4.3. Адаптация.

Чувствительность глаза сохраняется при разных условиях освещения. В таблице 1.4.2. приводятся значения освещенности в различных условиях освещения. Можно отметить,что освещенность пейзажа летним солнцем в 4 000 раз больше освещенности, создаваемой в комнате 100-ваттной лампой. Однако глаз в обоих случаях хорошо различает детали объектов.

Таблица 1.4.2.

Условия освещенности	Освещенность, лк
Земная поверхность в безлунную ночь	0,00002
Земная поверхность ночью в полнолуние	0,2
Земная поверхность в сумерках	1-500
Земная поверхность в летний солнечный день, в тени	6000-15 000
Земная поверхность в летний облачный день	5000-25 000
Земная поверхность в летний солнечный день	50 000-120 000
Стол, освещаемый настольной лампой мощностью 100 Вт	80-200
Пол комнаты, освещаемой лампой 100 Вт с высоты 3 м	20-30
Тротуар под уличным фонарем	1-6

Человек вполне удовлетворительно видит и при освещенности в 1 лк, создаваемой ночью уличными фонарями, т.е. при освещенности в 100 000 раз меньшей, чем при солнце. Мы получаем световую информацию и в полнолуние, когда освещенность почти в 1 000 000 раз ниже, чем при солнце. В темноте светочувствительные палочки сетчатки глаза переходят в другое химическое состояние, в котором они могут воспринимать даже очень слабый свет. При свете звезд, в безлунную ночь зрение позволяет человеку ориентироваться, хотя освещенность при этом в сотни миллионов раз меньше, чем при открытом солнце.

Такой широкий диапазон освещенностей, создающих световое ощущение, объясняется способностью глаза приспосабливаться к разным уровням яркостей деталей рассмативаемого объекта и настраиваться на ее средний уровень. Процесс приспосабливания глаза к изменению условий освещенности называется адаптацией (от лат. adapto – приспособляю). Кроме яркостной адаптации, примеры которой рассматривались выше, известна цветовая адаптация. Она состоит в том, что под влиянием предшествующего светового освещения, цветовое восприятие изменяется. Если, например, посмотреть на ярко красный объект, а затем – на белый, то белый объект в течение некоторого времени будет восприниматься как зеленый. Одновременный же цветовой контраст будет проявляться в том, что рядом с участком красного цвета светлые участки получают голубой оттенок, а если рядом с белым участком будет расположен желтый, то можно увидеть фиолетовый оттенок. Механизм цветовой адаптации заключается в уменьшении концентрации зрительного пигмента в тех колбочках, которые особенно интенсивно работают при предадаптационном освещении. В этих примерах при цветовой адаптации происходит уменьшение концентрации пигмента в красночувствительных рецепторах. Вследствие этого при рассматривании белого поля будут работать главным образом зеленочувствительные и синечувствительные колбочки и у глаза будет ощущение зелено-голубого. В процессе цветовой адаптации также изменяется цветовая чувствительность глаза.

Процесс увеличения чувствительности глаза при переходе от большой яркости к малой называется темновой адаптацией (рис. 1.4.4). Если происходит приспособление глаза к большой яркости, то это световая адаптация (рис. 1.4.5).

Рис.1.4.4 – Темновая адаптация

Рис.1.4.5 – Световая адаптация

Адаптационные процессы по скорости зрительных реакций можно разделить на три вида:

- Самая быстрая реакция на вспышки света осуществляется закрытием век и уменьшением диаметра зрачков. Эта адаптация одновременна для обоих глаз. Чувствительность падает тем быстрее, чем выше эта яркость. К большой яркости наблюдатель привыкает за 4-8 мин. Скорость световой адаптации зависит от яркости поверхности, на которую адаптируется глаз. Как видно из графиков световой адаптации (рис.1.4.5) процесс уменьшения чувствительности также зависит от предадаптационной яркости, которая указывается цифрами над кривыми: 1, 2, 3 и 4 кд/м².

- Самая медленная адаптация – темновая. Она может происходить при переходе из ярко освещенного помещения в темное, неосвещенное. Из рис.1.4.4 видно, что темновая адаптация происходит в течение 40-60 мин. и более. Если темновой адаптации предшествовала большая яркость, то возрастание чувствительности глаза происходит по кривой 1. В случае незначительной предадаптационной яркости процесс увеличения чувствительности пойдет по кривой 2.

- Средняя по скорости адаптация происходит в результате перемещения взора с более темных участков поверхности на менее темные, а также в обратном направлении. Происходит усиление кажущегося контраста участков расположенных рядом.

В основе яркостной адаптации лежат несколько механизмов. Один из них называется зрачковым рефлексом, о котором упоминалось при рассмотрении строения глаза. Диаметр зрачка увеличивается от минимального 1,6-2 мм при высокой яркости до 8-10 мм при низкой яркости. Световой поток, поступающий в глаз, возрастает при этом в 25 раз, т.е. пропорционально площади зрачка. Прямо пропорционально этому значению увеличивается и чувствительность.

Более мощный механизм адаптации заключается в двойственности световоспринимающей системы глаза. В темноте светочувствительные палочки сетчатки глаза переходят в иное химическое состояние, при котором они могут воспринимать очень слабый свет.

Световая чувствительность палочек и колбочек существенно отличается. Палочки начинают работать при очень низких яркостях предметов – менее 0,01 кд/м². И после адаптации к темноте палочки позволяют отличить белую поверхность от черной даже при освещенности 10^-6 лк. Эти рецепторы обеспечивают так называемое сумеречное зрение, когда освещенности невелики. В полутьме не различаются цвета, плохо видны детали предметов. При слабом освещении палочки объединяются в зоны суммации, что позволяет дополнительно повысить их светочувствительность и сделать заметным перемещения объектов за пределами желтого пятна. Изображение, образующееся на периферической ее части, не дает подробной информации об объекте. Оно позволяет лишь ориентироваться в пространстве. Т.е. даже в сумерках человек может легко ориентироваться, получая достаточно общее представление о предметах внешнего мира.

Принято, что при средних, промежуточных освещенностях, когда яркости окружающих предметов находятся в пределах 0,01 кд/м² -10 кд/м², палочки и колбочки работают совместно.

По мере увеличения освещенности палочковый механизм постепенно выключается, и при высоких яркостях объекта (яркость более 10 кд/м²) начинают работать только колбочки. Поэтому колбочковое зрение называется дневным. При таких высоких освещенностях глаз адекватно воспринимает цвета и различает мелкие детали объектов.

Необходимо отметить, что согласно модели адаптационного четырехцветного зрения Л.Ф. Артюшина, палочковые рецепторы все же функционируют постоянно. И при ярком освещении зрение адаптируется выделением черного пигмента, обеспечивающего постоянное наличие черно-белой светотени.

Способность глаза адаптироваться к широкому диапазону яркостей поистине поразительна: даже при соотношении яркостей 800:1 он может различать детали как в ярких, так и в темных местах объекта.  

Исследования показали, что глаз может воспринимать и более широкий диапазон яркостей – порядка 1200:1. Такое соотношение получается, если учитывать «темновое» зрение – способность видеть ночью или в очень слабо освещенном помещении. Но при ярком освещении «темновое» зрение не работает, поэтому для оценки адаптационных способностей глаза можно ограничиться соотношениями яркостей 800:1.

Отношение воспроизводимых яркостей самых светлых и самых темных различимых деталей называют динамическим диапазоном прибора – глаза, кино-, фотопленки или видеокамеры.

Зрительный процесс в условиях изменяющейся чувствительности называется неустановившимся. В момент окончания адаптации чувствительность глаза становится постоянной, а зрительный процесс становится установившемся. Все цветовые измерения и исследования проводятся в условиях установившегося зрения, кроме случаев изучения самого адаптационного процесса.