Зрение человека

В системах передачи визуальной информации оконечным звеном служит зрительный аппарат человека, поэтому грамотное построение телевизионных систем не может быть осуществлено без учета свой ств зр ения. За миллионы лет эволюции зрительный аппарат человека достиг совершенства. По компактности, долговечности, чувствительности, способности приспосабливаться к условиям окружающей среды и потребностям человека среди искусственных систем нет ему равных .

О механизме обработки сигналов в зрительном анализаторе, в результате которой происходят, как полагают, осмысливание видимого и узнавание знакомых предметов, известно еще очень мало. Глубокое изучение этого механизма и других физиологических особенностей зрения и обработки информации в организме человека и животных, возможно, откроет новые пути в решении задач телевидения.

Периферийной частью зрительного аппарата, непосредственно воспринимающей световое излучение, является глаз. В дальнейшем тексте термин глаз для краткости иногда будет применяться как синоним всей зрительной системы.

Строение глаза

Глаз человека (рис. 1.5) представляет собой стекловидное тело 1, заключенное в непрозрачную оболочку — склеру 2, которая в передней части переходит в прозрачную роговицу 3. За роговицей расположена радужная оболочка 4 с отверстием в центре — зрачком, а за ней — хрусталик 5. Пространство между роговицей и хрусталиком заполнено жидкостью. Все это вместе образует оптическую систему глаза, при помощи которой изображение проецируется на внутреннюю поверхность склеры, покрытую светочувствительной оболочкой 6, называемой сетчаткой, или ретиной. Сетчатка содержит два вида светочувствительных рецепторов — колбочки и палочки, а также несколько слоев нервных клеток, с ними связанных. Колбочки образуют аппарат дневного зрения и работают при освещенностях больше 0,01 лк. Палочки образуют аппарат сумеречного зрения, обладают значительно более высокой чувствительностью и способны отличить белую поверхность от черной при освещенности около 0,000001 лк. Зато аппарат дневного зрения обладает более высокой разрешающей способностью и умеет различать цвета.

Под влиянием мышечного воздействия на хрусталик, в результате которого изменяется его кривизна, осуществляется наводка на резкость — аккомодация. При максимальном расслаблении аккомодационных мышц преломляющая сила хрусталика минимальна — глаз сфокусирован на бесконечность. Адаптация, т. е. приспособление к различным освещенностям производится благодаря изменению диаметра зрачка, выполняющего роль диафрагмы в оптической системе глаза, и переключению аппаратов дневного и сумеречного зрения.

Характерно, что светочувствительные элементы на сетчатке распределены неравномерно. Наибольшая плотность распределения колбочек наблюдается в области желтого пятна 7 и в его центральном углублении - фовеа 8.

Угловой размер фовеа около одного градуса, число колбочек в нем — примерно 4000, а плотность их распределения — 180 тысяч на мм 2 . Желтое пятно определяет область ясного видения. Оно имеет овальную форму, удлиненную в горизонтальном направлении. Его угловые размеры примерно 6° на 8°. При рассматривании изображений глаз автоматически совмещает наиболее интересный (информативный) для наблюдателя участок изображения с фовеа. Поэтому зрительная ось 9 глаза, проходящая от фовеа через центр хрусталика к объекту наблюдения, отклонена примерно на 5° от оптической оси, 10, совпадающей с осью симметрии оптической системы глаза.

Функция сетчатки заключается не только в восприятии изображения, но и в предварительной обработке зрительных сигналов перед их поступлением в зрительный нерв 11. Эта обработка происходит в результате передачи сигнала от одного слоя нервных клеток к другому. Последний слой, непосредственно связанный со зрительным нервом, состоит из так называемых ганглиозных клеток. Каждая ганглиозная клетка соединена с волокном зрительного нерва. В области фовеа на одну колбочку приходится одна ганглиозная клетка, а в области периферийного зрения одна ганглиозная клетка обслуживает рецептивное поле, состоящее из большого числа светочувствительных элементов.