аог65го56. Методичка по ВИК 2021. Методическое пособие для сдачи общего экзамена Разработал Специалист iii уровня
 Скачать 3.66 Mb.
|
|
Дисперсия в жизни: Природные явления – радуга, красный закат, сверкание граней бриллиантов В спектральных приборах с дисперсионной призмой, где требуется получить монохроматическое излучение от источника белого света. Фотоэффект В начале XX века было установлено, что свет излучается и поглощается отдельными порциями – квантами. Энергия E каждого кванта пропорциональна частоте излучения: E = hν Здесь h – постоянная Планка, равная: h = 6,63·10–34 Дж·с Фотоэффектом называется явление высвобождения электронов с поверхности тела под действием электромагнитного излучения. 22 Фотометрия. Светотехника Воздействие на глаз или какой-либо другой приемный аппарат состоит, прежде всего, в передаче этому регистрирующему аппарату энергии, переносимой световой волной. Фотометрия – раздел физики, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом. При этом значительное внимание уделяется вопросам измерения интенсивности света и его источников. Фотометрия сводится к измерению энергии, переносимой световой волной. Прежде всего, необходимо дать определение тем величинам, которые фигурируют в измерительной практике. Таблица 1.2. Световые величины Единицы световых величин в международной системе единиц СИ (SI) Наименование величины Наименование единицы Выражение через единицы СИ (SI) Обозначение единицы русское международное Сила света кандела кд кд cd Световой поток люмен кд·ср лм lm Световая энергия люмен-секунда кд·ср·с лм·с lm·s Освещенность люкс кд·ср/м 2 лк lx Светимость люмен на квадратный метр кд·ср/м 2 лм·м 2 lm/m 2 Яркость кандела на квадратный метр кд/м 2 кд/м2 cd/m 2 Световая экспозиция люкс-секунда кд·ср·с/м 2 лк·с lx·s Энергия излучения джоуль кг·м 2 /с 2 Дж J Поток излучения, мощность излучения ватт кг·м 2 /с 3 Вт W Световой эквивалент потока излучения люмен на ватт кд·ср·с 3 кг·м 2 лм/Вт lm/W Поверхностная плотность потока излучения ватт на квадратный метр кг/с 3 Вт/м2 W/m 2 Энергетическая сила света (сила излучения) ватт на стерадиан кг·м2/(с 3 ·ср) Вт/ср W/sr Энергетическая яркость ватт на стерадиан- квадратный метр кг/(с 3 ·ср) Вт/(ср·м 2 ) W/(sr·m 2 ) Энергетическая освещенность (облученность) ватт на квадратный метр кг/с 3 Вт/м 2 W/m 2 Энергетическая светимость (излучаемость) ватт на квадратный метр кг/с 3 Вт/м 2 W/m 2 В качестве эталона свечения было выбрано светящееся абсолютно черное тело (сажа) при температуре затвердевания химически чистой платины Pt: Т==2042 К. Излучение, уходящее нормально к поверхности тaкoгo тела с участка площадью 1\60 см2 ==1,66666...мм 2 создает силу света J в одну канделу [1 кд]. Кривая спектральной чувствительности глаза или спектральная световая эффективность глаза представлена на рис. 1.28. 23 рис. 1.28. Кандела – это основная светотехническая единица. Она измеряет силу cвeта видимую глазу (а глаз один и тот же светящийся предмет в различных условиях видит по-разному). Для длины волны λ == 555нм сила света 1кд == энергетической силе света 683 Вт/ср. Энергетические и светотехнические характеристики сравниваются при длине волны 555 нм. Для дрyгих длин волн сила света Jэ не меняется, а глаз видит меньшую силу света. Поэтому все светотехнические величины, относящиеся к зрительному восприятию человека, во всех фотометрических законах употребляются без слова "энерrетическая" и выражаются через канделу. Световой поток Ф = ∫ 𝐽𝑑𝛺[лм] - люмен это поток света в пределах телеснoгo yгла в один радиан при силе света в 1кд: 1лм==lкд*ср. Светимость М = 𝑑Ф 𝑑𝑆 [ лм м2 ] - световой поток, приходящий с 1м2 светящейся поверхности (раньше радлюксы, радфоты). Освещенность 𝑬 = 𝑑Ф 𝑑𝑆 [1 люкс = 1 лк = 1 лм м2 ] (раньше фот). Освещенность - это количество света или светового потока, падающего на единицу площади поверхности. Она обозначается буквой Е и измеряется в люксах (лк). 1 люкс – освещенность такой поверхности, на каждый квадратный метр которой равномерно падает поток в 1 лм. Освещенность это возможность полноты восприятия человеческим глазом картины окружающего мира. Полная темнота (отсутствие освещенности) - полная изоляция глаза человека от исследуемого объекта. Освещенность измеряется с помощью: измерителя освещенности – люксметр. Приведем несколько общепринятых показателей освещенности: Лето, день под безоблачным небом - 100 000 люкс Уличное освещение - 5-30 люкс Полная луна в ясную ночь - 0,25 люкс. Освещенность при визуальном и измерительном контроле должна быль не менее 500 люкс. Освещенность при визуальном осмотре регламентируется ГОСТом 23479. 24 Таблица 1.3. Нормы освещенности поверхности объекта при визуальном контроле в зависимости от контраста дефекта с фоном и его размером. Яркость В = 𝑑Ф 𝑑𝛺𝑑𝑆𝑐𝑜𝑠𝜃 [ кд м2 ] - яркость источника, каждый квадратный метр поверхности кoтopoгo имеет в данном направлении силу света в одну каделу. Яркость— это сила света, излучаемая единицей площади поверхности в определенном направлении. Единица измерения яркости - кандела на метр квадратный (кд/м2). 25 Поверхность сама по себе может излучать свет, как поверхность лампы, или отражать свет, который поступает из другого источника, например поверхность дороги. Поверхности с разными свойствами отражения при одинаковой освещенности будут иметь разную степень яркости. Яркость, излучаемая поверхностью dA под углом Ф к проекции этой поверхности, равняется отношению силы света, излучаемого в данном направлении, к проекции излучающей поверхности (рис. 1.29). рис. 1.29. Яркость. Как сила света, так и проекция излучающей поверхности, не зависят от расстояния. Следовательно, яркость также не зависит от расстояния. Несколько практических примеров: Яркость поверхности солнца - 2000000000 кд/м2 Яркость люминесцентных ламп - от 5000 до 15000 кд/м2 Яркость поверхности полной луны - 2500 кд/м2 Искусственное освещение дорог - 30 люкс 2 кд/м2 При яркостях, больших 1500 2 /М КД , зрачок максимально сужен и глаз быстро утомляется. Светоизмерительные приборы: фотометры, люксметры, измерители освещенности, яркометры Фото́метр — прибор для измерения каких-либо из фотометрических величин, чаще других — одной или нескольких световых величин. Фотометр – это общее название всех светоизмерительных приборов. При использовании фотометра осуществляют определённое пространственное ограничение потока излучения и регистрацию его приёмником излучения с заданной спектральной чувствительностью. Освещённость измеряют люксметрами, яркость — яркомерами, световой поток и световую энергию — с помощью фотометра интегрирующего. Приборы для измерения цвета объекта называют колориметрами. рис. 1.30. 26 Виды освещения: Естественное освещение - Освещение помещений светом неба (прямым или отражённым), проникающим через световые проёмы в ограждающих конструкциях. В большинстве случаев наиболее предпочтительное освещение с точки зрения его качества и энергетической эффективности. Препятствием для повсеместно наиболее полного его использования является сложность управления лучами естественного света для защиты от блёскости, например, при работе с компьютерными и видео терминалами. Опыт показывает, что оптимальное естественное освещение обеспечивает более высокий уровень производительности зрительной работы. Источники естественного освещения – природные материальные объекты и явления. Совмещённое освещение - освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняется искусственным. Рабочее освещение - освещение, обеспечивающее нормируемые осветительные условия (освещённость, качество освещения) в помещениях и в местах производства работ вне зданий. Общее освещение - освещение, при котором светильники размешаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположению оборудования (общее локализованное освещение). Комбинированное освещение – освещение, при котором к общему освещению добавляется местное. Местное освещение - освещение, создаваемое светильниками, концентрирующими световой поток непосредственно на рабочих местах. Рабочая поверхность - поверхность, на которой производится работа и нормируется освещённость. Фон - Поверхность, прилегающая непосредственно к объекту (к дефекту) различения, на которой он рассматривается. Коэффициент отражения фона, на котором рассматривается объект, входит в число показателей, характеризующих сложность работы на рабочем месте. По нормам России фон считается: – светлым при коэффициенте отражения более 0,4, – средним – от 0,2 до 0,4 – темным – менее 0,2. При увеличении коэффициента отражения фона видимость объекта (дефекта) улучшается. При проведении визуального контроля с увеличением коэффициента отражения поверхности объекта контроля требуемая освещенность указанной поверхности может быть понижена. При солнечном освещения коэффициент отражения составляет 65 – 80% для белого и 3 – 10% для черного цвета; яркостный контраст 85 – 90%. Цвет любого тела вызван избирательным поглощением и отражением; коэффициент отражения у таких тел будет зависеть от . Поэтому для сравнения следует руководствоваться светлотой соответствующих серых тонов. Коэффициенты отражения некоторых отделочных материалов: – белая краска – 0,7 ... 0,8; – светлые обои – 0,5 ... 0,7; – белый мрамор – 0,45; – красный кирпич – 0,3; – тёмное дерево – 0,1 ... 0,25; – асфальт – 0,07. При светлой отделке помещений можно добиться заметно большего уровня освещённости, без специального увеличения мощности освещения. Цвета непрозрачных тел Многообразие цветов и оттенков в окружающем нас мире объясняет явление дисперсии. При взаимодействии с различными телами лучи света разного цвета по-разному отражаются и поглощаются этими телами. Тела, окрашенные в белый цвет, отражают лучи света разных частот одинаково хорошо. Тела, окрашенные в черный цвет, поглощают лучи света разных частот одинаково хорошо. Непрозрачные тела окрашиваются в тот цвет, лучи света которого они хорошо отражают. 27 Яркостный контраст, К - Яркостный контраст, или контраст объекта различения с фоном, является важной характеристикой объекта зрительной работы и определяет восприятие зрительной информации. В изуальное восприятие объекта возможно только при наличии контраста между объектом (дефектом) и фоном. Согласно ГОСТ 23479 контраст определяется по формуле: К = (Вф-Вд) / Вф; (Вд – яркость изображения дефекта, кд/м2; Вф – яркость фона, окружающего дефект, кд/м2): Контраст объекта различения с фоном считается: – большим – при К > 0,5 (объект и фон резко отличаются по яркости); – средним – при 0,2 > К > 0,5 (объект и фон заметно отличаются по яркости); – малым – при К < 0,2 (объект и фон мало отличаются по яркости). Когда объект имеет абсолютный контраст, то К=1, при его отсутствии (объект сливается с фоном) К=0. Минимальная величина К, при которой глаз воспринимает соседние детали, называется порогом контрастной чувствительности глаза. Она зависит от яркости объекта и фона, его углового размера и чёткости контура объекта на фоне. Наиболее отчетливое восприятие изображения возможно при максимальном контрасте между объектом и фоном. При этом сила действия контраста прямо пропорциональна разности коэффициентов отражения поверхностей объекта и фона. Максимального яркостного контраста можно достигнуть при использовании белого и черного цветов, которые имеют соответственно наибольший и наименьший коэффициенты отражения. Блесткость, Ослепленность Показатель ослепленности. Это Наличие в поле зрения блеских источников, вызывающих слепящее действие, снижает уровень практически всех функций зрения, а, следовательно и общую работоспособность. В связи с этим в нормативных документах всех стран регламентируют меры по ограничению слепящего действия осветительной установки. В случае блескости исследуемых объектов (участков) используются очки полароид (которые исключают поляризацию света), исключающие блесклость. В случае проведения работ в полевых условиях в ясную солнечную погоду также есть вероятность влияния блескости металлической контролируемой поверхности. В этом случае используются очки – поляризаторы, отсекающие составляющую света вызывающую слепящее воздействие на оператора. Видимость объекта контроля. Качество изображения дефекта, определяющее его выявляемость, называется видимостью V = k/k min, где k и k min - фактический и минимальный в данных условиях контраста. Для того, чтобы улучшить видимость выявляемых дефектов (увеличения контрастности и четкости) рекомендуется использовать очки с желтыми стеклами Цвета прозрачных тел Цвет прозрачного тела определяется составом того света, который проходит через него. Если прозрачное тело равномерно поглощает лучи всех цветов, то в проходящем белом свете оно бесцветно, а при цветном освещении имеет цвет тех лучей, которыми освещено. При пропускании белого света через окрашенное стекло оно пропускает тот цвет, в который окрашено. Это свойство используется в различных светофильтрах. Таблица 1.4. Цветное оптическое стекло (светофильтры и заготовки) тип стекла марка стекла назначение желтое стекло ЖС-4 Поглощение ультрафиолетовой области спектра ЖС-10 Поглощение ультрафиолетовой области спектра (короче 390 нм); в комбинации с ПС13 выделение линии ртутного спектра 405 нм. ЖС-11 Поглощение ультрафиолетовой области спектра (короче 410 нм); в комбинации с СС15 выделение линии ртутного спектра 436 нм. ЖС-12 Фотография; в комбинации с СЗС20 выделение участков спектра в области 450-540 нм. ЖС-16 Фотография; в комбинации с СЗС21, СЗС22, СЗС20 выделение участков спектра в области 470-570 нм. 28 ЖС-17 Фотография; наблюдательные приборы; в комбинации с СЗС21, СЗС22 выделение области спектра 480- 570 нм. ЖС-18 Фотография; в комбинации с СЗС21 и СЗС22 выделение области 480-570 нм. оранжевое стекло ОС11 Фотография; наблюдательные приборы; в комбинации с ПС17 выделение линии ртутного спектра 546 нм. ОС12 Фотография; наблюдательные приборы; в комбинации с СЗС21 выделение области 540-570 нм. ОС13 Фотография; в комбинации с ЗС7 выделение линии ртутного спектра 578 нм. ОС14 Фотография; в комбинации с СЗС21 выделение участков спектра в области 580-600 нм. ОС17 Наблюдательные приборы ОС21 Фотография; наблюдательные приборы; в комбинации с ПС17 выделение линии ртутного спектра 546 нм. ОС22 Фотография; наблюдательные приборы; в комбинации с СЗС21 выделение области 540-570 нм. ОС23-1 Фотография; в комбинации с ЗС7 выделение линии ртутного спектра 578 нм. ОС24 Фотография; в комбинации с СЗС21 выделение участков спектра в области 580-600 нм. красное стекло КС10 Выделение области спектра от 600 нм; в комбинации с СЗС21 выделение участков спектра 600-610 нм. КС11 Выделение трети спектра; красный сигнальный светлый. КС13 Трехцветная проекция; красный сигнальный. КС14 Фотография. КС15 Светофильтр для оптических пирометров; фотография. КС21 Выделение трети спектра; красный сигнальный светлый. КС23 Трехцветная проекция; красный сигнальный. КС24 Фотография. КС25 Светофильтр для оптических пирометров; фотография. КС27 Выделение области 670-2800 нм. КС28 Выделение области 680-2800 нм. КС29 Выделение области 700-2800 нм. инфракрасное стекло ИКС970 Выделение области спектра 960-2700 нм. бесцветное стекло БС3 Пропускание ультрафиолетового излучения до 270 нм. БС8 Пропускание ультрафиолетового излучения до 380 нм. Светотехнические материалы Для создания нужного освещения широко используются различные приспособления (отражатели, рассеиватели, экраны и др.), изготовленные из самых разных материалов – металлов, тканей, стекол, кристаллов, оптической керамики, пластикатов. Способность этих приспособлений отражать, пропускать, поглощать или изменять спектральный состав падающего светового потока определяют светотехнические характеристики поверхности материала. рис. 1.31. Схема прохождения светового потока через материал. Для характеристики взаимодействия материала с излучением вводятся соответствующие коэффициенты: отражения, поглощения, пропускания. 29 Источники света Источник видимого излучения - устройство, предназначенное для превращения какого-либо вида энергии в излучение видимого диапазона. В данном разделе рассмотрим существующие искусственные источники света. Искусственные источники света - этотехнические устройства различной конструкции, основным предназначением которых является получение светового излучения. Источником светового излучения называют устройство, предназначенное для превращения какого-либо вида энергии в световое излучение. Источник света выбирают так, чтобы обеспечить максимум яркости и контраста изображения с фоном. По физической природе различают 3 вида искусственных оптических источников: тепловые; люминесцентные; смешанные. Классификацию также можно представить следующим образом. Источники света можно разделить на тепловые и газоразрядные (куда также входят люминисцентные). Тепловыми называют источники оптического излучения, возникающего при нагревании тел, спектр которого отличается от дневного света преобладанием желтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета. У твёрдых тел излучение имеет сплошной спектр, зависящий от температуры и оптических свойств. Тепловыми излучателями являются все источники, свечение которых обусловлено нагреванием (электрические лампы накаливания, простые угольные дуги, т.е. лампы с угольным телом накала, все пламенные источники света), т.е. искусственные тепловые излучатели делятся на электрические и основанные на сжигании. Электрические тепловые излучатели делятся на электрические лампы накаливания с телами накаливания, работающими в вакууме или инертном газе и источники с открытыми телами накала, работающими на воздухе. Лампы накаливания классифицируются по двум признакам: чаще всего по назначению и по конструкции. Все лампы накаливания ЛН по назначению делятся на 2 группы. ЛН общего назначения (к ним относятся кроме общего назначения лампы местного освещения МО), и лампы специального назначения. К недостаткам ламп накаливания можно отнести: низкая световая отдача; невысокая продолжительность горения; недостаточная механическая прочность; Люминесцентные источники света. Люминесцентными называют источники, свечение которых основано на явлении люминесценции. Люминесценцией называют спонтанное излучение, избыточное над тепловым, если его длительность значительно превышает период колебания электромагнитной волны соответствующего излучения. Люминесценция наблюдается в газообразных, жидких и твёрдых телах. К люминесцентным и источникам смешанного излучения можно отнести все газоразрядные лампы. Люминесцентная лампа - газоразрядный источник света, его световой поток определяется свечением люминофора, который в свою очередь светится под воздействием ультрафиолетового излучения разряда. Особенностью люминесцентных ламп является мерцание светового потока с частотой питающей сети и его спад в течение срока службы. Классификация газоразрядных ламп возможна по физическим, конструктивным признакам, эксплуатационным свойствам и областям применения. По физическим признакам, которые определяют важнейшие свойства газоразрядных ламп: такие как спектр и цветность излучения, яркость, градиент потенциала, энергетический КПД. Для них определяющими факторами являются состав газовой среды (рабочее вещество), парциальное давление компонентов газовой смеси и ток. Вместе с видом разряда, используемой областью свечения и размерами газового промежутка, они определяют мощность и напряжение, габариты и конструкцию газоразрядной лампы и её узлов, их 30 тепловой режим, выбор материалов и связанные с этим особенности эксплуатации и области применения. По виду разряда газоразрядные лампы делятся на дуговой, тлеющий и импульсный. По составу газов или паров, в которых происходит разряд, делятся на лампы с разрядом: в газах; в парах металлов; в парах металлов и их соединений. В зависимости от того, что является основным источником излучения, газоразрядные лампы делятся на: 1) газо- или паросветные, в которых излучение вызвано возбуждением атомов, молекул или рекомбинацией ионов. 2) фотолюминесцентные (называемые для краткости просто люминесцентные), в которых излучение создают люминофоры, возбуждаемые излучением разряда. 3) электродосветные, в которых излучение создаётся электродами, раскалёнными в газе до высокой температуры. У большинства ламп 2 и 3 типа к основному виду излучения примешивается излучение разряда, таким образом, они являются по существу, источниками смешанного излучения. Газоразрядных лампах могут использоваться разные газы: пары металлов (ртути или натрия), инертные газы (неон, ксенон и другие), а также их смеси. Наибольшей эффективностью, на сегодняшний день, обладают натриевые лампы (ДНаТ), они работают в парах натрия и имеют эффективность 150 лм/Вт. Подавляющее большинство разрядных ламп — это ртутные лампы, они работают в парах ртути. Среди ртутных ламп можно упомянуть дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ). Кроме этого, широко распространены металлогалогенные лампы (МГЛ или ДРИ) — в них используется смесь паров ртути, инертных газов и галогенидов металлов. Меньше распространены безртутные разрядные лампы, содержащие инертные газы: ксеноновые лампы (ДКсТ), неоновые лампы и другие. Световым прибором называют устройство, содержащее источник света (лампу) и светотехническую аппаратуру и предназначенное для освещения или световой сигнализации. (Светотехническая аппаратура осветительных приборов называется обычно осветительной арматурой). К главным признакам относятся: основная светотехническая функция, характер светораспределения, условия эксплуатации и основное назначение. По основной светотехнической функции световые приборы разделены на приборы для освещения – осветительные приборы и приборы для световой сигнализации – светосигнальные приборы (световые приборы могут совмещать в себе обе эти функции); по характеру светораспределения все световые приборы принципиально подразделяются на светильники, прожекторы и проекторы; по условиям эксплуатации - на световые приборы для помещений, открытых пространств и для экстремальных сред. Светильник – это световой прибор, перераспределяющий свет лампы внутри больших телесных углов (до 4 ) и обеспечивающий угловую концентрацию светового потока с коэффициентом усиления не более 30. Нормирование освещения по СНиП 23-05-95. Чистка осветительного прибора местного освещения должна проводиться ежедневно. По основной светотехнической функции световые приборы разделены на приборы для освещения – осветительные приборы и приборы для световой сигнализации – светосигнальные приборы (световые приборы могут совмещать в себе обе эти функции); по характеру светораспределения все световые приборы принципиально подразделяются на светильники, прожекторы и проекторы; по условиям эксплуатации - на световые приборы для помещений, открытых пространств и для экстремальных сред. Качественные показатели промышленных осветительных установок: показатель ослепленности; глубину пульсации освещенности; неравномерность распределения освещенности; Показатель ослепленности. Это наличие в поле зрения блеских источников, вызывающих слепящее действие, снижает уровень практически всех функций зрения, а следовательно и общую 31 работоспособность. В связи с этим в нормативных документах всех стран регламентируют меры по ограничению слепящего действия осветительной установки. Пульсация излучений. Излучение современных газоразрядных ламп пульсирует с удвоенной частотой переменного тока, питающего осветительную установку. Влияние пульсаций на функции зрения, электрическую активность мозга, производительность труда и утомление показали, что увеличение глубины пульсации сказывается отрицательно на зрительной работоспособности и повышает утомление. При нормировании учитывалось, что чем точнее зрительная работа, тем сильнее утомление. Неравномерность распределения освещенности. Неравномерное распределение яркости в поле зрение наблюдателя приводит к снижению функции зрения. Для ограничения неравномерности распределения яркости в поле зрения работающего нормами регламентируется соотношение освещенности от общего и местного освещения и неравномерности распределения освещенности в рабочей зоне помещения. Для компенсации возможного в процессе эксплуатации спада освещенности при проектировании осветительных установок (ОУ) должны водиться коэффициенты запаса и предусматриваться регулярное обслуживание ОУ. Параметры источников света выбираются таким образом, чтобы обеспечить максимум яркости и контраста изображения дефекта с фоном. 32 Глаз – природный оптический прибор рис. 1.32. Зрение – это способность видеть окружающий мир, процесс зрительного восприятия предмета. Зрительный аппарат состоит из глаз и мозга. Свет от окружающих предметов попадает в глаз, вызывая реакцию его чувствительных элементов (сетчатки). Эта реакция расшифровывается мозгом, и мы видим изображение. Видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет и человек способен его воспринимать. В свою очередь, восприятие человеком видимого свет происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение. рис. 1.33. Источники света мы видим потому, что создаваемое ими излучение попадает к нам в глаза. Предметы мы видим потому, что свет, достигнув предмета, отражается от поверхности и рассеивается по всевозможным направлениям. Глаз во многом является совершенным оптическим прибором. Глаз является основным инструментом при контроле для обнаружения отклонений формы шва и вида поверхностных дефектов, включая, трещины, коррозию, повреждения материала. 33 Однако, глазу присущи недостатки: 1) глаз человека чувствителен только в узкой спектральной области – от 0,38 до 0,78 мкм и не способен воспринимать излучение в УФ и ИК областях спектра. 2) ограничена способность глаза различать малые угловые или линейные величины (пространственная разрешающая способность). Невооруженный глаз замечает смещение одного штриха относительно другого на величину не менее 0,1… 0,2 мм, а это далеко не всегда достаточно для измерений или контроля. 3) Наконец, быстродействие глаза также очень невелико. Действительно, сидя в кинотеатре, мы не замечаем, что отдельные кадры сменяют друг друга скачкообразно, через 1/24 секунды. Это происходит из-за того, что глаз не способен регистрировать быстро меняющиеся изменения, происходящие с частотой более 10.. 15 Герц, т.е. с временем изменения менее 0,07.. 0,1 секунды. А в то же время многие интересующие нас оптические явления имеют длительность порядка миллионных долей секунды и менее. Сетчатка человеческого глаза имеет два типа светочувствительных клеток: палочки и колбочки. Палочки отвечают за ночное зрение (они чувствительны к свету). Колбочки отвечают за дневное время (действуют только при высоких уровнях освещенности). Наличие двух глаз позволяет сделать наше зрение стереоскопическим (т.е. формировать трехмерное изображение). Правый и левый глаза по отдельности воспринимают и передают картинки в мозг. А мозг формирует единую картинку из левой и правой составляющей. Зрительная работоспособность - это способность выполнять зрительную работу и поддерживать высокую степень мобилизации зрительных функций. Цветовосприятие человека Зрительный мир человека с нормальным цветовым зрением чрезвычайно насыщен цветовыми оттенками. Человек может различать примерно 7 миллионов различных цветовых оттенков. В сетчатке глаза насчитывается тоже около 7 миллионов колбочек. Весь этот набор можно разбить на два класса - хроматические и ахроматические оттенки. Ахроматические оттенки образуют естественную последовательность от самого яркого белого к глубокому черному, который соответствует ощущению черного в явлении одновременного контраста (серая фигура на белом фоне кажется темнее, чем та же самая фигура на темном). Хроматические оттенки связаны с окраской поверхности предметов и характеризуются тремя феноменологическими качествами: цветовым тоном, насыщенностью и светлотой. рис. 1.34. Известно, что человеческий глаз воспринимает разное излучение по разному. В зависимости от длины волны, излучение одинаковой мощности вызывает различную реакцию. Например, 34 излучение с длиной волны 300 нм мы вообще не увидим, а излучение той же мощности, но с длиной волны 555 нм будет видно лучше, чем любое другое. Чтобы учесть все эти особенности Международной комиссией по освещению (МКО) была введена функция V(l) - относительная спектральная световая эффективность излучения для стандартного фотометрического наблюдателя МКО (для дневного зрения). Функция эта не равна нулю во всем диапазоне видимого света, а максимум функции V(l) приходится на длину волны 555 нм. Это произошло потому, что было определено - реакция глаза среднестатическрго наблюдателя на это излучение максимальна. Для оценки излучения по его действию на глаз человека ввели новую систему - систему световых величин, основной единицей которой стал люмен. Излучение с длиной волны 555 нм и потоком (мощностью) 1 Вт эквивалентно 683 люменам светового потока. Таким образом, чтобы получить световой поток сложного излучения, необходимо оценить его по действию на глаз, т. е. соотнести с V(l). Связь световых и энергетических величин связь устанавливается через зрительное восприятие, которое хорошо изучено экспериментально. Функция видности – это относительная спектральная кривая эффективности монохроматического излучения. Она показывает, как глаз воспринимает излучение различного спектрального состава. – величина, обратно пропорциональная монохроматическим мощностям, дающим одинаковое зрительное ощущение, причем воздействие потока излучения с длиной волны условно принимается за единицу. Функция видности глаза максимальна в области желто-зеленого цвета (550–570 нм) и спадает до нуля для красных и фиолетовых лучей (рис.1.35). Распределение чувствительности глаза рис. 1.35. Функция видности глаза. Основные свойства зрения Световая чувствительность человеческого глаза Способность глаза воспринимать свет и распознавать различные степени его яркости называется светоощущением, а способность приспосабливаться к разной яркости освещения — адаптацией глаза; световая чувствительность оценивается величиной порога светового раздражителя. Максимум чувствительности при дневном освещении (дневное зрение) лежит при 555—556 нм, а при слабом вечернем/ночном (сумеречное зрение/ночное зрение) смещается в сторону фиолетового края видимого спектра и располагается на 510 нм (в течение суток колеблется в пределах 500—560 нм). Объясняется это (зависимость зрения человека от условий освещённости при восприятии им разноцветных объектов, соотношение их кажущейся яркости — эффект Пуркинье) двумя типами светочувствительных элементов глаза — при ярком свете зрение осуществляется преимущественно колбочками, а при слабом задействуются предпочтительно только палочки. 35 Острота зрения Острота зрения — способность глаза воспринимать раздельно две точки, расположенные друг от друга на некотором расстоянии (детализация, мелкозернистость, разрешётка). Мерилом остроты зрения является угол зрения, то есть угол, образованный лучами, исходящими от краёв рассматриваемого предмета (или от двух точек A и B) к узловой точке (K) глаза. В норме глаз человека способен раздельно воспринимать объекты, угловое расстояние между которыми не меньше 1′ (1 минута). Остроту зрения и/или Световую чувствительность часто также называют разрешающей способностью простого(невооруженного) глаза (resolving power). На остроту зрения влияет цвет объектов и фона. Высокая острота зрения при наблюдении желто – зеленых объектов на темном фоне и красных объектов на белом является одной из причин применения именно этих цветов при люминисцентной и цветной дефектоскопии. В каком случае глаз получает ощущение белого света? если воспринимаемое излучение имеет непрерывный спектр с распределением энергии солнечного излучения; Рациональные условия работы глаза: работа глаза при желто-зеленом цвете освещения, время наблюдения близких предметов сведено к минимуму. Разрешающая способность зрения , т.е. способность различать мелкие детали изображения, зависит от яркости, контраста, цветности и времени наблюдения объекта контроля. Острота зрения и разрешающая способность зависят от освещенности объекта, диаметра зрачка глаза, продолжительности осмотра, спектральной характеристики объекта. Она максимальна в белом или желто-зеленом свете при яркости 10…100 2 /М КД , высоком контрасте объекта и времени наблюдения 5… 20 с.. Поле зрения Периферическое зрение (поле зрения) — определяют границы поля зрения при проекции их на сферическую поверхность (при помощи периметра). Поле зрения — пространство, воспринимаемое глазом при неподвижном взгляде. Зрительное поле является функцией периферических отделов сетчатки; его состоянием в значительной мере определяется возможность человека свободно ориентироваться в пространстве. Границы на белый цвет равны: вниз – 70о, вверх – 55о, к носу – 60о, к виску – 90о (125о по вертикали и 150о по горизонтали). Бинокулярность Рассматривая предмет обоими глазами, мы видим его только тогда одиночным, когда оси зрения глаз образуют такой угол сходимости (конвергенцию), при котором симметричные отчётливые изображения на сетчатках получаются в определённых соответственных местах чувствительного жёлтого пятна (fovea centralis). Благодаря такому бинокулярному зрению, мы не только судим об относительном положении и расстоянии предметов, но и воспринимаем рельеф и объём. Основными характеристиками бинокулярного зрения являются наличие элементарного бинокулярного, глубинного и стереоскопического зрения, острота стереозрения и фузионные резервы. Контрастная чувствительность Контрастная чувствительность — способность человека видеть объекты, слабо отличающиеся по яркости от фона. Оценка контрастной чувствительности производится по синусоидальным решеткам. Повышение порога контрастной чувствительности может быть признаком ряда глазных заболеваний, в связи с чем его исследование может применяться в диагностике. Пороговый контраст – наименьший контраст, воспринимаемый глазом (зависит от яркости объекта) Аккомодация - Аккомодация глаза (лат. accomodatio — приспособление) — свойство глаза изменять преломляющую силу для приспособления к восприятию предметов, находящихся от него на различных расстояниях. Механизм аккомодации глаза заключается в следующем: при сокращении волокон заложенной в цилиарном теле аккомодационной мышцы происходит расслабление цинновой связки, посредством которой хрусталик подвешен к цилиарному телу; в результате этого хрусталик, обладающий эластическими свойствами, приобретает более выпуклую форму, и преломляющая 36 способность глаза усиливается (рис. 1.36.). При расслаблении аккомодационной мышцы волокна цинновой связки натягиваются, хрусталик уплощается, и преломляющая сила оптической системы глаза соответственно уменьшается. Аккомодация глаза может осуществляться в определенных пределах, зависящих главным образом от эластических свойств хрусталика.Наиболее близкая к глазу точка, которую он в состоянии ясно видеть при максимальном напряжении аккомодации, носит название ближайшей точки ясного зрения; наиболее отдаленная точка, ясно видимая при отсутствии А. г., называется дальнейшей точкой ясного зрения. При яркостях, больших 1500 2 /М КД , зрачок максимально сужен и глаз быстро утомляется. рис. 1.36. Адаптация зрения: приспособление зрения к различным условиям освещения. Адаптация происходит к изменениям освещённости (различают адаптацию к свету и темноте), цветовой характеристики освещения (способность восприниматьбелые предметы белыми даже при значительном изменении спектра падающего света). Адаптация к свету наступает быстро и заканчивается в течение 30-40 с., адаптация глаза к темноте — процесс более медленный. Минимальная яркость, вызывающая ощущение света, 37 определяет световую чувствительность глаза. Последняя быстро нарастает в первые 30 мин. пребывания в темноте, её повышение практически заканчивается через 50—60 мин. Способность человеческого зрения адаптироваться к разным условиям освещённости и разной спектральной составляющей видимого фонового света, позволяет при восприятии цвета объекта классифицировать цвета и видеть их идентично при разной освещённости. Это в свою очередь влияет на способность человека с высокой точностью различать цвета и оттенки, воспринимать ахроматические (лишённые цветовой составляющей) и хроматические цвета при разном источнике освещения. В зарубежной литературе, это свойство зрения «фигурирует», как цветовое постоянство (color constancy) визуального восприятия, или хроматическая адаптация – особенность зрения человека считать цвет объекта постоянным, несмотря на смену условий просмотра. Если все цвета сюжета изменятся в одинаковой мере, глаз склонен приписывать это смене источника света и игнорировать изменение цветов. Именно это делает возможным использовать зрение человека, для визуальной калибровки устройств цветоотображения. Наиболее отчетливое восприятие изображения возможно при максимальном контрасте между объектом и фоном. При этом сила действия контраста прямо пропорциональна разности коэффициентов отражения поверхностей объекта и фона. Максимального яркостного контраста можно достигнуть при использовании белого и черного цветов, которые имеют соответственно наибольший и наименьший коэффициенты отражения. При солнечном освещения коэффициент отражения составляет 65 – 80% для белого и 3 – 10% для черного цвета; яркостный контраст 85 – 90%. Иллюзии зрительного восприятия Оптическая иллюзия – впечатление о видимом предмете или явлении, несоответствующее действительности. Некоторые зрительные обманы давно уже имеют научное объяснение, другие до сих пор необъяснены. Почему же возникают оптические обманы? Зрительный аппарат человека – сложная система, обладающая определенными возможностями. С оптическими иллюзиями мы часто встречаемся в повседневной жизни. Во-первых, это естественные оптические иллюзии, о которых мы говорили ранее – миражи. Часто возникают световые обманы относительно цвета солнца на восходе и закате или иллюзии величины небесных светил у горизонта. Многие иллюзии объясняются строением глаза человека и его ограниченными возможностями. Так много дорожных аварий происходит в сумерках на перекрестках, где висят светофоры, когда перестраивается работа зрительного аппарата, или ночью, когда водители принимают свет светофора за свет обычного фонаря. Подобрав правильный рисунок на обоях, мы можем зрительно расширить небольшую комнату. Выбрав нужную расцветку ткани, можно скрыть недостатки своей фигуры. Хотя зрительная иллюзия – это не всегда игра света и тени или естественное восприятие данного объекта. Существует много специально выдуманных оптических головоломок, создающих потрясающие эффекты! При восприятии пространственного взаиморасположения объектов в некоторых случаях возникают иллюзии зрительного восприятия. Они вызываются физическими, физиологическими и психологическими причинами. Кажущийся излом ложки в стакане чая – это пример физической иллюзии. Если надавить на глазное яблоко сбоку, то видимый предмет раздваивается – это пример физиологической иллюзии. Психологические иллюзии зрения могут быть сгруппированы в зависимости от различных причин, которыми они вызываются. Закономерности восприятия, в том числе и иллюзии, следует учитывать в следственной практике. Например, при просмотре фотографии с изображением отпечатка следа преступника может возникнуть иллюзия – выступы могут показаться углублениями. У людей выработан стереотип: обычно неосознанно предполагается, что освещение изображаемого объекта (на фотографии, рисунке) происходило с противоположной от наблюдателя стороны (а не из-за спины). Поэтому в необходимых случаях следует на фотографиях указывать расположение источника света. 38 Найдите на картинке младенца. рис. 1.37. рис. 1.38. Почему, когда посмотришь на яркую лампу, а затем переведешь взгляд на другой предмет (дверь, потолок), перед глазами возникают и некоторое время держатся какие-то пятна! Чем это объясняется? Возбуждение, возникшее в сетчатке глаза, не исчезает одновременно с прекращением действия света. Остается как бы «след» от предыдущего светового раздражения в виде так называемых зрительных последовательных образов. Зрительные последовательные образы возникают, если источник света действует не меньше 1/100 секунды. Вначале по своей яркости они полностью соответствуют закончившемуся световоду раздражению, но вскоре становятся более темными. Зрительные последовательные образы влияют на восприятие световых раздражителей. Например, нам было бы трудно смотреть на свет, исходящий от источников переменного тока с числом периодов 50 в секунду. Благодаря зрительным последовательным образам мерцающий свет сливается в одно зрительное ощущение. Обычно в повседневной жизни мы не замечаем возникновения зрительных последовательных образов, так как они подавляются импульсами, идущими извне. Однако при специально созданных условиях можно проследить их возникновение, особенности течения и затухание. 39 Длительность зрительных последовательных образов зависит от многих условий: интенсивности света, вызвавшего этот образ, предшествовавшей адаптации глаза; яркости фона, на который проецируются образы; состояния самого наблюдателя и др. Продолжительность их у здоровых людей бывает различна (от секунды и менее до нескольких минут). Общее утомление, недостаточный сон, пониженное содержание кислорода в воздухе уменьшают длительность зрительных последовательных образов. Отсутствие этих образов выявлено у больных с сосудистыми и инфекционными процессами головного мозга и т. д. Зрительные последовательные образы отражают состояние зрительно - нервного аппарата и центральной нервной системы в целом. Если зрительные последовательные образы мешают зрению, если они длятся десятки минут, час или более, нужно обратиться к врачу, в первую очередь к окулисту, который при необходимости направит к соответствующему специалисту. |