электромагнитных излучений состоит из трех участков: невидимых ультрафиолетовых излучений (длина волн 10–380 нм), видимых световых излучений (длина волн 380–780 нм) и невидимых инфракрасных излучений (длина волн 780 нм – 2 мм).

Световые излучения, воздействующие на глаз и вызывающие ощущение цвета, подразделяют на простые (монохроматические) и сложные. Излучение с определенной длиной волны называют монохроматическим. Простые излучения не могут быть разложены ни на какие другие цвета.

Спектр – последовательность монохроматических излучений, каждому из которых соответствует определенная длина волны электромагнитного колебания (рис. 3). Длины волн этого спектра связаны с нашими ощущениями о цвете.

 

Рис. 3. Спектральный состав света и кривые чувствительности к спектру трех типов колбочек человеческого глаза

 

Человек воспринимает свет полуденного солнца как «белый свет». Белый свет – это сумма электромагнитных колебаний, из множества вплотную примыкающих частот занимающих диапазон от 380 нм до 760 нм. При разложении белого света призмой в непрерывный спектр, цвета в нем постепенно переходят один в другой. Принято считать, что в некоторых границах длин волн (нм) излучения воспринимаются нами как следующие цвета: 380–440 – фиолетовый; 440–480 – синий; 480–510 – голубой; 510–550 – зеленый; 550–575 – желто-зеленый; 575–585 – желтый; 585–620 – оранжевый; 620–780 – красный.

Зрительный анализатор человека обладает наибольшей чувствительностью к желто-зеленому излучению с длиной волны около 555 нм. Различают три зоны излучения: сине-фиолетовая (длина волн 380–490 нм), зеленая (длина 490–570 нм) и красная (длина 580–780 нм). Эти зоны спектра являются зонами преимущественной спектральной чувствительности человеческого глаза, а также трех слоев цветной фотопленки и трех типов цветных фильтров цифровой матрицы.

Свет, излучаемый обычными источниками, а также свет, отраженный от несветящихся тел, всегда имеет сложный спектральный состав, т.е. – состоит из суммы различных монохроматических излучений. Спектральный состав света – важнейшая характеристика освещения. Он непосредственно влияет на цветопередачу при съемке на цветные фотографические материалы.

Основные световые величины и законы освещенности

Для обоснования и объяснения основных величин в светотехнике используется понятие точечного источника света.

Точечный источник света – это источник света, размер тела свечения которого (d) в десять раз и более, меньше дистанции (R), с которой он освещает данную поверхность (рис. 4). Свет от такого источника распространяется равномерно во всех направлениях, следовательно, лучи, прошедшие одинаковую дистанцию, будут создавать одинаковую освещенность поверхности, на которую они падают. Замкнув множество таких поверхностей, получим сферу, каждая точка которой получает одинаковое количество света от точечного источника.

Свет обладает свойством рассеиваться в пространстве (рис. 4). Два луча, вышедшие под углом w из одной точки, при дальнейшем распространении будут расходиться все дальше и дальше друг от друга (при увеличении диаметра рассматриваемой сферы), но в пределах телесного угла (w), под которым они вышли из точечного источника.

Телесный угол – пространственный угол w, выходящий из центра сферы, ограниченный конусом с радиусом R и вырезающим на поверхности сферы площадь с одинаковыми свойствами (рис. 4).

Рис. 4. Точечный источник света (слева). Телесный угол (справа)

Если предположить, что точечный источник бесконечно удален, то угол w будет стремиться к нулю и такие лучи света будут параллельными (рис. 5). Свойства параллельных лучей, падающих на плоскость, будут одинаковы в силу их происхождения и равенства дистанции, которую они прошли, достигнув плоскости.

Рис. 5. Параллельный световой поток

Если на пути параллельного пучка лучей поставить положительную линзу, то в силу законов геометрической оптики и свойств изменять направление хода лучей на границе раздела двух сред воздух-стекло и стекло-воздух лучи отклонятся от первоначального направления и соберутся в некоторой точке (F), называемой фокусом линзы (рис. 6). Если в фокусе линзы поместить точечный источник света, то на выходе получим поток условно-параллельных лучей.

Рис. 6. Собирательная линза

Рассмотрев варианты распространения луча света от точечного источника, перейдем к рассмотрению количественных величин.

В фотометрии энергию W, переносимую излучением, измеряют за время, большее по сравнению с периодом световых колебаний источника. Если на некотором расстоянии от источника излучения находится поверхность, через которую проходят волны, то средняя энергетическая мощность излучения (F_э), переносимая этими волнами через поверхность в единицу времени, называется потоком излучения и измеряется в ваттах.

где W – энергия (Дж), t – время (с).

Нам необходимо учитывать лишь ту часть спектра, которая воздействует на наши органы зрения. Прежде всего, это мощность светового излучения, которая оценивается по вызываемому им световому ощущению.

Световой поток (F) – мощность излучения, оцениваемая по зрительному ощущению. За единицу светового потока принимаем световой поток, излучаемый внутри телесного угла, равного 1 стерадиану (стерадиан (ср) – телесный угол, вырезающий из сферы радиусом 1 м поверхность площадью 1 м²), источником света силой в 1 канделу и измеряется в люменах (лм). Кандела (от латинского candela – свеча) – сила света в данном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540×10¹² Гц, интенсивность излучения которого в этом направлении равна 1/683 Вт в телесном угле равном одному стерадиану.

Сила света (I) – величина светового потока, излучаемого в определенном направлении в некотором пространственном (телесном) угле. Отношение светового потока к телесному углу, в котором он распространяется, определяет силу света. Единица измерения – кандела (кд).

,

Освещенность (Е) – количество света достигшее данной поверхности, определяется отношением светового потока к площади освещаемой поверхности. Единица измерения освещенности – люкс (лк) – освещенность поверхности площадью 1 м² при падающем на него световом потоке в 1 лм и равномерно распределенным по этой поверхности (рис. 7).

Рис. 7. Освещенность в 1 люкс

Примерные значения освещенности, даны в таблице 2.

Таблица 2

Примерные значения освещенности

Условия освещения	Освещенность, лк
Солнце на открытом пространстве в полдень	100 000
В пасмурный день на открытом пространстве
Освещенность офиса с люминесцентными лампами	300–500
Рабочее место чертежника, освещенность комнаты при горящих лампах накаливания	100–200
Норма освещенности для чтения	50–100
Освещенность закрытых пространств (коридоры, лестницы), в 20 см от горящей свечи	10–15
Освещенность от Луны в полнолуние	0,1–0,2
От ясного звездного неба (в безлунную ночь)	0,0003

 

Первый закон освещенности. Освещенность зависит от силы света источника и рассчитывается по формуле «закона обратных квадратов» – освещенность поверхности от точечного источника прямо пропорциональна силе света и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света до освещаемой поверхности (рис. 8).

;

где Е – освещенность; I – сила света в данном направлении; L – расстояние от источника света до освещаемой поверхности в м.

Второй закон освещенности. Зависимость падения лучей света на плоскость от угла наклона этой плоскости по отношению к упавшему световому потоку носит название второго закона освещенности (рис. 8). Параллельный поток лучей, упавших на плоскость, падает по нормали, то есть перпендикулярно поверхности. Если наклонить эту поверхность на некоторый угол a. Из рисунка видно, что поток лучей, сохраняющий первоначальное направление, будет падать на большую площадь и, соответственно, на каждую единицу площади придется меньше световой энергии.

Освещенность поверхности, создаваемая точечным источником прямо пропорциональна силе света источника и косинусу угла падения лучей к нормали и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемой поверхности (рис. 8).

где Е – освещенность; I – сила света в данном направлении; L – расстояние от источника света до освещаемой поверхности в м.

Рис. 8. Закон освещенности: первый (слева), второй (справа)

На практике сложно разделить действие первого и второго закона. Например, при освещении сферы точечным источником (рис. 9) разница длины хода лучей создаст неравномерную освещенность в точке падения, плюс разница углов падения лучей в точке касания луча и поверхности сферы. В результате неравномерности освещения отдельных участков сферы видим ее объем.

Рис. 9. Освещение шара точечным источником света

В случае, когда на одну поверхность падают лучи от нескольких источников, освещенность поверхности равна сумме освещенностей, созданных каждым источником в отдельности.

Яркость – физиологическое ощущение, вызываемое светящейся или отражающей свет поверхностью, единственная из световых величин, которую глаз воспринимает непосредственно, это наиболее значимая величина для определения экспозиции – количество света, отраженное от объекта. Глаз человека не может количественно оценить величину яркости, но может достаточно точно установить равенство (или неравенство) яркостей соседних участков освещаемой поверхности.

Яркость (В) – световая величина, характеризующая излучение источника или отражающей поверхности в данном направлении и численно равная отношению силы света источника, излучаемого в данном направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению (рис. 10). Единица измерения яркости – яркость такой плоскости, которая в перпендикулярном направлении излучает силу света 1 кд с площади 1 м² (табл. 3).

= кд/м²

Рис. 10. Оценка яркости

Яркостью в 1 кд обладает диффузное тело с отражением 100% при освещенности 1 лк, то есть яркость можно выразить соотношением

где Е – освещенность поверхности, r – коэффициент отражения, отношение отраженного светового потока к падающему на данную плоскость (для диффузных поверхностей).

Эта формула приемлема для получения точных экспонометрических расчетов, так как связывает освещенность поверхности с коэффициентом отражения и позволяет наиболее точно сравнивать относительные яркости объектов или их элементов в кадре.

Таблица 3

Яркости некоторых типичных объектов

Источник света	Яркость, кд/м^2
Поверхность Солнца
Яркое небо
Нить лампы накаливания 100 Вт
Белая бумага, освещенная прямым Солнцем
Поверхность Луны в полнолуние
Ясное ночное небо (в безлунную ночь)	0,0001
Наименьшая различимая глазом яркость	0,0000001

 

Световой поток, упавший на любое физическое тело, может претерпеть следующие изменения – отразиться от него, поглотиться им и, в зависимости от его свойств, пройти сквозь него (рис. 11). Эти изменения в светотехнике принято обозначать следующим образом:

r – коэффициент отражения – отношение отраженного светового потока к падающему, характеризует светлоту поверхности;

t – коэффициент пропускания – отношение прошедшего сквозь тело светового потока к падающему, характеризует прозрачность тела;

a – коэффициент поглощения – отношение поглощенного светового потока к падающему, характеризует плотность тела, его способность ослаблять свет.

Рис. 11. Схема прохождения луча сквозь прозрачный материал

С физической точки зрения световой поток, упавший на тело, может расщепиться на несколько потоков, но их сумма должна составить 100% упавшего светового потока:

r + t + a =100%

Именно световой поток, отразившись от тела или пройдя сквозь него, несет информацию о предмете: светлый он или темный, матовый или глянцевый, прозрачный или непрозрачный.

Отражение. Явление отражения заключается в том, что часть света, падающего на поверхность, не проникает в неё, а распространяется в новом направлении. Направление распространения не зависит от длины волны.

Существуют четыре вида отражения: направленное (зеркальное), направленно-рассеянное, диффузное и смешанное (рис. 12).

Рис. 12. Виды отражения света

Направленное (зеркальное) отражение характерно для гладких и полированных поверхностей с микроскопическими неровностями поверхности предмета, размер которых мал по отношению к длине волны падающего света. Лучи света, отраженные такими поверхностями, меняют свое направление в пространстве в полном соответствии с законами геометрической оптики:

– угол падения луча равен углу отражения и лежит в одной плоскости с нормалью (перпендикуляром, восстановленным из плоскости в точке падения);

– угол падения и угол отражения равны по отношению к нормали;

Количество света, отраженное такими поверхностями, соизмеримо с упавшим световым потоком, но несколько меньше его, так как часть светового потока неизбежно поглотится самим телом.

Направленно-рассеянное отражения характерно для тел, поверхность которых имеет большие микронеровности по отношению к длине волны падающего света, в результате чего свет частично отражается по законам направленно-зеркального отражения, а частично – рассеивается в некотором телесном угле. Общее количество отраженных лучей равно сумме рассеянной и зеркальной частей светового потока, но меньше 100%, так как небольшая часть света поглощается отражающей поверхностью. Типичными поверхностями, обладающими направленно-рассеянным отражением, являются матированные поверхности металлов, глянцевая бумага и многие виды окрашенных поверхностей и изделий из пластмасс.

Диффузное (равнояркое) отражение характерно для матовых и шероховатых тел, поверхность которых имеет беспорядочно расположенные микронеровности, по размеру совпадающие или превышающие длину волны падающего на поверхность луча света (например: белая бумага, или молочное стекло). Основной характеристикой диффузного отражения является равномерное отражение света от поверхности, независимо от направления падающего на поверхность светового потока.

Яркость такой поверхности постоянна для любого угла рассматривания. Кривая распределения силы света такой поверхности имеет форму окружности. Сила света, отраженного от каждой точки поверхности будет подчиняться закону косинуса углов: максимальное количество света будет отражаться поверхностью по направлению к нормали (перпендикулярно поверхности), и чем больше угол θ между нормалью и другим рассматриваемым направлением отраженных лучей, тем меньше такая поверхность будет отражать свет в данном направлении, т.к. уменьшится площадь излучения света.

Смешанное отражение характерно для поверхностей обладающих смешанным видом отражения, характеризующимся направленным и диффузным отражением одновременно – микронеровности таких поверхностей имеют разные размеры по отношению к длине волны падающего света. Все определяется их соотношением – если больше одних, то поверхность больше обладает диффузными свойствами отражения, если других – то направленным отражением. Еще одно свойство таких поверхностей, вытекающее из структуры микронеровностей, – отражать свет с разными характеристиками, в зависимости от того, в каком направлении происходит отражение. Большинство окружающих нас тел обладают именно таким отражением. Такое распределение света на объекте съемки позволяет максимально выявить его объем и фактуру, т.к. фотография лишь имитирует объем предмета при помощи света и тени.

Пропускание светового потока любой поверхностью также можно условно разделить на четыре вида: направленное, направленно-рассеянное, диффузное и смешанное (рис. 13).

Рис. 13. Виды пропускания света

Направленное пропускание характерно для тел, прозрачных по природе материала, из которого они изготовлены (стекло, прозрачные пластмассы, лед, прозрачные минералы). Основной характеристикой такого пропускания является совпадение по направлению упавшего и пропущенного луча света. Рассеяние света в прозрачной среде пренебрежимо мало. Световой поток слегка отклоняется от первоначального направления хода луча, сохраняя параллельность следования, из-за того, что луч дважды преломляется на границах раздела сред воздух-материал и материал-воздух. Но помимо прошедшего светового потока есть еще два, которые малы в процентном отношении, но неизбежно приводят к потерям прошедшего света – это отраженные и поглощенные телом лучи.

Направленно-рассеянное пропускание характеризуется достаточно большим телесным углом рассеяния прошедшего светового потока – лучи света по пути следования через поверхность наталкиваются на микрочастицы, входящие в состав вещества, и отклоняются от первоначальной траектории. Доля таких частиц в общем объеме вещества невелика, и большая часть лучей лишь слегка отклоняется от первоначальной траектории. Такое прохождение лучей характерно для замутненных сред (различные виды пластмассы). Другой причиной отклонения лучей от первоначального направления могут служить поверхностные микронеровности, специально нанесенные на изначально прозрачную поверхность (матированное стекло).

Диффузное пропускание характеризуется очень большим углом отклонения лучей света от первоначального направления внутри самого вещества (многократное переотражение от микрочастиц, входящих в состав вещества). В результате такого перераспределения света можно сказать, что световой поток равномерно рассеивается веществом – светиться начинает сама поверхность, испуская лучи во всех направлениях. Первоначальный источник света за такими поверхностями не виден. К таким поверхностям можно отнести изделия, изготовленные из молочных, опаловых стекол, различные виды молочных пластмасс.

Смешанное пропускание характерно для поверхностей, имеющих свойство одновременно пропускать и направленные, и рассеянные лучи светового потока. Это свойство может принадлежать самому материалу, из которого они изготовлены (рассеивающие микрочастицы внедрены в материал), или быть результатом какой-либо механической или химической обработки поверхности прозрачного материала (рассеивающие свойства имеет одна или обе поверхности вещества).

Поглощение света – это неизбежные потери светового потока, являющиеся неотъемлемой характеристикой вещества. Чем больше толщина среды, через которую проходит свет, тем больше потери. Поэтому поверхности, по-разному пропуская и рассеивая свет, должны иметь минимально возможную толщину при необходимом качестве рассеянного света.

Зрительный анализатор человека

Люди воспринимают свет с помощью глаз. Свет – это физическое явление способное создавать зрительные образы посредством возбуждения зрительных нервов. Световые волны попадают в глаз человека (рис. 14). Его стенка состоит из 3 оболочек. Наружная оболочка образует каркас глазного яблока. Ее задняя часть – склера – белого цвета хорошо видна между веками по обе стороны роговицы. Роговица тонкая и прозрачная, она лишена сосудов, поэтому наилучшим образом пропускает свет.

Далее свет проходит через зрачок, который ограничен радужной оболочкой. Радужная оболочка является наростом, выстилающим глазное яблоко сосудистой оболочкой и обеспечивает кровообращение внутри глаза. Цвет радужки определяет цвет глаз человека, он зависит от количества пигмента меланина (от греч. melas – «черный»). В центре радужной оболочки находится зрачок – отверстие, которое пропускает световые лучи внутрь глаза. Пройдя через зрачок, свет попадает в хрусталик (маленькую двояковыпуклую линзу). Его роль состоит в том, чтобы преломлять световые лучи и фокусировать их на сетчатке глаза. За хрусталиком находится прозрачное стекловидное тело, которое заполняет внутреннюю часть глазного яблока. Роговица, хрусталик, стекловидное тело преломляют ход световых лучей, которые попадают в глаз, и на сетчатке глаза возникает уменьшенное перевернутое изображение рассматриваемого объекта. Сетчатка чувствительна к электромагнитным волнам в видимом диапазоне спектра и способна преобразовывать электромагнитную энергию в электрические сигналы, которые передается в мозг по многочисленным нервным волокнам. Сетчатка позвоночных, к которым относится человек, имеет сложное строение. Она состоит из нервной ткани и является частью мозга, выдвинутого на периферию. Сетчатка состоит из большого количества светочувствительных элементов – рецепторов: палочек и колбочек. Палочки обладают чувствительностью только к яркости и отвечают за зрение при недостатке света, а колбочки, обеспечивают цветовосприятие. Число палочек в 20 раз больше числа колбочек и они в 10000 раз чувствительнее их, поэтому глаз реагирует на яркость изображения намного интенсивнее, чем на его цвет.

Рис. 14. Зрительный анализатор человека

Восприятие цвета. Цветное зрение обеспечивается за счет свойства, известного как трехкомпонентность цветовосприятия. Согласно теории цветового зрения, высказанной впервые в 1736 г. М.В. Ломоносовым, экспериментально установлено, что все цвета могут быть получены путем сложения (смешения) трех цветов: красного, зеленого и синего с высокой насыщенностью (рис. 15), называемых основными или первичными.

Рис. 15. Сложение (смешивание) основных цветов: красного, зеленого и синего

М.В. Ломоносов пришел к выводу, что цветоощущающий (колбочковый) аппарат глаза человека содержит рецепторы (нервные окончания) трех видов. Причем излучения различных волн возбуждают эти рецепторы неодинаково. Так, первый вид колбочек наиболее чувствителен к длинноволновой части видимого спектра (красно-оранжевой), второй – к средневолновой части спектра (зелено-желтой) и третий – к коротковолновой (сине-фиолетовой). На рисунке 3 показаны кривые спектральной чувствительности рецепторов глаза, которые называются кривыми основных возбуждений. Зрительный аппарат анализирует воздействующий на него свет, определяя в нем относительное содержание различных излучений, а затем в мозге человека происходит синтез трех возбуждений в единый цвет. Например, ощущение желтого цвета получается одновременным возбуждением красных и зеленых колбочек. Из-за такого физиологического свойства нашего зрения, мы можем представить полную гамму видимых цветов путем пропорционального смешивания всего лишь трех основных цветов: красного, зеленого и синего.

Восприятие цвета субъективно. Два человека никогда не будут одинаково воспринимать один и тот же физический цвет.

Человек может воспринимать цвет двух типов: цвет светящегося объекта (естественного происхождения – солнце, или искусственного происхождение – дисплей компьютера, лампа накаливания и т.п.), называемый цветом свечения, и цвет освещенного объекта, называемый цветом объекта. Цвет объекта – это цвет, отраженный от освещенного объекта.

Экспозиционные параметры

Светочувствительность фотоматериала – способность фотографического материала образовывать изображение под действием электромагнитного излучения, в частности света, характеризует экспозицию, которая может нормально передать на снимке фотографируемый сюжет, и численно выражается в единицах ISO (сокр. от англ. International Standard Organization – Международная организация по стандартизации), являющихся универсальным стандартом расчета и обозначения светочувствительности всех фотопленок и матриц цифровых фотоаппаратов. Шкала ISO является арифметической – удвоение значения соответствует удвоению светочувствительности фотоматериала. Светочувствительность ISO 200 вдвое выше, чем ISO 100, и вдвое ниже, чем ISO 400.

Изменение светочувствительности используемого фотоматериала, при данной освещенности объекта съемки, позволяет варьировать другими экспозиционными параметрами, для решения конкретных фотографических задач. Например, для ISO 100 при данной освещенности сцены вы получили экспозицию: 1/30 сек., F2,0, для ISO 200 Вы можете уменьшить выдержку до 1/60 сек., а при ISO 400 – до 1/125, для фиксации движения в кадре, или при необходимости использования длиннофокусного объектива. Аналогичным образом, при фиксированной выдержке, можно варьировать параметром диафрагмы управляя глубиной резко изображаемого пространства.

Выдержка определяет временной интервал, в течение которого световые лучи воздействуют на светочувствительный материал. Обеспечивается различными по конструкции и принципам действия фотографическими затворами. Выдержки, которые отрабатываются фотографическим затвором, называют автоматическими. Существует стандартный ряд выдержек, измеряемых в секундах:

 

…

…

 

…

1/2

1/4

1/8

1/15

1/30

1/60

1/125

1/250

1/500

1/1000

1/2000

1/4000

…

 

Смежные числа этого ряда отличаются друг от друга в 2 раза. Переходя от одной выдержки (например 1/125) к соседней, мы увеличиваем (1/60) или уменьшаем (1/250) время экспонирования фотографического материала в два раза.

Относительное отверстие объектива – отношение диаметра светового отверстия объектива к величине фокусного расстояния. Относительное отверстие выражается в виде дроби с числителем равным 1 и знаменателем – k:

где f – фокусное расстояние объектива; d – диаметр светового отверстия.

Существует стандартный ряд относительных отверстий:

 

1/0,7

1/1

1/1,4

1/2

1/2,8

1/4

1/5,6

1/8

1/11

1/16

1/22

1/32

1/45

…

 

Принято указывать только знаменатели этого ряда (диафрагменные числа).

Диафрагменное число (F) – величина, обратная относительному отверстию.

 

0,7

1,4

2,8

5,6

…

 

Смежные числа этого ряда отличаются друг от друга в 1,41 раза (). Переходя от одной диафрагмы (например F8) к соседней, мы увеличиваем (F5,6) или уменьшаем (F11) диаметр светового отверстия в 1,41 раза – следовательно, объектив пропускает света соответственно в двое больше или меньше (количество света, пропускаемого объективом, пропорционально площади его светового отверстия).