Относительная яркость

lex_kravetski — 15.08.2017 Одно время мне некоторые граждане адски парили мозг тем, что «если с коммуникатора читать книги, то испортится зрение».

Вообще говоря, зрение довольно тяжело испортить, если просто пользоваться глазами. Читаете ли вы с фонариком под одеялом, с экрана монитора, с коммуникатора — вообще побоку. Зрение от этого не портится.

Ну да ладно. Я, естественно, спрашивал у этих граждан, с хрена бы ему от этого портиться? Не из-за особой же цифровой магии — должна быть какая-то физическая или биологическая причина.

«Он же светится», — отвечали они.

Я тогда предположил, что все цифровые девайсы испускают цифровые фотоны, которые, в отличие от аналоговых, квадратные, поэтому своими углами царапают сетчатку. Но что-то как-то такая гипотеза очень уж сильно расходилась с реальностью.

«Просто это — слишком яркий свет», — говорили мне в ответ на мою смелую гипотезу, — «А от яркого света зрение может испортиться».

Ну да, это правда, если достаточно долго смотреть без тёмных очков на солнце, то сто пудов зрение испортится. Однако свет экрана совсем не столь ярок, сколь многим кажется.

А бумага при этом, внезапно, тоже светится — именно поэтому мы её и видим. Только она светится не сама по себе, а только тогда, когда на неё светит какой-то источник света.

Основных причин у подобного рода «наведённой светимости» три.

Во-первых, свет может быть отражён подобно зеркалу — под углом, равным углу падения света.

Во-вторых, он может быть отражён диффузно — под произвольными углами, ввиду того, что поверхность, хоть и отражает свет, но повсюду имеет очень мелкие неровности.

И в-третьих, свет может быть переизлучён: в этом случае фотоны попадающего на поверхность света, поглощаясь атомами поверхности, выбивают электроны этих атомов на более высокоэнергетические орбиты, где те не могут удержаться, а потому сваливаются с них обратно, при этом излучая новые фотоны.

Однако во всех трёх случаях фотоны — одни и те же. И одновременно с тем они одни и те же с теми фотонами, которые испускает лампа или звезда. Разве что фотоны с разной длиной волны могут поглощаться в разной степени, а потому мы видим некоторые объекты цветными, хотя они освещены белым светом: фотоны с одними длинами волн, например, почти целиком отражаются, а с другими — почти целиком поглощаются, нагревая объект. Но что отражённые, что переизлучённые, они всё равно фотоны. И когда они попадают на рецепторы сетчатки, мы видим свет. А информация о том, был ли этот фотон отражён, переизлучён или напрямую от источника прилетел, в фотонах никак не сохраняется.

Поэтому если что-то и может повлиять на сетчатку в плохую сторону, то это только интенсивность света (то есть количество фотонов, попадающих на единицу поверхности за единицу времени) — а вовсе не то, откуда эти фотоны взялись.

Что интересно, вышеприведённые рассуждения одновременно с тем являются и ответом на вопрос: «почему на фотографиях с Луны не видны звёзды».

Да вот ровно поэтому: Луна, конечно, сама не светится, однако свет солнца отражается от её поверхности. Именно поэтому мы видим не чёрный диск на месте Луны, а желтоватую поверхность со всевозможными деталями.

Луна находится примерно на том же расстоянии от Солнца, что и Земля, поэтому в дневное время на неё падает ровно столько же света. Точнее, даже больше — ведь там нет атмосферы, которая могла бы часть света поглотить. Поверхность Луны упавший на неё свет отражает всеми тремя способами, среди которых доминируют второй и третий, из-за чего свет от поверхности разлетается во все стороны, а не только под определённым углом. И это — ровно тот же самый свет, что и от солнца. Он ровно так же умеет освещать другие объекты. И, в частности, засвечивать плёнку.

Однако у плёнки (как и у матрицы, и у сетчатки глаза) есть предел чувствительности, если превысить который, то все детали пойдут лесом: каждый квадратный миллиметр просто будет равномерно засвечен. А чтобы сохранить детали различимыми, изрядная часть света просто отсекается при помощи уменьшения отверстия диафрагмы в объективе. За счёт этого понижается «яркость» всех объектов так, чтобы на снимке стала различима их относительная яркость. То есть стали видны детали.

Однако порог чувствительности есть не только сверху, но и снизу. Если на единицу площади попадёт слишком мало фотонов (а тем более, ни одного), то эта поверхность будет передавать просто чёрный цвет.

Может показаться, что звёзды — это же звёзды: «они же должны быть яркими».

Это да, они яркие, но они очень далеко. И мы по этой причине видим лишь малую часть того света, который они испускают. И даже не потому, что этот свет теряется где-то по дороге — достаточно того, что мы видим их под очень маленьким телесным углом. И в результате до нас долетает только тот свет, который попал в этот угол, а весь остальной свет улетает куда-то ещё.




При этом Солнце находится к нам гораздо ближе, поэтому все объекты получают от него очень много света.

Не, ну реально много. Очень.

И несмотря на то, что часть этого света объекты поглощают, даже того оставшегося отражённого оказывается достаточно, чтобы весьма интенсивно «светиться».

В общем, экраны коммуникаторов и даже лампочки нам кажутся яркими вовсе не потому, что они правда яркие. А потому, что мы их чаще всего видим в тех условиях, когда других ярких источников света вокруг нет.

Глаз тоже умеет сужать и расширять отверстие — зрачок, — чтобы контроллировать яркость. И при солнечном свете зрачок сжимается вообще чуть ли не в точку. Таким образом, всё визуально становится менее ярким.

При свете же люстры, который гораздо менее яркий, чем солнце, зрачок, напротив, расширяется. И нам начинает казаться, что люстра светит не особо-то слабее солнца.

Однако остальные объекты при этом лишь отражают свет, поэтому они с неизбежностью будут менее яркими, нежели текущий источник света. И вот эту относительность мы запоминаем, как «объективный» показатель яркости: солнце и лампочки — яркие, а страницы книги, например, не яркие.

Ну и экран коммуникатора тоже как бы яркий — он же, вон, сам светится так, что его даже в полной темноте видно.

Тем не менее, чтобы сопоставить реальную яркость всех этих объектов, давайте попытаемся посмотреть на экран коммуникатора и лист бумаги одновременно. При разном внешнем свете, но с одинаковой яркостью экрана.

Вот, например, как они выглядят при свете обычной настенной лампы.



А вот уже их вид при свете люстры с пятью аналогичными лампочками, которая, впрочем, находится чуть подальше, чем настенная лампа.



Мои слегка уже изношенные лампы имеют мощность порядка 50 Ватт (изначально было 60). Однако у меня есть лампа и в 1000 Ватт. Вот как всё это выглядит при её свете.



Здесь, как мы видим, яркость бумаги и экрана примерно одинаковая. При этом 1000 Ватт — это очень мощная лампа. Если её зажечь, то свет люстры становится почти незаметным.

Казалось бы, вот же доказательство того, что экран — яркий: он светится как бумага под тысячеваттной лампочкой.

Но мы не остановимся на достигнутом и посмотрим на ту же композицию при свете солнца, прикрытого относительно тонкими облаками.



Напомню, это всё та же яркость экрана коммуникатора. На котором, тем не менее, уже еле различим текст: на фоне света, отражённого от бумаги, он выглядит почти чёрным.

И теперь взглянем на всё это при свете солнца без облаков.



Нет, я не забыл включить экран. Он включён. Причём, с той же яркостью, что и раньше. Однако даже блик на следе от пальца гораздо ярче, чем почти белый фон страницы электронной книги на экране.

Вот, собственно, и ответы.

Если ваши глаза не портятся от того, что при солнечном свете вы что-то там читаете, да и вообще просто смотрите на окружающие вас предметы, то явно вот этот чёрный экран вам ничего в глазах не испортит.

И, обратно, если глаза не портятся от чтения при свете настенной лампы или люстры, то и экран коммуникатора им не повредит.

Если бумага, которая сама по себе не умеет излучать свет, оказывается столь яркой при солнечном свете, что фотоаппарат вынужден сжать диафрагму так сильно, что свет экрана становится почти не различим, то нет ничего удивительного, что он ровно то же самое делает, когда на него пытаются снять поверхность Луны, освещённую солнцем.

И нет ничего странного в том, что звёзды, которые на таком расстоянии светят в объектив гораздо слабее вот этого вот экрана, становятся не видны на снимке.



doc-файл

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив