Свет при подводной охоте или просто о сложном

Свет при подводной охоте

Здравствуйте друзья! Меня зовут Таранов Владимир, и в данном материале мы поговорим о сложностях, возникающих при выборе фонарика для подводной охоты.

Для начала, давайте конкретизируем свою задачу: - мы хотим увеличить эффективность своих охот (именно охот а не к примеру подводной съемки) и для этого хотим подобрать для себя наиболее эффективный инструмент – в данном случае фонарик.

Для этого нужно иметь какие то базовые знания. Данный материал – попытка эти нужные знания собрать в кучу, как то их систематизировать и облечь в форму доступную для понимания.

Материал получился достаточно объемным и для большего удобства я его разделил на три части:

- в первой части мы попробуем в общих чертах разобраться с устройством процесса виденья и теоретическими основами для выбора искусственного источника света;

- вторая часть будет посвящена ознакомлению с этими источниками света – а именно со светодиодами, также мы разберемся со всякими люксами, люменами, кельвинами, индексами и бинами;

- ну а в третьей части попробуем разобрать специфические требования к искусственному освещению в воде вообще и в условиях каких то конкретных охот в частности.

Процесс виденья

Привычной для нас является следующая схема – глаз - это объектив видеокамеры, транслирующий картинку на экран маленького кинозала в Вашей голове, а в зале сидите Вы же, в удобном кресле и с попкорном. Хорошая схема, но в голове нет такого экрана и к тому же там темно. Если не так – то как?

Современные, общепринятые (специалистами) представления рисуют немного другую картину – информация от всех наших органов чувств, в том числе и глаз, попадает в наш мозг. После чего эта информация преобразовывается в образы, из которых впоследствии формируется… ВСЕ. Это крайне обширная и крайне сложная для понимания тема и ее рассмотрение не является целью этого материала. Все что нужно в данном случае для нас – это понять, что тема нашего интереса – это процесс формирования образа. Или по другому – нас интересует помощь фонарика в создании наиболее благоприятных условий для формирования образов окружающего мира, максимально приближенных к реальности.

Процесс формирования образа очень условно можно разделить на два этапа – первый – это собственно получение первичной информации от сенсоров, в данном случае глаз и второй этап – это обработка данной информации и получение конечного результата. Это крайне упрощенная схема, но для наших целей вполне подходящая.

Глаз работает со светом. Свет – это достаточно узкая часть диапазона электромагнитного излучения, который воспринимается нашими глазами. Объекты, с которыми мы сталкиваемся, как правило не излучают, а только отражают попадающий на них свет.

Цвет объекта определяется соотношением степени поглощения или отражения различных спектральных составляющих света. То есть, если яблоко красное, то оно поглощает все видимые части спектра, кроме красного, а эту часть отражает, и если посветить на яблоко светом, в котором не будет красной составляющей, то яблоко нам покажется черным – не отражающим свет вообще.

Следующим важнейшим для нас параметром является контрастность, числовым выражением которой является отношение яркости предмета и фона к большей яркости. При наличии необходимой контрастности мы можем определить границы и форму объекта.

Давайте теперь упрощенно рассмотрим строение глаза.

На уровне получения первичной информации глаз можно сравнить с фотоаппаратом, роль объектива в которой выполняет хрусталик. Световые лучи, проходя через хрусталик, преломляются и создают уменьшенное перевернутое изображение на внутренней стенке глазного яблока (сетчатке). Светочувствительными элементами сетчатки являются два вида клеток: - палочки, и колбочки. Палочки очень чувствительны, но не различают цветов и являются аппаратом ночного зрения, колбочки менее чувствительны, но различают цвета и обеспечивают дневное зрение. Кроме этого в условном промежутке между этими типами зрения находится некоторое переходное состояние называемое сумеречным зрением.

Разная спектральная составляющая воспринимаемого излучения по разному воздействует на рецепторы, или другими словами – рецепторы имеют разную спектральную чувствительность. Причем эта чувствительность меняется примерно так:

Рис2 На рисунке мы видим усредненные кривые спектральной чувствительности глаза.

Потоки излучения одинаковой мощности, но имеющие разную длину волны, вызывают неодинаковые раздражения сетчатки глаза и создают ощущения, различные не только по цвету, но и по яркости. Это важный момент, поэтому - давайте еще раз обратим на него внимание. Если взять и преобразовать одну условную единицу энергии в электромагнитное излучение с долинной волны из видимой части спектра, то к примеру излучение на длине волны 555нм, будет восприниматься глазом в 27 раз ярче, чем на длине волны 450нм., ну и так далее.

Если суммарного света мало, и мы переходим на ночное зрение, то пик максимальной чувствительности сдвигается влево в сторону уменьшения длины волны и приходится на 510 нм., что соответствует изумрудно-зеленому цвету. Но поскольку палочки, отвечающие за ночное зрение не различают цвета, и показывают относительную яркость объекта, или по другому - контрастность, то этот свет мы будем воспринимать как оттенки серого, а не как зеленый свет.

Кроме этого палочки и колбочки имеют разную плотность распределения на сетчатке глаза: в центральной части преобладают колбочки, в периферических (удаленных от оптической оси глаза) частях — па¬лочки. В результате такая особенность строения газа приводит к тому, что вот такой пейзаж в реальности при не подвижном глазе мы будем видеть примерно так днем, и примерно так ночью:

Центральная область, находящаяся в конусе с углом примерно в 30гр. является оптимальной для выполнения зрительных функций. В пределах этой зоны, а чем ближе к центру – там лучше, хорошо различается цвет и форма объекта. В самом центре, в конусе с углом всего в 2 гр. находится зона максимальной четкости. Дальше же от центра изображение становится черно-белым и менее четким и полностью исчезает примерно за границами фронтальной плоскости лица.

Картинка делается привычной для нас благодаря тому, что глаз обычно находиться в постоянном движении, и движения эти не случайны, а мозг это все запоминает и обрабатывает. Мы можем не видеть периферийным зрением, что трава под ногами зеленая, но мы об этом помним.

То, что картинка за пределами центральной части черно-белая и не четкая не означает, что она не важна – как раз наоборот. Рецепторы, которые ее формируют очень чувствительны к изменению интенсивности, или можно сказать чувствительны к движению – малейшее движение и глаз примерно через 200-300 мс. скачкообразным движением переводит источник сигнала в зону ясного виденья. Для пере¬вода взгляда на 20° требуется одно движение, которое совершается за 6-7 мс, при необходимости перевести взгляд более чем на 45° требуется уже движение головы.

Следующей, важной для нас характеристикой является диапазон яркостей, воспринимаемых глазом. Этот диапазон огромен, от способности увидеть в темноте пламя свечи за 27 км., до возможности безопасно смотреть на очень яркие объекты. Но этот диапазон охватывается не одновременно по всей шкале яркости а по частям. Переход от одного к другому диапазону воспринимаемых яркостей происходит не мгновенно, а в течении некоторого времени. Привыкание к темноте займет примерно 15 минут. Адаптация к яркому освещению происходит гораздо быстрее и занимает всего несколько секунд.

При использовании искусственного освещения, в частности фонарика в поле зрения наблюдателя обязательно будут находиться области отражающие свет с разной интенсивностью. При этом, если перепады яркостей будут значительно более 1 к 30, то это может вызвать нежелательное состояние глаза – ослепленность.

Из вышесказанного следует, что для создания оптимальных условий зрительного восприятия необходимо не только обеспечить требуемую яркость и контраст сигналов, но также избежать критических изменений яркостей в поле зрения.

Для чего нам нужна вся эта информация? На их основе можно попробовать создать модель процесса зрения подводного охотника в темноте при использовании фонарика в абсолютно прозрачной среде и попробовать представить себе фонарик обладающий оптимальными качествами.

Вот что получилось у меня.

Сначала форма:

Световое пятно, создаваемое фонариком должно быть неравномерными и состоять из 3-х зон с плавными переходами. Центральная часть, создаваемая конусом в 3гр. должна иметь максимальную яркость и соответствовать оперативному полю в котором происходит одномоментная обработка информации. Вторая часть – поле постоянного контроля должна быть образована конусом в 30гр. – это зона идентификации габаритных объектов. Третья зона – поле периодического контроля, ограничивается предельными геометрическими возможностями системы маска – глаз. По моему мнению, эта часть должна быть сформирована конусом минимум в 140гр.

Соотношение яркостей зон:

Отношение яркости оперативного поля к полю постоянного контроля 5 к 1. Отношение яркости поля периодического контроля к яркости поля периодического контроля должно меняться от практически 1 к 1 до 1 к 5 в зависимости от условий использования.

Спектральная составляющая:

Оперативное поле и поле постоянного контроля должно быть освещено полноспектральным белым светом – в этих зонах важно получить цветную картинку. Поле периодического контроля - по возможности, должно быть освещено монохроматическим светом с длиной волны обеспечивающей максимальную контрастность в конкретных условиях.

Охотник плывет, глаз его автоматически перемещается за зоной с максимально яркостью или оперативным полем, в которой происходит моментальное распознавание деталей для уточнения идентификации более массивных объектов попадающих в поле постоянного контроля. Как только за пределами этих зон происходит какая то активность - глаз моментально разворачивается в эту сторону. Если тревога ложная, то глаз возвращается назад, если нет – фонарик разворачивается в эту сторону.

В общем – в теории – примерно как то так. Попыткой перевести теорию в практическую плоскость является вот этот фонарь. Мы сейчас как раз заканчиваем его тестирование. Подробнее о нем можете посмотреть перейдя по ссылке в описанию к ролику. Об источниках света и особенностям его прохождения в водной среде поговорим в следующих частях.

До встречи и всего Вам доброго!.

Ваши комментарии