При оптимальных условиях тестирования минимальное количество света, необходимое для того, чтобы вызвать зрительное ощущение — абсолютный порог, — чрезвычайно мало. Классические исследования по экспериментальному определению порога принадлежат Хехту, Шлаеру и Пиренну (Hecht, Shlaer & Pirenne, 1941, 1942). Они описали несколько исключительно интересных способов определения порога при максимальной чувствительности зрения — например, тестирование наиболее чувствительного участка адаптированной к темноте сетчатки светом с такой длиной волны, к которой он наиболее чувствителен. Они выяснили, что абсолютный порог лежит в интервале 5-14 квантов. (В единицах светимости абсолютный порог равен 0,000001 мЛ.) Они также показали, что при оптимальных условиях для активации одной палочки достаточно одного кванта световой энергии. Хотя эти величины и получены расчетным путем и относятся только к теоретически возможной максимальной чувствительности, они безусловно свидетельствуют о том, что человеческий глаз является поразительно чувствительным детектором света. Действительно, складывается такое впечатление, что предельная возможность порогового зрения определяется физической природой света. А это значит, что если бы глаз был значительно более чувствительным, при определенных условиях свет воспринимался бы не как непрерывное волновое явление, а как дискретная энергия, выделяющаяся квантами — фотонами.
Факторы, влияющие на абсолютный порог
Помимо интенсивности стимула на абсолютный порог зрения оказывают влияние и другие факторы: площадь стимулируемой поверхности сетчатки, продолжительность светового стимула и его волновая длина, а также особенности того участка сетчатки, на который попадает проекция стимула.
Площадь стимулируемого участка сетчатки: закон Рикко. Вероятность обна-ружения стимулов, или пороговой реакции относительно небольших зрительных участков в центре сетчатки, может быть увеличена за счет увеличения либо интенсивности стимула, либо площади стимулируемого участка. Известно правило, в соответствии с которым связь между площадью стимулируемого участка и интенсивностью стимула такова: в определенных пределах вероятность обнаружения всех стимулов одинаковой интенсивности, стимулирующих один и тот же участок сетчатки, одинакова. Этот постулат, называемый законом Рикко, имеет следующее математическое выражение:
AxI=C,
где А — площадь участка сетчатки, I — интенсивность стимула, а С — постоянная, равная величине порога. В общем виде закон Рикко гласит: при уменьшении интенсивности стимула постоянство величины порога обеспечивается увеличением площади стимулируемого участка и наоборот. Чтобы стимул можно было обнаружить при уменьшении его интенсивности, нужно увеличить стимулируемую площадь, а если уменьшается площадь, следует увеличить интенсивность. К этому выводу можно прийти и логическим путем, ибо достаточно очевидно, что одинаковые произведения площади и интенсивности соответствуют одинаковым количествам световой энергии.
Что же касается периферии сетчатки, занимающей значительную ее часть, то увеличение стимулирования этой области не отражается на величине порога: для нее порог зависит исключительно от интенсивности, т. е. I=С. Таким образом, нет единого закона, применимого для всех участков сетчатки.
Продолжительность стимула: закон Блоха. В определенных пределах со вре-менем наступает и некоторая суммация стимулов. Для сравнительно коротких промежутков времени (около 100 мс или менее) между интенсивностью стимула и временем существует обратная зависимость (при постоянном значении порога). Это значит, что менее интенсивный свет, действующий в течение относительно продолжительного времени, или более интенсивный свет, действующий в течение сравнительно непродолжительного времени, могут оказать одно и то же влияние.
Следовательно, в определенных условиях стимулы, имеющие равные произведения интенсивности и времени, одинаково распознаваемы. Этот постулат известен как закон Блоха (иногда его также называют законом Бунзена—Роско). Если I — интенсивность, С — величина порога, а T — продолжительность стимулирования, то ТхI= С. Связь между интенсивностью и продолжительностью, описываемая законом Блоха, лучше всего проявляется при стимулировании периферии сетчатки (на которой доминирует нейронная конвергенция палочек). Продолжительность дающего эффект стимулирования — примерно 100 мс. Однако при более продолжительном стимулировании порог определяется исключительно интенсивностью стимула. Разумеется, обратная зависимость между интенсивностью и временем стимулирования ограничена, в противном случае можно было бы использовать стимулы, имеющие ничтожно малую интенсивность, лишь бы время их действия было достаточно продолжительным.
С практической точки зрения связь между продолжительностью и интенсивностью (для относительно короткого периода времени) позволяет нам при разном освещении делать вполне похожие фотографии. Когда освещение плохое, надлежащая экспозиция пленки требует более продолжительной выдержки. Если же освещение хорошее — как бывает днем или при использовании вспышки, время выдержки может быть существенно уменьшено. Важно помнить о том, что время экспозиции пленки определяется освещенностью: при хорошем освещении оно уменьшается, при плохом — увеличивается.
Положение на сетчатке и длина волны. В данном контексте следует напомнить о двух упомянутых выше соображениях. Как показывают представленные на рис. 4.3 кривые спектрального порога, абсолютный порог зависит от того, к какому классу относятся стимулируемые фоторецепторы. Фотопическое зрение, в котором основную роль играет богатая колбочками центральная ямка, имеет значительно более высокий порог (т. е. оно менее чувствительно), чем скотопическое зрение периферической сетчатки, содержащей палочки. В общем, глаз наиболее чувствителен тогда, когда свет попадает на участок сетчатки с максимальной плотностью палочек.
Форма кривых на рис. 4.3 свидетельствуют также и о том, что лучистая энергия, принадлежащая к разным участкам спектра, по-разному влияет на абсолютный порог фотопического и скотопического зрения. Абсолютный порог зависит от длины волны. Как уже отмечалось выше при обсуждении эффекта Пуркинье, самый низкий абсолютный порог скотопического зрения соответствует длине волны, равной примерно 500 нм, а самый низкий порог фотопического зрения — длине волны около 550 нм.
Восприятие непрерывности светового потока при прерывистом освещении: КЧМ
При определенных условиях прерывистый свет может восприниматься как непрерывный. Свет, испускаемый многими такими широко известными источниками света, как, например, люминесцентные лампы, телевизионные экраны, кинопроекторы, воспринимается нами как непрерывный и стабильный, хотя на самом деле это постоянно прерывающийся световой поток. Так, флюоресцентная лампа дает вспышки 120 раз в секунду, а это значит, что 120 раз в секунду она включается и выключается. Однако этого никто не замечает: если прерывистость света ритмична, он воспринимается как стабильный и непрерывный. Отчасти это происходит потому, что возникший зрительный образ сохраняется в течение какого-то времени после того, как физический стимул исчезает.
Минимальная частота вспышек источника света, при которой свет перестает восприниматься как видимая последовательность отдельных вспышек и начинает восприниматься как непрерывный поток, называется критической частотой мельканий (КЧМ). (Иногда вместо этого термина используется термин, предназначенный для обозначения функционально эквивалентного явления, — критическая частота слияния мельканий.) Иными словами, КЧМ - это граница между восприятием мельканий и их слияний.
В общем виде, чем интенсивнее источник прерывистого, или флуктуирующего, света, тем легче обнаружить «прерывистость» последнего и тем выше должна быть частота мельканий, чтобы они перестали восприниматься. Напротив, эффект слабых вспышек сохраняется дольше, вследствие чего они сливаются при сравнительно невысокой частоте. Способность обнаруживать флуктуации увеличивается при увеличении площади мелькающего дисплея и стимулируемого им участка сетчатки. Нередко мы лучше замечаем порядочных размеров источник мелькающего света, если он стимулирует не центральную ямку, а периферию сетчатки. Вероятно, у вас самих была возможность убедиться в этом, когда вы «боковым зрением» (т. е. на самом краю поля зрения) замечали раздражающее «мигание» неисправной лампы дневного света. Когда же вы смотрели прямо на лампу, вы не замечали никаких вспышек.
Как уже отмечалось, чем интенсивнее стимул, тем большая частота необходима для достижения порога, при котором наступает очевидное слияние мельканий. Однако выше определенной частоты слияние перестает зависеть от интенсивности.
