Евгений Айсберг - Цветное телевидение?.. Это почти просто!
Н. — Границы волн, которые ты даешь для видимого света, определяются как раз нашими органами зрения. И возможно, что в другом мире, населенном существами с иной, чем у нас, анатомией и физиологией, воспринимаемые органами зрения электромагнитные волны расположены в другой части спектра частот. Представь себе одно из таких существ, высаживающихся у нас из летающего блюдца и… ослепленное волнами радиопередатчика.
Л. — Я вижу, что ты читаешь много научно-фантастических книг. Я совершенно не намерен осуждать тебя за это, так как сегодняшняя фантастика завтра часто становится реальностью. Разумеется, можно сказать, что свет и цвет существуют лишь в той мере, в какой мы их воспринимаем. Некоторые философы утверждают, что мир существует лишь в нашем сознании. Но это уводит нас от нашей темы, а мы должны сейчас заняться изучением света. Свет, который доходит к нам от солнца…
Белый свет
Н. — Сверкающий Феб (второе имя Аполлона как божества солнечного света) заливает нас белым светом, который, как доказал Ньютон, на самом деле состоит из излучений всех цветов.
Классический эксперимент с призмой позволяет разложить белый свет на непрерывный цветной спектр. Угол преломления зависит от частоты. Поэтому, проходя через призму, фиолетовые лучи в большей, а красные в меньшей степени отклоняются от своей первоначальной траектории. Между этими двумя крайними точками размещаются синий, голубой, зеленый, желтый и оранжевые цвета.
Л. — Я счастлив слышать, как ты сказал «непрерывный цветной спектр». Действительно, в полученной с помощью призмы полосе цветовые тона постепенно без четкой границы переходят один в другой (рис. 4).
Рис. 4. При прохождении через призму белый свет разлагается и дает непрерывный спектр цветов.
И лишь для удобства определенные участки этой полосы условно обозначают различными названиями (фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный). Существование среди этих условных названий цвета «синий» объясняется лишь стремлением наших дедушек иметь семь цветов; цифра 7 играла известную роль в различных мистических рассуждениях. На самом же деле более обоснованно дать специальное название цвету, занимающему промежуточное положение между зеленым и голубым; это бирюза, но для его обозначения приняли английский термин «циан» (сине-зеленый). Как бы там ни было, мы имеем в спектре излучение всех частот в пределах указанных границ.
Н. — И перед нашими глазами появляются как на показ все возможные цвета?
Л. — Далеко не все. Ибо полученные с помощью призмы спектр или радуга (возникающая в небе тоже в результате преломления света на дождевых капельках) не содержат пурпурного цвета, который получается в результате смешения красного и фиолетового, этих двух крайних цветов спектра видимого света. Но этот пурпурный цвет существует лишь в нашем восприятии; он получается в результате одновременного восприятия красного и фиолетового излучений, соотношения между которыми, впрочем, могут изменяться в широких пределах.
Н. — А можно ли здесь, как и в радиотехнике, излучать не всю полосу частот, какой является солнечный свет, а только колебания одной частоты.
Л. — Такой результат можно получить, накаляя различные газы. Накаленные, газы дают прерывистый (линейчатый) спектр испускания. Так, например, используемые для уличного освещения мощные натриевые лампы излучают желтый цвет с длиной волны 589 и 589,6 нм, т. е. практически монохроматический, что позволяет лучше видеть.
Н. — Почему? Разве желтый цвет лучше воспринимается человеческим глазом?
Хроматическая аберрация
Л. — Совсем нет. Максимальная разрешающая способность человеческого глаза приходится на желто-зеленый свет с длиной волны 555 нм. Но использование монохроматического света позволяет освободиться от явления хроматической аберрации.
Н. — Я никогда не слышал об этом искажающем явлении.
Л. — Как ты знаешь, Незнайкин, глаз можно уподобить фотографическому аппарату, где хрусталик играет роль объектива, а сетчатка — роль светочувствительного слоя. Только что говоря о призме, мы разве не отмечали, что коэффициент преломления изменяется в зависимости от длины волны?
Линзу или объектив, состоящие из нескольких линз, можно рассматривать как множество призм (рис. 5). Лучи здесь преломляются и собираются в одной точке, именуемой «фокусом».
Рис. 5. Схематический разрез глаза.
а — исходящие из одной какой-либо точки лучи разного цвета собираются линзой в более или менее удаленных фокусах в зависимости от частоты различных составляющих света;
б — хрусталик играет роль линзы. Изображение многоцветного предмета образуется в нескольких плоскостях, если аккомодация (достигающаяся изменением кривизны хрусталика) производится по зеленым лучам (к которым глаз наиболее чувствителен), зеленое изображение оказывается в плоскости сетчатки; синее изображение располагается впереди, а красное позади сетчатки. Это означает, что два последних изображения получаются нерезкими.
Теперь ты понимаешь, что у синих лучей фокус располагается ближе к объективу, а у красных лучей — дальше от него.
Когда мы рассматриваем многоцветное изображение, хрусталик настраивается (т. е. изгибается) таким образом, чтобы фокус для желто-зеленых лучей оказался в плоскости сетчатки.
Н. — Но тогда фокус для синих лучей окажется перед сетчаткой, а фокус для красных лучей — позади нее?
Л. — Превосходно. Я вижу, что ты хорошо понял суть этой хроматической аберрации, из-за которой мы не можем одновременно видеть одинаково четко все элементы многоцветного изображения. Но при монохроматическом освещении, как это имеет место при использовании натриевых ламп, аккомодация глаза производится точно на единственную волну в данном случае на волну желтого света, и видимое изображение образуется строго в плоскости сетчатки.
Н. — Если я правильно понял, мы не можем видеть цветные изображения с такой же хорошей четкостью, как изображения монохроматические.
Л. — Ты прав, дорогой друг. Однако разрешающая способность среднего глаза по оси взгляда также хороша как для цветных, так и для черно-белых изображений. Она примерно равна одной угловой минуте, т. е. 1/60 части градуса. На расстоянии в 1 м «средний глаз» способен различить две точки, разнесенные на 0,3 мм. Но такая разрешающая способность не распространяется на изображения, сфокусированные впереди или позади плоскости сетчатки.
Статистические фикции
Н. — Что ты называешь «средним глазом»!?
Л. — Это такая же статистическая фикция, как «средний француз». О нем известно, что за год он потребляет 101,5 кг хлеба, 2,7 кг парижской (вареной) ветчины, 16,6 кг говядины, 37,1 л пива и 170 л виноградного вина. В природе же такого индивидуума не существует. Точно так же нельзя найти и настоящий «средний глаз». Его характеристики составлены на основе измерений, проведенных на тысячах людей, подобранных таким образом, чтобы по их показателям можно было вывести средние значения для всего человечества. Именно так была составлена кривая хроматической чувствительности среднего глаза, которая показывает, что при равной мощности излучения способность восприятия снижается по мере удаления от максимума, который, как я уже говорил, приходится на желто-зеленый участок спектра (рис. 6).
Рис. 6. Кривая относительной чувствительности среднего глаза к различным цветам спектра.
А когда восприятие становится равным нулю, мы выходим за пределы видимого света. Эта кривая играет очень важную роль в технике цветного телевидения. Но я должен повторить еще раз, что она относится к «среднему глазу», и это означает, что в реальной жизни могут быть значительные индивидуальные отклонения.
Н. — Ну, если продолжать разговор на эту тему, я могу сказать, что имеются люди, вообще не способные различать цвета. Их называют дальтониками. Один мой приятель страдает таким недугом. Он признался мне в этом, когда я однажды увидел его разгуливающим в одном зеленом и в одном красном носках.
Л. — Примерно один человек из двухсот не способен различать цвета. Весьма любопытно, что этот недостаток чаще встречается у мужчин, чем у женщин. Имеются также индивидуумы, глаза которых абсолютно нечувствительны к цветам, расположенным близко к красному краю спектра.
