Ощущение пространства

Человек обладает способностью пространственного видения. При бинокулярном (двумя глазами) наблюдении точки В (рис. 1.6). з рительные оси обоих глаз в этой точке скрещиваются. Образующийся между ними угол α называется углом конвергенции, или сведения. Чем ближе находится предмет, тем больше угол конвергенции. Пусть рассматривается протяженный объект — прямая ABC — так, что зрительные оси сконвергированы в точке В.

Лучи, идущие в глаза от крайних точек объекта, образуют углы α₁ и α₂ называемые параллактическими. Разность параллактических углов Δα = α₁ – α₂ определяет угловое смещение изображений точек А и С и называется параллаксом. Угловой параллакс приводит к образованию линейного параллакса на сетчатках глаз, определяемого разностью длин отрезков С_лА_л и С_пА_п. Благодаря параллаксу изображения на сетчатках правого и левого глаз оказываются по-разному смещенными относительно положения зрительных осей, что и дает ощущение глубины пространства. Порог глубинного зрения определяется минимальным угловым параллаксом и составляет 10˝ – 20˝.

Ощущение интенсивности света

Глаз воспринимает световое излучение в очень широком интервале яркостей. Отношение максимальной яркости L_{max ,} соответствующей болевому ощущению, к минимальной L_{min ,} еще различимой глазом, достигает 10¹¹ - 10¹²Э тот диапазон яркостей охватывается не одновременно. Глаз каждый раз адаптируется к той или иной средней яркости.

Зрительное ощущение яркости непосредственно измерить невозможно, поэтому его оценивают косвенным методом. При рассматривании двух соприкасающихся полукругов (рис. 1.7) яркостью L и L + ΔL , расположенных в центре поля яркостью L _ф определяющей уровень адаптации глаза, возникает соответственно зрительное ощущение А и А + ΔА. Глаз начинает замечать различие яркостей полукругов при некотором пороговом значении ΔL = ΔL _пор, которое создает ощущение пороговой различимости глаза ΔА_пор. Отношение ΔL _пор/L называется дифференциальным порогом, или пороговым контрастом, а обратная величина L /ΔL _пор — контрастной чувствительностью глаза. Эти понятия характеризуют способность глаза обнаруживать различия между яркостями смежных долей.

Согласно закону Вебера — Фехнера, приращение зрительного ощущения ΔA пропорционально относительному изменению яркости ΔL /L :

lgL +С , где С — постоянная интегрирования.

Отсюда следует, что зрительное ощущение пропорционально логарифму яркости. Однако логарифмическая зависимость ощущения от яркости соблюдается в сравнительно узком диапазоне яркостей.

На рис. 1.8 приведены экспериментально снятые кривые контрастной чувствительности глаза при двух значениях яркости фона L_ф=34,4 кд/м² и L_ф=310 кд/м² и кривые ощущения А , построенные в относительных единицах.

Линейно-логарифмический участок на кривых ощущения простирается при L _ф = 34,4 кд/м² от 13 до 320 кд/м² (между точками а, б), что соответствует контрасту К = 25, а при L_Ф =310 кд/м2 — от 70 до 2000 кд/м2 (между точками а ΄, б΄ ), что соответствует К = 29, хотя одновременно видимый контраст (при адаптации глаз к одному определенному уровню яркости) превышает 1500. Из этих же графиков следует:

контрастная чувствительность глаза максимальна для деталей, яркость которых близка к L _ф;

с увеличением яркости адаптации глаза контрастная чувствительность возрастает.

Пороговый контраст зависит от угловых размеров θ деталей. При значениях θ>15΄ она практически постоянна, но с уменьшением θ она резко падает.

Если в качестве единицы зрительного ощущения выбрать величину ΔА_пор, то световое ощущение можно измерять числом различимых градаций яркости m_LЕ сли на участке от L_min до L_max отношение ΔL /L _пор постоянно, то тогда, очевидно, ступени градаций яркости будут: нулевая — L ₀ = L_min ;

Логарифмируя последнее выражение, получаем

При (ΔL _пор//L ) <<1 логарифм в знаменателе можно разложить в степенной ряд и ограничиться его первым членом, тогда

(1.2)

Где K = L_max/L_min — контраст изображения.

Несложно подсчитать, что на линейно-логарифмическом участке кривой А при L _Ф = 34,4 кд/м², для которого L /ΔL _пор = 25 и К = 25, глаз в состоянии различить 80 градаций яркости.