|
|
|
|
WIDZENIE - NAJPIERW OGÓLNIE I NAJPROŚCIEJ:
Warto wyróżnić 5 etapów postrzegania obrazów:
1.
Przedmiot (litera F na schemacie) wysyła światło we wszystkich kierunkach, także w kierunku oka.
Czerwone linie na schemacie to dla uproszczenia tylko 2 promienie wybrane z wielkiej ich liczby.
2.
Rogówka, soczewka i wypełniająca ciecz wodnista to układ optyczny zmieniający bieg promieni tak,
aby ostatecznie powstawał wystarczająco ostry i jasny obraz, dokładnie na tylnej ścianie oka.
Obrazy powstałe w oku są zawsze odwrócone względem przedmiotów, jak na schemacie,
ale ludzki mózg zwyczajnie je interpretuje nie dając nam odczuć tej odwrotności.
3.
Siatkówka oka to wielowarswowa błona stanowiąca "ekran" wyposażony w receptory światła - około 6 mln czopków
oraz około 130 mln pręcików, które pobudzone światłem reagują chemicznie i wywołują impulsy
we włóknach nerwowych biegnących w warstwie siatkówki.
4.
Włókna nerwowe siatkówki zbiegają do jednego miejsca i tworzą tam wspólną wiązkę o grubości ok. 1 cm
czyli nerw wzrokowy wychodzący przez tylną ścianę oka. Zadaniem nerwu wzrokowego jest przekazywanie
do mózgu wszystkich impulsów pochodzących od receptorów siatkówki.
5.
Ostatnim etapem w widzeniu jest mózgowa analiza i interpretacja wszystkich impulsów przekazanych z siatkówki.
POWSTAWANIE OBRAZÓW - NAJPROŚCIEJ - CAMERA OBSCURA
Obrazy tego typu jak te na siatkówce oka ukazuje też dowolna ciemna komora z małym otworkiem wpuszczającym
do jej środka promienie świetlne padające na przeciwległą ścianę.
Taka komora jest historycznie znana jako camera obscura czyli (z jęz. łacińskiego) ciemna komnata.
Oto zasada jej działania:
Każdy punkt przedmiotu wysyła wiązkę promieni w wielu kierunkach, ale tylko bardzo wąski wycinek wiązki
przechodzi przez otworek i pada na ścianę-ekran wewnątrz kamery.
Wąskie wiązki pochodzące od wszystkich punktów przedmiotu, po przejściu przez otwór padają na ekran,
wspólnie tworząc tam projekcję całego obrazu.
Światło w danym ośrodku rozchodzi się prostoliniowo, więc droga promienia od punktu przedmiotu przez otwór
do ekranu jest prosta, co wymusza odwrotność powstałego obrazu względem źródłowego przedmiotu.
Ułatwia to dostrzec powyższy rysunek, gdzie np. górne punkty przedmiotu mają swoje obrazy u dołu ekranu.
Dla uproszczenia pominięto w opisie wpływ zjawiska ugięcia światła (dyfrakcji) na krawędziach otworu.
CAMERA OBSCURA - WIELKOŚĆ OBRAZU
Rysunek ukazuje zależność wielkości obrazów od położenia ekranu za otworkiem kamery.
Im bliżej jest ekran tym mniejszy jest obraz danego przedmiotu.
W omawianym modelu przedmiot umieszczono przed otworem w odległości podwojonego wymiaru kamery,
a dalszy z obrazów jest 2-krotnie mniejszy niż przedmiot.
Gdy ekran ustawić za otworem kamery w 1/4 odległości przedmiotu, wtedy obraz jest 4-krotnie zmniejszony.
Obrazy powiększone powstaną wtedy, gdy przedmiot znajdzie się bliżej otworka niż ekran kamery.
CAMERA OBSCURA - JASNOŚĆ I OSTROŚĆ OBRAZU
Na rysunku powyżej zaznaczono na żółto reprezentację bardzo wielu promieni wysyłanych przez punkt przedmiotu,
które blokowane ścianą "nie wchodzą" do kamery, gdyż mając taki kierunek nie tworzyłyby rozważanego obrazu.
Dlatego jasność obrazu na ekranie jest mała i tym mniejsza im mniejsza jest średnica otworu.
Rysunek poniżej ukazuje nakładające się z przesunięciem obrazy pochodzące z dwóch bliskich siebie otworów.
Widoczne przesunięcie byłoby oczywiście mniejsze w miarę wzajemnego zbliżania obu otworów.
Obrazy pochodzące z trzech czy czterech takich otworów zwiększyłyby "rozmycie" obrazu wynikowego.
Wiele bliskich siebie otworów to prawie to samo co jeden duży otwór, dający w efekcie tym bardziej nieostry obraz
im większy jest otwór, aż do powstania plamy światła na ekranie zamiast rozpoznawalnego obrazu.
Symulacja na rysunku przybliża zrozumienie jakości ostrości obrazu i warunków jej pogorszenia.
UWAGA: W rozważaniach pominięto efekt ugięcia światła (dyfrakcji), pogarszający obraz, przy malejącym otworku.
PODSUMOWANIE: Większy otwór dopuszcza do kamery więcej światła, które tworzy jaśniejszy obraz,
co skutkuje wtedy jego gorszą ostrością - "coś za coś". Zbyt mały otwór także nie pozwoli na idealnie ostry obraz
z powodu rozmycia go przez wspomniane zjawisko dyfrakcji, co pomijamy w tym opisie.
CAMERA OBSCURA - ZRÓB SAM
Aby urzeczywistnić przedstawione modelowo powstawanie obrazów można wykonać własną kamerę obscura.
Przepis nr 1
Dysponując pomieszczeniem z oknem, przez które w słoneczny dzień widać jasno i kontrastowo
oświetloną zabudowę, należy wykonać w nim CAŁKOWITE zaciemnienie, pozostawiając doświadczalnie dobrany otwór
o średnicy ok. 3-10 cm pośrodku okna. Na przeciwległej ścianie powiniem pojawić się odwrócony widok zza okna.
Przykłady poniżej na fotografiach zaczerpniętych z internetu.
Przepis nr 2
Wystarczy wykorzystać dowolne światłoszczelne pudełko kartonowe o wymiarach około 40cm x 25cm x 25cm
lub większe i:
- wykonać w nim OBIEKTYW czyli otwór o średnicy ok. 3-4 mm oznaczony na fotografii numerem 1,
- wykonać WIZJER czyli otwór oznaczony numerem 2, przez który można zaglądać na ekran,
- naprzeciw obiektywu w dowolny sposób przymocować białą kartkę w roli EKRANU, widoczną jako nr 3,
- tak jak autor na zdjęciu, oglądać odwrócone obrazy przedmiotów jasno oświetlonych słońcem,
- starać się utrzymać samą kamerę w cieniu oraz patrząc zablokować dostęp bocznego światła przez wizjer
- warto pamietać, że większy otwór obiektywu polepsza jasność, ale pogarsza ostrość obrazu.
CAMERA OBSCURA, APARAT FOTOGRAFICZNY, OKO
Camera obscura to znany już w starożytności pierwowzór aparatu fotograficznego. Otworek pełni rolę obiektywu,
który działa chociaż nie ma w sobie soczewek. Kamery miewały różne wielkości - także wielkości pokoi lub komnat.
Obrazy na ekranach kamer początkowo nie były utrwalane, ale oglądane "na żywo". Korzystano z nich
np. do obserwacji ruchu i zaćmień Słońca oraz do odwzorowania widoków na rysunki i malowidła.
Z chwilą ułożenia na ekranie światłoczułej kliszy rejestrującej, camera obscura stała się pierwszym aparatem fotograficznym.
W dzisiejszych czasach rolę kliszy przejęła matryca foto-elektryczna CCD z możliwością elektronicznego przekazu danych.
Oko, chociaż dużo lepiej wyposażone, jest tak jak camera obscura ciemną komorą z "otworem obiektywu",
gdzie na tylnej ścianie powstają obrazy.
Opisanie obrazów widocznych w prostym "pudle z dziurą" miało na celu urealnienie wyobrażenia
o powstawaniu takich obrazów w oku.
JASNE I OSTRE OBRAZY - ZNACZENIE SOCZEWKI
Warto przypomnieć, że bardzo mały otworek obiektywu pozwala na dość ostry obraz o znikomej jednak jasności
- zbyt małej dla pobudzenia receptorów siatkówki oka.
Z kolei duży otwór, chociaż dopuszcza więcej światła, oznacza utratę ostrości czyli "rozmycie" obrazu.
Problem ten rozwiązuje soczewka wypukła wstawiona do otworu obiektywu.
Jak widać poniżej na rysunku, większy otwór obiektywu wpuszcza do komory oka lub kamery dość szerokie,
czyli łącznie "jaśniejsze" wiązki promieni świetlnych przychodzących od każdego z punktów przedmiotu.
Promienie wychodzące rozbieżnie od punktów przedmiotu, zgodnie z prawem załamania światła, są zbierane
ponownie do punktów obrazu na ekranie lub na siatkówce oka przez soczewkę wypukłą zwaną ZBIERAJĄCĄ.
Wypukłość soczewki jest dobierana specjalnie dla danej odległości przedmiotu i żądanej odległości jego obrazu.
| |
|
|
