Николай Вершинский - Окно в подводный мир
Что же представляет собой контейнер прозрачной воды?
Это большая оптическая насадка на телевизионную передающую камеру. Контейнер прозрачной воды представляет собой металлический корпус, внутри пустой, а по торцам закрытый стеклянными иллюминаторами. Сделан корпус из легкого сплава. Одним концом корпус крепится непосредственно на передающую камеру. Если контейнер предназначается для работы с камерой на больших глубинах, то его внутренность наполняется чистой водой. Кроме того, для работы на больших глубинах контейнер снабжается клапаном, позволяющим выравнивать гидростатическое давление внутри и снаружи без смешивания жидкостей.
Большой иллюминатор контейнера можно вплотную приложить к наблюдаемому предмету, и теперь можно с успехом рассматривать его даже в очень мутной воде, потому что между ним и передающей камерой на всем расстоянии нет мутной воды. Без контейнера передающую камеру пришлось бы прижимать вплотную к месту повреждения. Но беда в том, что поле зрения получилось бы таким маленьким, что в большинстве случаев осмотр потерял бы смысл. Да и объектив трудно фокусировать на очень коротких дистанциях.
Применение контейнера облегчает телевизионные наблюдения в мутной воде лишь на малых расстояниях и увеличивает дальность видения с 90 до 270 сантиметров, и только! Нельзя сделать металлический контейнер длиной в десятки метров. Между тем для многих целей очень важно иметь дальность видения в воде побольше. Как же быть? Нельзя ли придумать какие-нибудь другие способы увеличения дальности видения? По-видимому, можно.
Например, известно, что некоторые химические соединения обладают свойством просветлять воду. К их числу относятся квасцы. Да, обыкновенные квасцы! Если к мутной водопроводной воде добавить некоторое количество квасцов, то она очищается. Мельчайшие взвешенные частицы, делавшие ее мутной, выпадают на дно в виде осадка. Под действием квасцов отдельные мельчайшие частички укрупняются и уже не могут больше свободно плавать в воде. Сила тяжести берет верх. Такой способ очистки воды применяется в лабораториях. Но еще никто не пробовал применять его в море или в реке. Слишком большое количество очищающего вещества — коагулятора надо было бы ввести для очистки.
Но нельзя ли вместо квасцов найти какой-нибудь другой более эффективный коагулятор? Представьте себе, что химики найдут вещество, в 10 раз более активное, чем квасцы. Специальный насос будет впрыскивать этот эффективный коагулятор в просматриваемое пространство перед телевизионной камерой. И тогда, пока течение и волны не перемешают очищенный объем воды с окружающей мутной водой, можно будет провести необходимые наблюдения.
Этот способ напоминает отчасти времена парусного флота. Тогда, чтобы на некоторое время ослабить волнение, моряки лили за борт масло. Растекаясь, оно уменьшало волну, и корабль мог за эти несколько минут пройти через наиболее опасные места.
Но у нас пока еще нет достаточно эффективного коагулятора…
СВЕТОВАЯ ДЫМКА
Главное препятствие для телевизионных наблюдений в воде — это дымка рассеянного света. Поэтому наблюдаемые в воде предметы освещать надо так, чтобы обеспечить минимальную яркость дымки. Но как это сделать?
Посмотрим с улицы в комнату через окно, прикрытое тюлевой занавеской. Если дело происходит днем, мы не увидим в комнате почти ничего. Если же в комнате горит свет, то мы свободно рассмотрим ее внутренность, несмотря на наличие той же занавески. При освещении изнутри занавеска в значительно меньшей степени препятствует наблюдениям. И происходит это потому, что обращенная к нам вуаль (т. е. занавеска) не освещена снаружи: она почти не понижает контраст. Между освещенными предмета-ми за ней, т. е. в комнате, и темнотой вокруг окна.
Именно с этим явлением мы сталкиваемся при наблюдении в воде самосветящихся объектов. Горящая в воде электрическая лампа видна на значительно большем расстоянии, чем предметы, освещенные посторонним источником света. Увеличивает дальность видимости и более высокий контраст, которым обладает нить лампы, и то, что световая дымка образована лишь за счет рассеянных лучей, идущих от лампы. При наблюдении обычных, не самосветящихся предметов световая дымка образована рассеянными световыми лучами, идущими сначала к освещаемому объекту, а затем от него к объективу передающей камеры. Естественно, что яркость световой дымки в этом случае ярче и видимость ухудшается.
Однако, как мы сейчас увидим, и обычные, не самосветящиеся предметы можно поставить в условия, приближающиеся к условиям наблюдения самосветящихся, создать для них такой же режим освещения. Для этого необходимо расположить источники света как можно ближе к наблюдаемому предмету. Тогда световая дымка будет образовываться только при распространении отраженных световых лучей, т. е. создадутся условия, близкие к тем, при которых наблюдается самосветящийся предмет. Вследствие этого возрастает и возможная дальность видимости.
Однако на практике далеко не всегда можно выполнить это условие. Попробуйте-ка поднести сильную осветительную лампу вплотную к какой-нибудь крупной рыбе, находящейся в десятке метров от передающей камеры! Наверное вы не сможете этого сделать. А если сможете, то не лучше ли будет передвинуть поближе уже не только осветительную лампу, но и самую передающую камеру? Очевидно, такой способ освещения применим лишь в тех случаях, когда к объекту наблюдения можно вплотную подвинуть осветитель, но нельзя приблизить передающую камеру.
Если неудобно выносить светильники далеко вперед, то не могут ли их заменить световые вспышки, производимые с помощью каких-либо патронов, начиненных световым составом? Световые патроны должны каким-то простейшим путем достигать наблюдаемого предмета и только по достижении его вспыхивать. Очевидно, этот способ также практически неудобен.
БЫСТРЕЕ СВЕТА?!
Нельзя ли создать условия освещения, обеспечивающие отсутствие дымки, или, точнее говоря, минимальную дымку, и при обычном расположении светильников, т. е. вблизи камеры?
Предполагают, что можно, но для этого нужно, чтобы источник света горел не непрерывно, а давал бы отдельные вспышки, импульсы. Световой импульс посылается источником на объект, отражается от него и возвращается к передающей камере. Если длительность светового импульса, воспринимаемого камерой, достаточно коротка, рассеянное излучение придет к камере позже основной части импульса, отраженного от наблюдаемого объекта. Чтобы отсечь часть светового импульса, несущую полезную информацию от объекта, от его хвоста, состоящего из рассеянного света, камера должна быть снабжена особым быстродействующим затвором. Открытие затвора должно происходить с определенной задержкой в зависимости от длины пути световых импульсов в воде. Вся установка в целом для освещения в воде на новом принципе несколько напоминает современный радиолокатор, но отличается от него рядом очень существенных особенностей. Прежде всего необходима очень малая длительность световой посылки.
Английские ученые, например, считают, что новая система должна работать на световых импульсах, имеющих длительность порядка одной сотой микросекунды. Но получить достаточно мощный световой импульс длительностью в одну стомиллионную долю секунды — это сама по себе сложная задача.
В данном случае она осложняется еще и тем, что необходимо обеспечить достаточно высокую частоту повторения световых посылок.
Будущее покажет, какой из новых методов освещения даст наилучшие результаты в подводном телевидении. А пока, как это часто бывает, в технике подводного освещения идут на компромиссное решение вопроса. Для уменьшения влияния световой дымки светильники стараются отнести, по возможности, в стороны от передающей камеры и выдвигают их как можно дальше вперед.
КАК ВИДЯТ РЫБЫ И ПЕРЕДАЮЩИЕ КАМЕРЫ?
Как видят рыбы? Ответ на этот вопрос очень интересен для конструкторов подводных телевизионных установок. Ведь рыбы живут в воде миллионы и миллионы лет! Можно предполагать, что уж они-то хорошо приспособились для наблюдений в воде. Поэтому было бы очень интересно узнать, каково поле зрения у рыб, какие цвета они наиболее хорошо видят, какова контрастная чувствительность их зрения и, наконец, как далеко они могут видеть в воде.
Но не так-то просто получить у рыб ответы на все эти вопросы!
Уже довольно давно американскому физику Вуду удалось определить поле зрения глаза рыб. С помощью ряда остроумных опытов он нашел, что поле зрения каждого глаза рыбы составляет около 180°. Это очень много — видеть в целой полусфере одним глазом. Для сравнения можно сказать, что поле зрения человеческого глаза в воздухе не составляет и двух третей поля зрения рыбы. Если вспомнить, что глаза у рыб расположены по бокам головы, то надо признать, что рыбы могут видеть одновременно вперед и назад, т. е. просматривать почти все окружающее их пространство воды. Столь широкое поле зрения необходимо и при подводных телевизионных наблюдениях. Но современная оптика подводного телевидения еще далека от достижения этой цели, хотя, судя по сообщениям печати, уже имеются камеры, поле зрения которых в воде составляет несколько более 100°.
