Техника - молодёжи 1981-07, страница 27
ID Использование хроматическом абер-рацин в коне грукции прибора: О — хрусталик, П — простой приемник, С — сложный приемник, 3 — зеркало, X и Y — вешоды сигналов цветности, Я — вывод суммарного яр-костного сигнала. Если выберем лежащий рядом с зеленым участок спектра, общая чувствительность будет очень высокой, но цвета будут различаться совсем плохо. Пооще всего исполь зовать два аппарата: один для дневного (цветового) и другой для сумеречного (черно-белого) зрения и переключатель. Физиологи счи таю-:, чт > человеческий глаз как раз так и работает. Но, на наш взгляд, подобное решение выгля дит слишком примитивно и неэкономично не только для природы, но и для современной техники. Поэтому вводим в систему автоматическую регулировку полосы. Для этого поищем пигмент с максимумом поглощения вблизи суммарного максимума хлоролаб — эритро-лаб, который бы под действием света разлагался на продукт с мак симумом поглощения вблизи синего (коротковолнового) края рабочей об ласти, а при затемнении восстанавливался бы в первоначальном пь де. Подосрав скорость восстановления, можно было бы установить такой уровень освещенности, ниже которого суммарная полоса иогло щения сузится и цвет перестанет опознаваться, но зато оба приемника станут дружно работать в той области спектра, которая более всего нужна в условиях низкой оссещенгости, — ток, где лежит имум яол'/ченая ночного неба. 1увс1-вител1Ность -лстемы возрастает почти до теоретического предела — вплоть до одного-двух фотонов. Поиски пигмента с нужными свойствами не привели к оригинальному результату. Оказалось, что ближе всего отвечает поставленным требованиям и по положению исходного « получающегося максимума по-лощения, и не •■но рости восстановления использованный природой родопсин. Этот результат дает основание полагать, что мы верно описали способ, которым глаз осуществляет автоматическое переключение зрения с сумеречного на цветовое. Выбрав нужные пигменты, перейдем к очередной задаче — оптимальным образом сконструировать и расположить приемники. Вспомним, что хрусталик обладает существенной хроматической аберрацией. Определяем по формуле линзы положение фокальных плоскостей для различных участков спектра и расстояния между ними. Выбираем форму и размер прием ников с учетом разрешающей способности и хроматической аберрации. Оказывается, что пигменты нужно расположить вдоль прием ника не равномерно, а так, чтобы области их максимальной спект ральной чувствительности совпадали с положением фокальных плос костей соответствующих участков спектра (р и с. 5). При этом для второго (родопсинового) приемника удобнее форма палочки, вытянутой вдоль направления падения света, а первый (сложный) приемник мо жет быть коротким. Здесь необходимо учесть два факюра. Во первых, длинноволно вая область располагается дальше остальных. Поскольку и чувстви тельность к ней ниже (из-за мень шей энергии фотонов), за ней рас положим зеркало, отражающее не-аахваченные длинноволновые фотоны для их повторного прохож дения через пигмент. Во вторых, по соображениям помехостойко-сти каналы для вывода сигналов целесообразно располагать не аа приемниками, а перед ними. Эти «монтажные провода» будут поглощать часть света, идущего к приемникам, однако таким незначи тельным неудобством можно пре небречь. В получившемся приборе воспроизводится устройство глаза, моделируются его нормальная работа и все аномалии цветовос-приятия. ИСКУССТВЕННЫЙ ГЛАЗ С ЕСТЕСТВЕННЫМИ ДЕФЕКТАМИ Посмотрим, что получится, если чего-либо в нашем приборе будет недоставать. Всего возможны три частных случая. 1. Отсутствует пигмент (сенсибилизатор), реагирующий на длинноволновую (красную) область, — эритролаб. Плоскость воспринимаемого цвета (р и с. 6А) вырождается (сжимается) в линию Yn — прибор «заболевает» дальтонизмом 1-го рода — протанопией. 2. Отсутствует хлоролаб, реаги рующий в основном на зеленые лучи, — вырождение в линию Ya — дальтонизм 2-го рода — дейтерано-пия. 3. Отсутствует родопсин — ли ния Хт — куриная слепота — тританопия. Других частных случаев при принятом принципе действия прибора быть не может. В природе они тоже не наблюдаются. Если каких-либо пигментов меньше нормы, вырождение будет неполным. Кроме аномалии цветовосприятия, прибором моделируются три случая полной цветовой слепоты, но здесь мы на них останавливаться не будем, тем более что и у людей они редки. Фотоответ приемников нелиней но зависит от интенсивности света. Он определяется, во-первых, логарифмической реакцией на захва ченные фотоны, во-вторых уменьшением вероятности их за Частные случаи работы прибора. Цветовые области: А — нормального глаза, Б — протанопа, В — дейтера-нопа, Г — тританопа. хвата за счет выцветания пигмен тов, в-третьих, тем, что израсходованная приемником на выдачу сигнальных импульсов энергия вое нолняется не мгновенно. При уве личении интенсивности света при ращение возникающих под его воз действием сигналов будет неодинаково: приращение, идущее от менее возбужденного приемника, будет больше, чем от более возбужденного (р и с. 7). Из этого следует, чго наш прибор будет автоматически вносить поправку на спектральный состав освещения. Без этой поправки белый в сумерках лист бумаги на солнце выгля 24 |
