Скачать + смотреть онлайн

видео 2022

бесплатно в хорошем качестве HD

Строго запрещено смотреть анал видео. Крутые - все самые шикарные мамки видео. Мега лучший пердос video.

PhysBook
PhysBook
Представиться системе

Kvant. Глаз и небо

Материал из PhysBook

Сурдин В. Глаз и небо //Квант. — 1995. — № 3. — С. 2-5.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Первая встреча с телескопом часто обескураживает любителя астрономии. «Я не вижу никаких деталей», — говорит начинающий наблюдатель, глядя на Марс или даже на Юпитер. А более опытный его товарищ с помощью этого же телескопа составляет подробную карту планеты. У него тренированный глаз. Он научился настраивать свое зрение на астрономические наблюдения. Вы тоже можете научиться этому, если узнаете об особенностях нашего зрения, ну и разумеется, если будете систематически наблюдать небо.

Как устроен глаз?

Устройство глаза показано на рисунке 1. На первый взгляд глаз очень напоминает фотоаппарат. Объектив глаза — роговица, радужка и хрусталик — похож на классический фотообъектив с его системой линз и диафрагмой. Причем это очень широкоугольный объектив: поле зрения наших глаз простирается почти на 180° по горизонтали и на 140° по вертикали. Конечно, качество такого простого объектива не может быть очень высоким: резкое изображение получается только в центре поля зрения, а к периферии оно заметно ухудшается.

Рис. 1. Разрез глаза человека

Центральное отверстие радужки — зрачок. Он играет ту же роль, что и диафрагма у фотоаппарата: больше или меньше закрывает края линзы в объективе. Глаз может изменять диаметр зрачка в пределах от 2 до 8 мм. Таким образом он регулирует количество света, проходящего через хрусталик на светочувствительную сетчатку. Но на этом аналогия с фотокамерой заканчивается, поскольку про сетчатку уже не скажешь, что это аналог фотопленки.

Сетчатка глаза значительно ближе к светоприемнику современной видеокамеры, состоящему из множества элементарных полупроводниковых приемников света — пикселей. В сетчатке глаза их роль играют светочувствительные клетки. За свою форму одни из них названы колбочками, а другие — палочками. В сетчатке каждого глаза около 7 миллионов колбочек и 120 миллионов палочек.

Палочки работают при слабом освещении и обеспечивают вечернее и ночное зрение. Но они нечувствительны к цвету (именно поэтому нам кажется, что «ночью все кошки серые»). А колбочки могут работать только при ярком свете, т.е. днем, и при этом они чувствуют цвет изображения. Объясняется это тем, что на самом деле в сетчатке глаза присутствуют колбочки трех разных типов, расположенные вперемешку: одни чувствительны к синему, другие — к зеленому, а третьи — к красному (точнее, оранжевому) цвету. Все вместе они довольно точно передают информацию об оттенках изображения. Здесь уже легко увидеть аналогию с кинескопом цветного телевизора, в котором как бы совмещено три одноцветных кинескопа — красный, зеленый - и синий.

Способности глаза

Какие самые мелкие детали может заметить глаз? Это определяется его угловой разрешающей способностью. Если мы не можем различить мелких деталей на картинке, то стараемся поднести ее поближе к глазам. Линейный размер деталей при этом не изменяется, но для глаза возрастает их угловой размер α (рис. 2). Минимальный угол, под которым глаз способен различить две точки по отдельности, называют его разрешающей способностью, или, короче, разрешением. Здоровый глаз в центре своего поля зрения, т.е. там, где на сетчатке плотно расположено большое количество колбочек, имеет разрешение около 1'. Под таким углом вы видите точку в конце этого предложения, если держите журнал в вытянутых руках. При этом вы легко отличаете запятую от точки. Но отодвиньте тест втрое дальше — и вы уже не отличите их друг от друга. (,.,..,,..,.,,.,)

Рис. 2. Угловой размер объекта и четкость его изображения зависят от расстояния

Другая важная способность глаза — различать быстрые движения и изменения картины. Ее называют временным разрешением. Например, в некоторых видеоклипах (обычно, под музыку в стиле рок) картинка меняется 5 - 7 раз в секунду, и глаз способен уловить сюжет всех этих изображений. Но если менять картинку 15 - 20 раз в секунду, то разные изображения сольются в одно, и вы ничего не различите. Это потому, что временное разрешение глаза составляет около 0,1 секунды. Благодаря этому осуществляется «эффект кино»: когда изображение меняется с частотой 24 кадра в секунду, мы не замечаем мелькания кадров, а воспринимаем это как непрерывную картину.

Заметить разницу в освещенности двух соседних поверхностей глаз может только в том случае, если она превышает 2% почти независимо от абсолютной яркости поверхностей. При этом глаз работает как дифференциальный анализатор: он сопоставляет не на сколько, а во сколько раз различаются яркости. Именно поэтому в астрономии привилось понятие «звездная величина». Разница блеска между двумя звездами на 1m означает, что потоки света от них различаются в 2,512... раза. Опытный астроном может заметить разницу блеска двух соседних звезд на 0,02m. Это почти в точности равно тем самым 2% — пороговой чувствительности глаза.

Продолжим аналогию с электронными приборами. Как известно, любая видеокамера имеет систему автоматической регулировки усиления. Глаз — тоже. В темноте его чувствительность повышается в тысячи раз, а при ярком свете — ослабевает. Происходит это не так быстро, как у видеокамеры, поэтому, выходя на яркий свет, мы несколько секунд страдаем от рези в глазах, а попадая в темноту, некоторое время ничего не видим. Полная темновая адаптация глаза происходит примерно за полчаса. По истечении этого срока глаз приобретает максимальную чувствительность (рис. 3).

Рис. 3. Величины предельно слабых звезд, доступных нашему глазу, в зависимости от времени его темповой адаптации. Пороговая чувствительность глаза практически недостижима, поскольку ночное небо не бывает абсолютно темным, в светится за счет излучения атмосферы, космической пыли и далеких звезд.

Особенности зрения

Глаз соединен с мозгом пучком нервных волокон, но их в пучке существенно меньше, чем светочувствительных клеток в сетчатке глаза. Поэтому глаз сам осуществляет предварительную обработку информации и передает в мозг простые образы. Так, в хаотически разбросанных пятнах глаз старается «угадать» контуры геометрических фигур, уже знакомых мозгу. Это его свойство иногда оказывается полезным для астрономов (фигуры созвездий запоминаются легче), а иногда вредным. Пример тому — «открытие» каналов на Марсе или «обнаружение» звездных цепочек и колец.

Нужно помнить, что восприятие зрительных образов — дело тонкое, глубоко связанное с особенностями психики человека. Зная эти особенности, можно без труда обмануть те отделы нашего мозга, которые анализируют двухмерное изображение, зафиксированное сетчаткой глаза, и восстанавливают по нему трехмерный образ исходного объекта. Специалистам известно множество зрительных иллюзий, на использовании которых основано немало цирковых фокусов. Кстати, не менее важно и обратное — умение на плоском рисунке верно передать строение трехмерного объекта. Вершиной манипулирования зрительными образами является рисование «невозможных объектов». Мастерски владел этим искусством голландский художник Мауриц Эшер.

Рисунок М. Эшера

Преобразовывать двухмерное изображение в трехмерную модель ребенок учится с первых дней жизни, ощупывая руками то, что он видит. Поэтому зрение иногда называют «приобретенным умением». При переводе двухмерных образов в трехмерные наш мозг пользуется специальным «словарем» — накопленным в памяти запасом возможных моделей. Причем у каждого из нас этот словарь сугубо индивидуален, связан с конкретным жизненным опытом, с профессией. Недаром каждый по-своему дорисовывает друдлы — загадочные незавершенные картинки. А увидев нечто необычное в небе, каждый из нас по-своему додумывает детали и определяет природу увиденного. Лишь опыт астрономических наблюдений позволяет нам более или менее верно понимать увиденное на небе.

Рисунок М. Эшера

Эффект «полета» Луны

Если в лунную ночь погода выдалась облачная и ветреная, то наверняка вы заметите удивительное явление — так называемый полет Луны (рис. 4). Стоит ей показаться в разрыве облаков, как она «метнется в сторону», и вы невольно вскинете голову и начнете следить за ней. Но через несколько секунд вы убедитесь. что Луна стоит на месте, а летят в действительности облака. Впрочем, если облачность плотная и разрывов в ней мало, то вы можете долго не увидеть Луну второй раз и останетесь в полной уверенности, что «нечто яркое округлой формы быстро пролетело на фоне облаков». Известны случаи, когда именно так рождались слухи об НЛО. Как же объясняется эффект «полета» Луны?

Рис. 4. Проглядывающая в разрывах плывущих облаков Луна кажется быстро летящей по небу

Мы уже знаем, что наш глаз передает в мозг далеко не все, что видит, а лишь самое важное. Но откуда он знает, что важно, а что нет? В процессе биологической эволюции каждый орган человека приобрел такие качества, которые помогают нам выжить. Глаз — не исключение. Он прежде всего выделяет из увиденного ту информацию, которая может относиться к потенциальным жертвам человека или к опасным для него хищникам. И то, и другое обычно связано с движением: жертва убегает, хищник нападает. Поэтому наша зрительная система прежде всего фиксирует изменение, перемещение объекта в поле зрения. Причем осуществляется это наиболее эффективным способом.

Дело в том, что между сетчаткой глаза и корой головного мозга зрительный сигнал испытывает сложные преобразования. В целом он существенно упрощается, но при этом из него выделяется жизненно важная информация, потеря которой могла бы стать гибельной для нас. В частности, сохраняется и даже значительно усиливается информация о перемещении изображения по сетчатке. И даже более того — сохраняется только информация о перемещении. Неподвижные объекты, изображение которых не смещается на сетчатке, глаз через некоторое время вообще перестает замечать. Поэтому, чтобы все же видеть неподвижную картину, глаз постоянно совершает микроскопические повороты на 2 - 3 минуты дуги, создавая тем самым искусственные смещения изображений на сетчатке. Именно поэтому, глядя на звезды, мы иногда замечаем их «прыжки»: в действительности это микроскопические движения глаза.

Другая важная особенность глаза состоит в том, что область четкого зрения находится в центре сетчатки и имеет размер всего несколько градусов, тогда как все остальное поле нашего зрения обладает низкой разрешающей способностью.

Теперь представьте себе, что вы охотник, всматривающийся в неподвижный пейзаж в поисках жертвы. Кстати, умная жертва, почувствовав неладное, замрет, и ее станет очень сложно различить. Но, предположим, жертва вас не замечает и продолжает спокойно пастись. В принципе, у глаза есть две возможности: зафиксировать взгляд на пейзаже или на движущейся жертве. Если бы взгляд был зафиксирован на пейзаже, то раздражающим стимулом, перемещающимся по сетчатке, было бы изображение жертвы. Но сигнал от него был бы слаб, поскольку он покрывает малую часть сетчатки, а качество изображения жертвы было бы плохим, поскольку оно сразу бы вышло из области четкого зрения.

Поэтому эволюция избрала иной путь. Наш глаз фиксирует взгляд на движущейся жертве; ее изображение постоянно остается в центре сетчатки в области четкого зрения. Зато при этом перемещается по сетчатке изображение всего окружающего пейзажа, создавая мощный зрительный импульс и возбуждая внимание. Это стандартная ситуация, и мозг интерпретирует ее однозначно: небольшое зафиксированное изображение в центре поля зрения — это движущийся объект, а окружающее его обширное движущееся изображение — это неподвижный фон.

И вот перед нами картина — бегущие по ночному небу облака и появляющиеся в их разрывах Луна, яркая звезда или планета. Глаз (точнее, мозг) реагирует на эту картину привычным образом — в нашем восприятии облака стоят, а яркий объект стремительно летит. Лишь сознательно и совсем не сразу удается подавить это ощущение, «остановить» небесное светило и «сдвинуть» облака. Для тех кто любит наблюдать небесные явления, это не представляет труда.

Любопытно, что точно так же работает электронная система стабилизации изображения у портативных видеокамер. Если картинка смещается целиком, то система возвращает ее в пределы кадра, предполагая, что причина смещения — дрожание руки оператора. Но если на неподвижном фоне смещается небольшая часть изображения, то система не вмешивается, считая это реальным перемещением одного из объектов съемки. Таким образом, если направить камеру на облачное небо с Луной, то она, как и глаз, постарается «остановить облака и сдвинуть Луну».

Эффект бокового зрения

Чтобы лучше разглядеть предмет, мы смотрим на него «в упор». При этом изображение предмета попадает в центр сетчатки глаза, где плотно расположенные колбочки обеспечивают цветное и очень четкое зрение. Все, что находится за пределом центральной зоны сетчатки, видно расплывчато и без ярких цветов. Однако и боковое зрение имеет свои достоинства.

Во-первых, в центре сетчатки почти нет чувствительных к свету палочек, обеспечивающих наше ночное зрение. А колбочки далеко не так чувствительны, поскольку их спектральный диапазон ограничен определенным цветом. Но центральная область четкого зрения, заполненная колбочками, невелика — всего несколько угловых градусов. А дальше, на периферии сетчатки расположены очень чувствительные к свету (но не различающие его цвет) палочки. Поэтому боковым зрением мы видим ночью менее яркие объекты, которые не видны в упор.

Астрономы часто пользуются боковым зрением, чтобы заметить слабую звезду или туманность, которую не видно при взгляде в упор. Например, определив по карте неба положение Туманности Андромеды (рис. 5), вы можете не отыскать ее в указанном месте (особенно на городском небе), но стоит немного отвести взгляд от этой точки, и вы обязательно увидите там овальное пятнышко, похожее на тусклое пламя свечи, — это и есть знаменитая Туманность Андромеды, гигантская звездная система, подобная нашей Галактике. Не удивляйтесь, что ее трудно различить глазом. Удивитесь тому, что это вообще удается, ведь она в сотни раз дальше тех звезд, которые составляют знакомые вам созвездия.

Рис. 5. Попробуйте найти нв небе Туманность Андромеды, используя боковое зрение. Для этого зафиксируйте взгляд на звезде ν Андромеды или немного левее.

Итак, боковое зрение — ценный инструмент наблюдателя. Если научитесь им пользоваться, он хорошо послужит вам. Но с теми, кому этот эффект не знаком, он может сыграть шутку: заметив на небе краем глаза светящийся объект, вы поворачиваете голову, чтобы рассмотреть его получше, а он... пропадает! Нередко так рождаются легенды об НЛО.

У бокового зрения есть и вторая особенность: оно имеет более высокое временное разрешение, чем центральное зрение. Убедиться в этом легко: взгляните на лампу дневного света сначала в упор, а затем боковым зрением. В первом случае ее свет покажется вам ровным, в во втором — дрожащим: это вы заметили колебания напряжения с частотой 50 Гц, заставляющие мигать люминесцентную лампу. Такой же опыт можно проделать и с экраном телевизора: при взгляде на него в упор вы не замечаете быстрой смены кадров, а боковым зрением без труда отмечаете их мелькание.

Вероятно, эта особенность нашего зрения выработалась еще в древности, когда вокруг человека бродило много опасных хищников, любивших нападать сбоку или сзади. Поэтому именно боковое зрение жертвы должно срабатывать быстро, без задержки сообщая мозгу о нападении. Неважно, что боковое зрение дает нечеткое изображение. Жертве все равно, какой зверь на нее бросился — тигр в полоску или леопард в пятнышках. Главное — быстрее заметить нападение и улизнуть. В наше время быстрая реакция бокового зрения тоже важна: она частенько выручает как водителей, так и пешеходов. Поэтому нужно развивать свое боковое зрение и учитывать его особенности при наблюдении различных оптических явлений — небесных и земных.

Смотреть HD

видео онлайн

бесплатно 2022 года