Вопрос 1 (улучшенный развернутый ответ)

Вопрос 2. Основные характеристики зрения

Зрение человека — это сложный биофизический процесс восприятия окружающего мира, основанный на преобразовании световой информации в нервные импульсы, передаваемые в мозг.

Строение глаза включает:

• роговицу,

• хрусталик,

• стекловидное тело,

• сетчатку,

• зрачок.

Наибольшее значение для процесса зрения имеет сетчатка, содержащая два типа светочувствительных рецепторов: палочки и колбочки.

Палочки (около 120 миллионов штук) отвечают за восприятие яркости и работают при слабом освещении (скотопическое зрение). Они позволяют видеть в сумерках и ночью, но не различают цвета. Палочки располагаются преимущественно на периферии сетчатки и обладают высокой чувствительностью, способной фиксировать даже единичные фотоны света.

Колбочки (около 6 миллионов штук) обеспечивают цветовое зрение (фотопическое зрение) и функционируют при хорошем освещении. Существует три типа колбочек, чувствительных к красному, зелёному и синему свету. Они сосредоточены в центральной части сетчатки (макула), особенно в области центральной ямки. Именно работа колбочек легла в основу построения систем цветного телевидения, использующих три основных цветовых канала.

Восприятие яркости глазом человека является нелинейным процессом. При увеличении физической интенсивности света субъективное ощущение яркости растет не прямо пропорционально, а по логарифмическому закону.

Эта зависимость описывается законом Вебера-Фехнера, согласно которому:

Формула: Ощущение = k × логарифм (I / I₀),

где:

• I — интенсивность стимула,

• I₀ — пороговое значение интенсивности,

• k — постоянная, зависящая от типа ощущения.

Практически это означает, что для восприятия различия яркости при высоком уровне освещенности требуется большее изменение интенсивности света, чем при низком.

Максимальное число различимых градаций яркости у человека ограничено физиологическими возможностями зрения. При нормальных условиях человек способен различать около 40–60 уровней яркости. В идеальных лабораторных условиях это число может увеличиваться до 100 градаций. В телевидении считается, что для комфортного восприятия необходимо не менее 50 градаций яркости.

Острота зрения характеризует способность глаза различать мелкие детали объекта. Она определяется минимальным угловым расстоянием между двумя различимыми точками. Нормальная острота зрения соответствует углу в 1 угловую минуту (1/60 градуса). Формально:

Формула: Острота зрения = 1 / минимальный различимый угол (в угловых минутах).

Острота зрения зависит от состояния глаза, освещенности сцены и контраста изображаемого объекта.

Инерционность зрения — это способность сетчатки сохранять восприятие изображения в течение короткого времени после прекращения светового воздействия. Продолжительность инерции зрения составляет около 0,1 секунды. Это свойство позволяет воспринимать быстро сменяющиеся изображения как непрерывное движение и лежит в основе принципа работы кино и телевидения.

Критическая частота мельканий яркости — минимальная частота смены кадров, при которой мелькания перестают быть различимыми для глаза, и изображение воспринимается как непрерывное.

• При ярком освещении критическая частота составляет 50–60 Гц.

• В условиях слабой освещенности она снижается до 20–30 Гц.

Это объясняет выбор частоты смены полей в телевизионных системах: в PAL и SECAM используется 50 Гц, в NTSC — 60 Гц, чтобы избежать восприятия мерцания и снизить нагрузку на зрение.

Восприятие цвета и объема играет важную роль в формировании реалистичного изображения.

Цветовое восприятие обеспечивается тремя типами колбочек, чувствительных к красным, зелёным и синим участкам спектра. Любой цвет воспринимается как результат смешения сигналов этих трёх типов рецепторов, что дало основу для создания трёхкомпонентных систем цветного телевидения.

Объемное восприятие (стереоскопия) обусловлено:

• работой двух глаз (бинокулярное зрение),

• различием между изображениями на сетчатках обоих глаз (стереопараллакс),

• а также монокулярными признаками: перспективой, тенями, градиентами резкости.

Итоговое резюме коротко:

• Палочки — яркость, ночь, высокая чувствительность, нет цветоразличения.

• Колбочки — цвет, день, высокая острота зрения.

• Закон Вебера-Фехнера — ощущение яркости растет логарифмически.

• Острота зрения определяется минимальным различимым угловым расстоянием.

• Инерция зрения позволяет видеть непрерывное изображение.

• Частота смены кадров в ТВ подбирается выше 50–60 Гц, чтобы избежать мерцания.

• Цветовое восприятие основано на работе трёх типов колбочек.