Возможности органов зрения человека

Физика случайных процессов, определяющих минимальную погрешность измерений

Методические и инструментальные погрешности измерений, рассмотренные выше, могли быть любой величины. В последующих разделах будут рассмотрены факторы, определяющие минимально достижимую погрешность. Источник этих факторов лежит в физике явлений, в строении вещества, в природе электричества и электромагнитного поля. Сюда же можно отнести и возможности самого человека. Понимание природы явлений, определяющих погрешность измерений, позволяет установить минимальный порог погрешности, а также избежать ошибок при разработке приборов и проведении измерений.

Развитие техники измерений позволяет так построить процесс измерения и создать такие измерительные установки, что они все меньше ограничены возможностями человеческих органов чувств. Сегодня мы очень редко используем слух для субъективных измерений в акустике. В то же время зрение, по-прежнему, позволяет нам считывать показания аналоговых приборов и выполнять целый ряд оптических наблюдений.

Спектр излучения Солнца у поверхности Земли обрывается на длине l»0,3 мкм. Волны с меньшей l поглощаются озоном (О₃) в верхних слоях атмосферы.

Человеческий глаз пока превосходит по чувствительности многие другие оптические детекторы. Наиболее велика чувствительность у глаза, адаптированного к темноте (для этого наблюдатель должен пробыть в темном помещении, по меньшей мере, 30 мин). Максимальная чувствительность глаза приходится на длину волны 507 нм. Минимальная порция энергии, которую воспринимает глаз при этой длине волны, равна 2×10^–18 Дж. Это соответствует, примерно, пяти квантам света, которые должны попасть на одно и то же место сетчатки за одну миллисекунду. Эквивалентный по чувствительности фотокатод должен обладать квантовым выходом около 20 %. Столь высокий квантовый выход имеют только самые лучшие приборы.

Так же существует наименьший угол зрения, под которым можно уверенно наблюдать мелкие объекты при хорошем контрасте изображения. Он зависит от структуры сетчатки глаза и составляет, примерно, 1угл. мин.= 2×10^–4 рад.

Реакция глаза обычного человека зависит от частоты света, а не на длины волны. Относительная спектральная чувствительность, а значит, и световое ощущение, возникающее при одном и том же излучении, сильно различаются у разных людей. Эта реакция сводится к ощущению красного, зеленого и синего цвета. Однако, примерно 5% мужчин различают только два цвета – зеленый и синий, еще реже различают только красный и синий, и еще реже различают только красный и зеленый. Очень редко встречаются люди, не различающие цвета вообще.

Величина относительной спектральной чувствительности зависит и от силы света. Зрение при низкой освещенности называют сумеречным зрением. Чувствительность глаза при сумеречном зрении в 10⁴–10⁵ раз выше, чем у глаза, адаптированного к дневному зрению. Поэтому был принят международный стандарт, который определяет идеализированную кривую спектральной чувствительности для усредненного наблюдателя. Эта кривая спектральной чувствительности V(l) стандартизована для зрения, адаптированного к темноте и к свету.

Обе функции V(l) нормированы в максимуме на единицу. Для дневного зрения этот максимум приходится на длину волны, примерно, l = 555 нм. Для сумеречного зрения спектральная кривая чувствительности смещена в сторону более коротких длин волн, а ее форма немного отличается от кривой V(l) для дневного зрения.

Чистое сумеречное зрение осуществляется только палочками, поэтому сумеречное цветное зрение отсутствует.