И. Артамонов - Иллюзии зрения

На сетчатой оболочке глаза получается изображение рассматриваемых предметов, причем всегда предмет нам виден на том или ином фоне. Это означает, что некоторая часть светочувствительных элементов сетчатки раздражается световым потоком, распределенным по поверхности изображения предмета, а окружающие светочувствительные элементы раздражаются потоком от фона. Способность глаз обнаруживать рассматриваемый объект по его контрасту с фоном называется контрастной чувствительностью глаза. Отношение разности яркостей предмета и фона к яркости фона называется контрастом яркости. Контраст увеличивается, когда при неизменной яркости фона увеличивается яркость объекта или при неизменной яркости объекта уменьшается яркость фона.

Способность глаза различать форму предмета или его детали называют остротой различения. Если изображение двух близких точек на сетчатой оболочке глаза возбудит соседние светочувствительные элементы (причем если разность яркостей этих элементов выше пороговой разности яркостей), то эти две точки видны раздельно. Наименьший размер видимого предмета определяется наименьшим размером его изображения на сетчатке глаза. Для нормального глаза этот размер равен 3,6 микрона. Такое изображение получается от предмета размером 0,06 мм, расположенного на расстоянии 25 см от глаза.

Правильнее определить предел углом зрения; для указанного случая он составит 50 угловых минут. Для больших расстояний и ярко светящихся предметов предельный угол зрения уменьшается. Пороговой разностью яркостей в данных условиях мы называем наименьший перепад яркостей, воспринимаемый нашим глазом.

Практически глаз обнаруживает разность яркостей в 1,5–2 %, а в благоприятных условиях до 0,5–1 %. Однако пороговая разность яркостей сильно зависит от многих причин: от яркости, к которой глаз был предварительно приспособлен, от яркости фона, на котором будут видны сравниваемые поверхности. Замечено, что сравнивать темные поверхности лучше на фоне более темном, чем сравниваемые поверхности, а светлые поверхности, наоборот, — на более ярком фоне.

Источники света, находящиеся достаточно далеко от глаза, мы называем «точечными», хотя в природе светящихся точек не существует. Видя эти источники, мы ничего не можем сказать о их форме и диаметре, они нам кажутся лучистыми, как и далекие звезды. Эта иллюзия зрения обусловлена недостаточной остротой различения (разрешающей способностью) глаза.

Во-первых, вследствие неоднородности хрусталика лучи, проходящие через него, преломляются так, что звезды окружаются лучистым ореолом.

Во-вторых, изображение звезды на сетчатке настолько мало, что не перекрывает двух светочувствительных элементов, разделенных хотя бы одним нераздраженным элементом. Разрешающая способность глаза увеличивается при помощи оптических приборов наблюдения и, в частности, телескопов, через которые, например, все планеты видны нам как круглые тела.

Приведение осей обоих глаз в положение, необходимое для наилучшего восприятия расстояний, называется конвергенцией. Результат действия мышц, перемещающих глаз для лучшего видения близких и дальних предметов, можно наблюдать следующим образом. Если мы будем смотреть через сетку на окно, то неясные отверстия сетки будут нам казаться большими, а если же смотреть на карандаш перед этой сеткой, то отверстия сетки будут казаться значительно меньшими.

Точки сетчаток двух глаз, обладающие тем свойством, что раздражающий объект виден нам находящимся в одной точке пространства, называются корреспондирующими.

Благодаря тому, что два наших глаза находятся на некотором расстоянии и их оптические оси скрещиваются определенным образом, изображения предметов на разных (не корреспондирующих) участках сетчаток получаются тем более отличными одно от другого, чем ближе к нам находится рассматриваемый предмет. Автоматически, как нам кажется, как бы без участия сознания, мы учитываем эти особенности изображений на сетчатках, и по ним не только судим об удаленности предмета, но и воспринимаем рельеф и перспективу. Эта способность нашего зрения называется стереоскопическим эффектом (греческое стерео — объем, телесность). Нетрудно понять, что наш мозг при этом так же выполняет определенную работу, как и при переворачивании изображения предмета на сетчатке.

Наш орган зрения обладает еще весьма замечательным свойством: он различает огромное многообразие цветов предметов. Современная теория цветового зрения объясняет эту способность глаза наличием на сетчатой оболочке трех видов первичных аппаратов.

Видимый свет (волны электромагнитных колебаний длиною от 0,38 до 0,78 мк) возбуждает эти аппараты в разной степени. Опытом установлено, что колбочковый аппарат обладает наибольшей чувствительностью к желто-зеленым излучениям (длина волны 0,555 мк). В условиях же действия сумеречного (палочкового) аппарата зрения максимум чувствительности глаза смещается в сторону более коротких волн фиолетово-синего участка спектра на 0,45—0,50 мк. Эти возбуждения первичных аппаратов сетчатки обобщаются корой головного мозга, и мы воспринимаем определенный цвет видимых предметов.

Все цвета принято делить на хроматические и ахроматические. Каждый хроматический цвет имеет цветовой тон, чистоту цвета и яркость (красный, желтый, зеленый и т. д.). Ахроматические цвета в сплошном спектре отсутствуют — они бесцветны и отличаются друг от друга только яркостью. Эти цвета образуются благодаря избирательному отражению или пропусканию дневного света (белый, все серые и черный цвет). Текстильщики, например, способны различать до 100 оттенков черного цвета.

Таким образом, зрительные ощущения позволяют нам судить о цвете и яркости предметов, о их размерах и форме, о их движении и взаимном расположении в пространстве. Следовательно, и восприятие пространства является в основном функцией зрения.

В этой связи уместно остановиться еще на одном способе определения взаимного расположения предметов в пространстве — на способе зрительного параллакса.

Расстояние до предмета оценивают или по тому углу, под которым виден этот предмет, зная угловые размеры других видимых предметов, или пользуясь стереоскопической способностью зрения, которая и создает впечатление рельефности. Оказывается, что на удалении, большем 2,6 км, рельеф уже не воспринимается. Наконец, расстояние до предмета оценивается просто степенью изменения аккомодации или путем наблюдения положения этого предмета по отношению к положению других предметов, находящихся на известных нам расстояниях.

При ложном представлении о размере предмета можно допустить большую ошибку в определении расстояния до него. Оценка расстояния с помощью обоих глаз значительно точнее, чем при помощи одного глаза. Один глаз оказывается полезнее, чем два при определении направления на предмет, например при прицеливании. Когда глаз рассматривает не предмет, а изображение, полученное с помощью линз или зеркал, то все указанные выше способы определения расстояния до предмета иногда оказываются неудобными, а то и вовсе непригодными.

Как правило, размеры изображения совершенно не совпадают с размерами самого предмета, поэтому ясно, что мы не можем судить о расстоянии по видимым размерам изображения. При этом очень трудно отделить изображение от самого предмета, и это обстоятельство может явиться причиной очень сильного оптического обмана.

Например, предмет, рассматриваемый через вогнутые чечевицы, кажется находящимся от нас на гораздо большем расстоянии, чем в действительности, ибо его видимые размеры меньше истинных. Эта иллюзия настолько сильна, что она более чем нейтрализует определение расстояния, к которому нас приводит аккомодация глаза. Поэтому нам остается прибегнуть только к единственному способу, при помощи которого мы можем, без всяких приборов, судить о расстоянии до предмета, а именно, к определению положения данного предмета по отношению к другим предметам. Этот метод и именуется методом параллакса. Если наблюдатель встанет перед окном (рис. 3), а между окном и наблюдателем будет находиться какой-нибудь предмет, скажем штатив на столе, и если, далее, наблюдатель передвинется, например влево, то он увидит, что штатив как бы передвинулся вдоль окна вправо. С другой стороны, если наблюдатель взглянет через окно на какой-нибудь предмет, скажем на ветви деревьев, и передвинется в том же направлении, то и предмет за окном передвинется туда же. Заменяя окно линзой и наблюдая через линзу изображение печатного текста, можно определить, где находится это изображение: если за линзой, то оно будет перемещаться при перемещении глаза в ту же сторону, что и глаз. Если же изображение ближе к глазу, чем линза, то оно будет перемещаться в направлении, обратном перемещению глаза.