§ 2.2. Световая чувствительность глаза

Светочувствительные элементы сетчатки преобразуют световую энергию в химическую, тепловую, электрическую. Установлено, что энергия нервных импульсов на несколько порядков больше энергии падающего света, т. е. между актом поглощения света и возникновением соответствующих сигналов в нервном волокне происходят промежуточные процессы. Световое излучение выступает в качестве сигнала, управляющего этими процессами, к числу которых прежде всего следует отнести фотохимические процессы.

Светочувствительные элементы сетчатки — колбочки содержат родопсин (зрительный пурпур), который при воздействии света распадается на витамин А и белок (ретинин). Освобождающаяся при этом энергия создает сигнал в нервном волокне.

Способность глаза реагировать на световое раздражение характеризуется чувствительностью. Чувствительность глаза к воздействию излучения определяется величиной, обратной яркости поля, вызывающей пороговое раздражение: Чувствительность может измеряться и в единицах, обратных пороговой освещенности наблюдаемого изображения.

Измерения показывают, что глаз способен реагировать на излучение, соответствующее единицам световых квантов Наряду с этим зрительная система обеспечивает нормальное восприятие и при очень высоких яркостях. Способность глаза изменять свою чувствительность и приспосабливаться к различным яркостям наблюдаемого изображения называется адаптацией.

Как уже было отмечено, палочковый аппарат обладает большей чувствительностью, чем колбочковый Палочковый аппарат начинает реагировать на яркости порядка колбочковый — на яркости порядка единиц кандел на квадратный метр. При яркостях около палочковый аппарат ослепляется, так как скорость распада родопсина при таких яркостях увеличивается настолько, что восстановление его начинает отставать, концентрация родопсина резко падает и происходит полное разложение зрительного пурпура. При яркостях работает

только колбочковый аппарат. Таким образом, световой динамический диапазон глаза составляет около 109 Такой широкий динамический диапазон обусловлен прежде всего сложными фотохимическими процессами разложения зрительного пурпура и в меньшей степени явлениями, связанными с автоматическим регулированием воздействующего на сетчатку светового потока в результате изменения диаметра зрачка (диафрагмирования).

Диапазон длин волн, в котором глаз реагирует на электромагнитное излучение, составляет от 380 до 760 нм.

В этом диапазоне длин волн атмосфера, окружающая нашу планету, обладает наибольшей прозрачностью, что свидетельствует о том, что свойства глаза формировались в результате многовековой эволюции живых организмов.

В пределах указанного диапазона чувствительность глаза неодинакова. Кривая, определяющая чувствительность глаза к различным длинам волн, называется кривой относительной видности (кривая 1 на рис. 2.3), Следует заметить, что при существенном уменьшении яркости кривая относительной видности изменяется (кривая 2 на рис. 2.3). При малых яркостях кривая смещается в сторону более коротковолнового излучения, что приводит к увеличению чувствительности глаза к синим лучам и резкому ее снижению к красным — явление Пуркинье.

Рис. 2.3 Кривая относительной видности глаза

Рис. 2.4, Кривые темновой и световой адаптации глаза

Указанная характеристика является исходной при согласовании характеристик устройств ТВС с характеристиками зрения человека.

Феноменологическая модель темновой и световой адаптации разработана советским ученым П. П. Лазаревым; она дает представление о механизмах адаптации и приводит к возможности

количественного описания наблюдаемых явлений. Теория адаптации описывает изменение чувствительности глаза при переходе от стационарного освещенного состояния к большей или меньшей освещенности. Графически эти зависимости для разных исходных освещенностей приведены на рис. 2.4. Как подтверждают измерения, время темповой адаптации составляет десятки минут (30—50 мин), а световой — единицы минут (8—10 мин) Явления темновой и световой адаптации должны учитываться при проектировании систем и наблюдении изображений человеком в условиях нестационарного освещения (изображение флюоресцирующего экрана или экрана электронно - оптического преобразователя в рентгенодиагностике, телевизионные изображения при быстрых изменениях внешнего освещения и др.).