Искусственные глаза

Реальное восприятие
Для получения достоверных изображений нужно, чтобы устройства для восприятия фотографических изображений и их регистрации обеспечивали их передачу как можно более близко к человеческому восприятию. В наших глазах хрусталик переворачивает и фокусирует изображения на сетчатку. На сетчатке есть два типа световых рецепторов: около 120 миллионов «палочек» воспринимают тональные изменения и 6 миллионов «колбочек» дают каждому глазу информацию о цветах. Мозг интерпретирует, переориентирует и воспроизводит эту поступающую в оба глаза сложную информацию в виде трехмерных изображений.

Небольшой участок в центре сетчатки, известный как ямка сетчатки, воспроизводит человеку резко цветные детали. В ямке имеются только колбочки, каждая из которых соединена с мозгом уникальным нервным волокном. Три различных типа колбочек восприимчивы, главным образом, либо к красному, либо к зеленому, либо к синему цвету. В усредненном виде ямка имеет наибольшую чувствительность к желто-зеленой части спектра. Далее от центра ямки колбочки постепенно сменяются палочками. Палочки объединены в группы, они снижают резкость восприятия, но повышают чувствительность. Палочки обеспечивают монохроматическое периферическое зрение в условиях низкой освещенности. Наши глаза имеют очень широкий диапазон чувствительности, адаптируясь к различным условиям освещенности двумя способами. Радужная оболочка в передней части глаза регулирует величину отверстия зрачка, изменяя интенсивность действия света на сетчатку. Чувствительность палочек и колбочек также меняется в течение нескольких минут, адаптируясь к изменяющимся уровням освещенности за счет внутренних химических изменений.

Когда мы наблюдаем два очень схожих цвета, расположенных рядом друг с другом, мы различаем довольно легко самые небольшие вариации цветов. Тем не менее, точное восприятие одного изолированного цвета очень сложно, поскольку наш мозг учитывает окружающее освещение, постоянно адаптируя наше восприятие. Мы воспринимаем лист бумаги, рассматриваемый при свете лампы накаливания, в котором преобладает желтая часть спектра, скорее белым, чем желтым.

Серебряные глаза
Элементы традиционного фотоаппарата в механическом плане работают аналогично глазу. Свет проходит через объектив, который дает на плоскости пленки обращенное и сфокусированное изображение. Интенсивность света, действующего на пленку, изменяется с помощью регулируемой ирисовой диафрагмы или апертуры. Несмотря на то, что диафрагма обеспечивает частичное управление экспозицией, эмульсия фотопленок имеет гораздо меньший диапазон чувствительности по сравнению с нашими глазами и не адаптируется к источникам света с различным цветовым спектром. Поэтому для регистрации объектов съемки, освещаемых дневным или искусственным светом различной интенсивности, выпускается целый ряд эмульсий различных типов.

Цветные фотопленки имеют несколько светочувствительных слоев, содержащих обычно кристаллы галоидного серебра. Под действием света из ионов галоидного серебра выбиваются отрицательно заряженные электроны, которые захватываются примесями кристаллов. В свою очередь, они притягивают свободные, положительно заряженные ионы серебра, образуя скопления металлического серебра. Такие изменения на молекулярном уровне приводят к образованию скрытого негативного изображения, которое становится видимым во время проявления, когда скрытое изображение усиливается примерно в миллион раз. В обычной пленке слой галоидного серебра, ближайший к объективу, чувствителен только к синему свету. Расположенный за этим слоем желтый фильтр не пропускает синий свет к следующему слою, который воспринимает зеленый свет. Последний слой реагирует с красным светом. И зеленый, и красный слои чувствительны также к синему свету, но желтый фильтр не пропускает его. Во время обработки скрытые серебряные изображения заменяются красителями дополнительного цвета. Красное скрытое изображения окрасится в голубой цвет, зеленое станет пурпурным, а синее – желтым. В результате получится негативное изображение голубого-пурпурного-желтого (ГПЖ) цвета, которое экспонируется на цветную фотобумагу. Дополнительная чрезмерная экспозиция и проявление обращаемой фотопленки приводят к тому, что участки, на которых нет изображения, соединятся с голубым-пурпурным-желтым (ГПЖ) красителями, создавая вместо этого позитивное изображение.

Кремниевые глаза
Из-за сложности изготовления матричные чувствительные элементы ПЗС зачастую меньше формата 35-мм фотопленки. Их конструкция имеет большее сходство с глазом, чем фотопленка. Миллионы элементов для восприятия фильтрованных красного, зеленого и синего цветов или фотоэлементов (photosites) в большой матрице можно сравнить с колбочками в центре сетчатки. Интенсивность освещения преобразуется в электрические сигналы как в глазе, так и в ПЗС. В ПЗС частицы света, называемые фотонами (photons), попадают на кремниевый элемент или на подложку элемента, давая дополнительную энергию, нужную для высвобождения атомами кремния отрицательно заряженных электронов. Каждый элемент имеет присоединенный к нему электрический контакт или элемент. При подводе к этому контакту определенного напряжения участок кремния под ним начнет захватывать свободные электроны, то есть он будет функционировать как емкость или приемник электронов. Общий отрицательный заряд свободных электронов, скопившихся в приемнике, пропорционален интенсивности света, поступающего к элементу. О том, как отдельные заряды, накопленные в тысячах рядов элементов ПЗС, преобразуются в изображение, рассказывается в разделах «Бит за битом» и «Вопросы светочувствительности»).