Тема 2.2 Регистрация излучений

2.2.1 Методы регистрации электромагнитного излучения. Зрительная система человека.

Электромагнитное излучение может регистрироваться различными способами, основанными на его биологическом, химическом, тепловом и электрическом действии. При этом используют различные приёмники излучения:

1. Для оптического излучения используют:

а) глаз человека,

б) фотографические слои,

в) фото- и термоэлектрические элементы

2. Для радиоизлучения используют антенны.

Важнейшими характеристиками приёмников являются радиочувствительность (общая и спектральная), быстродействие, разрешающая способность.

Для корректного дешифрирования снимков и визуальной съемки необходимо знать физиологические особенности зрительной систем человека. Дешифрирование снимков человеческим зрением связано с работой зрительного анализатора, который состоит из трёх отделов: 1) фоторецептора – сосков (концов) зрительного нерва, расположенных в сетчатке глаза, воспринимающих раздражение и преобразующих световые сигналы раздражителей в возбуждение; 2) проводника – зрительных нервов, передающих раздражение в кору головного мозга – центр восприятия; 3) коркового центра зрительного анализатора – здесь нервное возбуждение превращается в зрительное ощущение и формирует образ.

Человеческий глаз ощущает электромагнитные волны длиной 0,4-0,76 мкм при максимуме цветовой чувствительности 0,56 мкм. Он состоит из трёх оболочек (внешней, средней и внутренней), хрусталика и стекловидного тела.

Внешняя оболочка – склера – обеспечивает глазу сохранность формы шара и имеет защитные функции. Более изогнутая и прозрачная передняя часть склеры называется роговицей.

Средняя оболочка состоит из кровеносных сосудов, питающих глаз. Огибая хрусталик, эта оболочка утолщается и переходит в ресничное тело и радужную оболочку, в середине которой имеется отверстие – зрачок, который выполняет в глазу функции диафрагмы фотоаппарата.

Внутренняя оболочка, или сетчатка, состоит из 9 слоёв, раздражение второго слоя вызывает зрительные ощущения. Этот слой состоит из палочек и колбочек, являющихся окончанием разветвлений зрительного нерва.

Хрусталик представляет собой прозрачную слегка желтоватую двояковыпуклую линзу, которая строит изображение наблюдаемых предметов на сетчатке, выполняя роль фотографического объектива.

Стекловидное тело – гелеподобное студнеобразное прозрачное вещество, заполняющее пространство между хрусталиком и сетчаткой в глазу. Оно занимает около 2/3 объема глазного яблока, придает ему форму, обеспечивает тургор и несжимаемость.

Принято считать, что цвет в глазу воспринимается с помощью трёх видов нервных волокон. Возбуждение одного из них даёт ощущение красного цвета, другого – зелёного, третьего – синего. Отражение от реального предмета, состоящее из волн различной длины, возбуждает эти волокна в разной степени, это возбуждение передаётся в мозг, где оценивается степень участия волн разной длины в излучении и формируется цветной образ.

Разумеется, глаз человека – не идеальная регистрирующая свет система, и он не всегда воспринимает зрительный образ таким, какой он есть в реальности. Знание искажений, присущих глазу, позволит корректировать изображение, избегая влияния различных факторов на достоверность дешифрирования.

Основные недостатки и искажения восприятия снимков, вызванные особенностями глаза, следующие:

– цветовые контрасты воспринимаются в зависимости от сочетаний изображаемых объектов. Например, серое поле на чёрном фоне кажется темнее, а на белом – светлее;

– соседние разноцветные пятна представляются сильнее различающимися по цвету, чем воспринимаемые порознь;

– неполная центрировка;

– сферическая и хроматическая аберрация (когда наблюдаемая точка изображается на сетчатке не в виде точки, а в виде кружка);

– иррадиация (заключается в том, что изображение на сетчатке не бывает вполне резким, граница светлого и тёмного очертаний размыта и наблюдатель видит её не там, где она находится в действительности. Границы светлого объекта либо расширены (положительная иррадиация) либо сужены (отрицательная иррадиация).

На достоверность дешифрирования оказывают слияние следующие факторы:

– зрительное утомление;

– процесс аккомодации и адаптации (то есть время, необходимое для фокусировки и восприятия глазом наблюдаемого объекта), занимающий от 0,3 с в случае обычной фотографии до 1,0 с в случае стереоскопической модели местности. Тренированный дешифровщик может принять и обработать одновременно 7-8 разнородных сигналов, остальные сигналы будут пропущены;

– недостаток информации – при полной изоляции изображения объекта на снимке от фона его распознавание затруднительно или вовсе невозможно. Поэтому фотоснимок должен включать не только сам объект, но и его естественное окружение;

– зрительные иллюзии (например, иллюзия обратного рельефа при определённых сочетаниях освещённых и затенённых склонов гор, оврагов, микрорельефа песков и полосы леса).

На эффективность зрительного ощущения влияют пороги чувствительности зрительного анализатора, под которым понимается минимальное световое воздействие, регистрируемое приёмником излучения. Основные виды порогов чувствительности:

– различительный порог, определяющийся контрастом изображения, который различает глаз, то есть разностью оптических плотностей;

– разрешающий порог (острота зрения) – минимальный размер воспринимаемого глазом объекта (установлено, что человек может различить кружок диаметром 0,12 мм, имеющий резкие очертания и различительный порог ≥ 1). Чем больше контраст изображения, тем меньше воспринимаемый размер кружка;

– стереоскопический порог (глубина зрения) – способность видеть глубину пространства и оценивать относительное расположение объектов в пространстве.