Ключевые слова: глаз, свет, матрица, пиксель, цвет.
Рис. 1. оптическая система глаза
Перед тем как понять, что такое человеческий глаз, необходимо представить его оптическую систему в разрезе (рис. 1.).
Человеческий глаз это говоря техническим языком один из «портов ввода» информации, которая поступает в «центральный процессор» — мозг человека. Через глаза человек получает информацию об окружающем его мире, благодаря отражению электромагнитных волн, испускаемых солнцем от всего, что окружает человека. Отражённые электромагнитные волны проходят сначала через зрачок глаза представляющий своего рода диафрагму, которая выполняет роль ограничителя светового потока.
Далее электромагнитная волна (ЭВ), проходит через хрусталик глаза, который фокусирует световой поток ЭВ и проецирует его на сетчатке глаза. Сетчатка человеческого глаза — своеобразное «окно в мозг», она представляет из себя матрицу чувствительную к электромагнитным волнам оптического (видимого) диапазона волн и является одним из звеньев зрительного анализатора.
Информация, которую несёт в себе отражённая электромагнитная волна, воздействует на фоторецепторы, которыми являются «палочки» и «колбочки». Фоторецепторные клетки, обеспечивающие восприятие и преобразование электромагнитного излучения видимой части спектра в нервные импульсы, а также обеспечивает их первичную обработку, состоящую в распознании интенсивности (амплитуды) и цвета (частоты) электромагнитных сигналов [1]. Далее импульсы, представляющие из себя электрические волны возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в виде кратковременного изменения мембранного потенциала на небольшом участке возбудимой клетки нейрона. Нейрон — электрически возбудимая клетка, которая обрабатывает, хранит и передает информацию с помощью электрических и химических сигналов [2].
Далее обработанная информация в виде электрических импульсов, передаётся посредством зрительного нерва. Зрительный нерв обеспечивает передачу нервных импульсов светового раздражения, идущих от сетчатки к зрительному центру, который расположен в затылочной доле мозга.
Проведение аналогии между человеческим глазом и современной видеокамерой.
Матрица видеокамеры – один из основных компонентов современной видеотехники. На ее поверхности строится изображение, которое фиксируется чувствительными элементами (пикселями). Существует множество эффективных алгоритмов дальнейшей обработки сигнала, но именно матрица стоит в самом начале электронного тракта видеокамеры и в наибольшей степени влияет на качество видеоматериала.
Современная матрица — это микросхема, поверхность которой состоит из множества чувствительных к свету элементов. Каждый элемент является самостоятельным свето-приёмником, преобразующим падающий на него свет в электрический сигнал, который после предварительной обработки передаётся для визуализации или записывается на носитель.
Изображение, которое мы видим, состоит из совокупности записанных в цифровом виде сигналов с каждого элемента, а значит, имеет дискретную структуру.
Элементы, из которых состоит матрица видеокамеры, способны фиксировать только интенсивность падающего на них света. Для того чтобы записать цвет, необходимо, как минимум, три таких элемента (такое количество связано с особенностями восприятия цвета человеческим глазом, имеющим три вида колбочек), каждый из которых отвечает за свою область спектра. Чтобы реализовать цветовую чувствительность, перед каждым элементом ставится светофильтр, который пропускает только вполне определенный цвет – красный, зеленый или синий (модель RGB – Red-Green-Blue, которая используется в подавляющем большинстве матриц).
А что же тогда такое всем известный пиксель? Это легко понять, если представить себе, что видеокамера работает так же, как глаз. Изображение строится зрачком (объектив), воспринимается сетчаткой с палочками и колбочками (матрица) и обрабатывается мозгом (процессор). Собственно, саму картинку мы видим мозгом, ведь структура сетчатки так же дискретна, как и матрица видеокамеры.
Пиксель – это логическая структура, формирующаяся в результате обработки сигнала процессором видеокамеры по специальным алгоритмам. Пиксель может состоять как из одного светочувствительного элемента, так и из трех и более. Например, в уже знакомом нам фильтре Байера цвет каждого элемента вычисляется по информации, полученной от окружающих его элементов, а, следовательно, пиксель состоит из одного светочувствительного элемента.
Приведённая выше информация позволяет сделать однозначные выводы о том, что человеческий глаз и видеокамера работают на одних и тех же принципах. Что открывает перспективы для развития систем технического зрения, замещающих зрение чеовека.
Список использованных источников
1. Википедия [Электронный ресурс] / Сетчатка – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сетчатка – свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. (дата обращения 01.11.2017)
2. Википедия [Электронный ресурс] / Нейрон – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Нейрон – свободный. – Загл. с экрана – Яз. рус. (дата обращения 01.11.2017)