Подводное зрение
 | Эта статья о биологии может быть чрезмерно ориентированной на человека . |
Подводное зрение - это способность видеть объекты под водой , и это значительно влияет на несколько факторов. Под водой объекты менее заметны из -за более низких уровней естественного освещения, вызванного быстрого ослабления света с расстоянием , проходящим через воду. Они также размыты путем рассеяния света между объектом и зрителем, что также приводит к более низкому контрасту. Эти эффекты варьируются в зависимости от длины волны света, а также цвета и мутности воды. Глаз позвоночных обычно либо оптимизируется для подводного зрения, либо воздушного зрения, как в случае с человеческим глазом. Острота визуального визуального оптимизированного глаза сильно негативно влияет разница в показателе преломления между воздухом и водой при погружении в прямой контакт. Предоставление воздушного пространства между роговицей и водой может компенсировать, но имеет побочный эффект от масштаба и искажения расстояния. Дайвер учится компенсировать эти искажения. Искусственное освещение эффективно для улучшения освещения на коротком расстоянии. [ 1 ]
Острота стереоскопической , способность судить относительные расстояния различных объектов, значительно снижается под водой, и это влияет на область зрения. Узкое поле зрения, вызванное небольшим просмотром в шлеме, приводит к значительно уменьшенной стереоакуациальности и связанной с этим потерей координации рук и глаз. [ 1 ] На очень коротком расстоянии в прозрачном водоснабжении недооценивается, в соответствии с увеличением из -за преломления через плоскую линзу маски, но на больших расстояниях - больше, чем досягаемости руки, расстояние, как правило, переоценивается до определенной степени, под влиянием мутности. Как относительное, так и абсолютное восприятие глубины уменьшается под водой. Потеря контраста приводит к переоценке, а эффекты увеличения объясняют недооценку на коротком расстоянии. [ 1 ] Дайверы могут в значительной степени адаптироваться к этим эффектам с течением времени и с практикой. [ 1 ]
Световые лучи изгибаются, когда они перемещаются от одной среды к другой; Количество изгиба определяется индексами преломления двух носителей. Если одна среда имеет определенную изогнутую форму, она функционирует как объектив . Роговица на , юморы и кристаллическая линза глаз вместе образуют линзу, который фокусирует изображения сетчатке . Глаз большинства наземных животных адаптирован для просмотра в воздухе. Вода, однако, имеет приблизительно тот же показатель преломления, что и роговица (обе около 1,33), что эффективно устраняет фокусирующие свойства роговицы. Когда они погружаются в воду, вместо того, чтобы сосредоточить изображения на сетчатке, они сосредоточены за сетчаткой, что приводит к чрезвычайно размытому изображению от гиперметропии . [ 2 ] Это в значительной степени избегается, имея воздушное пространство между водой и роговицей, пойманной в маску или шлем.
Вода ослабляет свет из -за поглощения [ 2 ] и когда свет проходит через цвет воды избирательно поглощается водой. Поглощение цвета также влияет мутность воды и растворенного материала. Вода преимущественно поглощает красный свет, и, в меньшей степени, желтый, зеленый и фиолетовый свет, поэтому цвет, наименьший поглощен водой, является синим светом. [ 3 ] Стехневые частицы и растворенные материалы могут поглощать различные частоты, и это повлияет на цвет на глубине, при этом результаты, такие как типично зеленый цвет во многих прибрежных водах, и темно-красно-коричневый цвет многих пресноводных рек и озер из-за растворенного органического вещества. [ 1 ]
Видимость - это термин, который обычно предсказывает способность некоторых человеческих, животных или инструмента оптического обнаружения объекта в данной среде и может быть выражена как мера расстояния, на котором объект или свет можно различить. [ 4 ] Факторы, влияющие на видимость, включают освещение, длину светового пути, частицы, которые вызывают рассеяние, растворенные пигменты, которые поглощают определенные цвета, а также соленость и градиенты температуры, которые влияют на показатель преломления. [ 5 ] Видимость может быть измерена в любом произвольном направлении и для различных целевых цветов, но горизонтальная видимость черной цели уменьшает переменные и соответствует требованиям для прямого и надежного параметра для подводной видимости. [ 4 ] Инструменты доступны для полевых оценок видимости с поверхности, что может информировать команду DIVE о вероятных осложнениях.
Освещение
[ редактировать ]Освещение подводной среды ограничено характеристиками воды. {{развернуть раздел} | дневной свет, лайки, излучаемый Organisma}, искусственное освещение}}
Искусственное освещение
[ редактировать ]- Заднее рассеяние оказывает большее влияние, когда от искусственного освещения, поскольку источник света с большей вероятностью будет близок к зрителю, чем для естественного света.
Фокус
[ редактировать ]Вода имеет значительно другой показатель преломления в воздухе, и это влияет на фокусировку глаза. Глаза большинства животных адаптированы к подводному или воздушному зрению и не фокусируются должным образом, когда в другой среде. [ Цитация необходима ]
Рыба
[ редактировать ]Кристаллические линзы глаз рыб чрезвычайно выпуклые , почти сферические, а их индексы преломления являются самыми высокими из всех животных. Эти свойства обеспечивают правильную фокусировку световых лучей и, в свою очередь, правильное образование изображения на сетчатке. Этот выпуклый объектив дает название объективе Fisheye в фотографии. [ 6 ]
Люди
[ редактировать ]
Носив плоскую маску для дайвинга , люди могут ясно видеть под водой. [ 2 ] [ 7 ] [ 8 ] Плоское окно маски отделяет глаза от окружающей воды слоем воздуха. Световые лучи, входящие из воды в плоское параллельное окно, изменяют их направление минимально внутри самого материала окна. [ 2 ] Но когда эти лучи выходят из окна в воздушное пространство между плоским окном и глазом, преломление довольно заметна. Пути видов отражают (изгиб) таким образом, как и на просмотр рыбы, хранящейся в аквариуме. Линейные поляризационные фильтры уменьшают видимость под водой, ограничивая окружающие световые и затемненные источники света. [ 1 ]
При ношении плоской маски для акваланга или защитных очков объекты под водой будут выглядеть на 33% больше (на 34% больше в соленой воде) или на 25% ближе, чем на самом деле. [ 2 ] Также искажение положения и боковая хроматическая аберрация заметны . Маски с двумя кулерами восстанавливают подводное зрение и поле зрения естественного размера с определенными ограничениями. [ 2 ] [ 9 ]
Оптическая коррекция
[ редактировать ]Дайверы могут носить контактные линзы под маской или шлем. Риск потери зависит от безопасности маски или шлема и очень низкий с шлемом. Линзы в рамке доступны для износа в некоторых шлемах и масках для полных лиц, но их может быть трудно обезмигнуть, если на них нет свежего, сухого, газового потока. Рамка может быть установлена на шлем или маску или носить на голове обычным способом, но их нельзя отрегулировать во время погружения, если они выходят из положения.
Очки, которые носят за пределами маски, будут иметь различные преломления из воды до под водой из -за различных преломляющих индексов воздуха и воды в контакте с поверхностями линзы.
Маски для дайвинга могут быть оснащены линзами для дайверов, нуждающихся в оптической коррекции для улучшения зрения. Корректирующие линзы плоские с одной стороны и оптически цементируются на внутренней стороне объектива маски. Это обеспечивает такое же количество коррекции выше и ниже поверхности воды, что и изогнутая поверхность линзы в обоих случаях контактирует с воздухом. Бифокальные линзы также доступны для этого приложения. Некоторые маски сделаны из съемных линз, и доступен ряд стандартных корректирующих линз, которые могут быть установлены. Пластиковые самоклеящиеся линзы, которые могут быть нанесены на внутреннюю часть маски, могут упасть, если маска затоплена в течение значительного периода. Контактные линзы могут быть носят под маской или шлемом, но существует некоторый риск потерять их, если маска натолкнет. [ 9 ] [ 10 ]
Физиологические вариации
[ редактировать ]Очень близорукий человек может видеть более или менее обычно подводной [ Цитация необходима ] Полем Дайверы для подводного плавания, заинтересованные в подводной фотографии, могут заметить пресбиопические изменения при погружении, прежде чем они распознают симптомы в их нормальных процедурах из -за почти фокусировки в условиях низкого освещения. [ 11 ]
Люди мокена Юго-Восточной Азии могут сосредоточиться на подводной воде, чтобы забрать крошечные моллюски и другие продукты питания. [ 12 ] Gislén et al. сравнивали Мокен и неподготовленные европейские дети и обнаружили, что подводная острота зрения Мокена была в два раза больше, чем у их не обученных европейских коллег. [ 13 ] Европейские дети после 1 месяца обучения также показали тот же уровень остроты зрения под водой. [ 14 ] Это связано с сокращением зрачка вместо обычного дилатации ( мидриаз ), который подвергается, когда нормальный, неподготовленный глаз, привыкший к просмотру в воздухе, погружается в погружение. [ 15 ]
Цветовое зрение
[ редактировать ]
Вода ослабляет свет из -за поглощения [ 2 ] который варьируется в зависимости от частоты. Другими словами, когда свет проходит через большее расстояние цвета воды, избирательно поглощается водой. Поглощение цвета также влияет мутность воды и растворенного материала.
Вода преимущественно поглощает красный свет, и, в меньшей степени, желтый, зеленый и фиолетовый свет, поэтому цвет, наименьший поглощен водой, является синим светом. [ 3 ] Стехневые частицы и растворенные материалы могут поглощать различные частоты, и это повлияет на цвет на глубине, при этом результаты, такие как типично зеленый цвет во многих прибрежных водах, и темно-красно-коричневый цвет многих пресноводных рек и озер из-за растворенного органического вещества. [ 1 ]
Флуоресцентные краски поглощают более частотный свет, к которому человеческий глаз относительно нечувствителен и излучает более низкие частоты, которые легче обнаруживаются. Излучаемый свет и отраженный свет объединяются и могут быть значительно более заметными, чем исходный свет. Наиболее заметные частоты также наиболее быстро ослабляются в воде, поэтому эффект для значительно повышенного цветового контраста на коротком расстоянии, пока более длинные волны не будут ослаблены водой. [ 1 ]
| Цвет | Средняя длина волны | Приблизительная глубина полного поглощения |
|---|---|---|
| Ультрафиолетовый | 300 нм | 25 м |
| Фиолетовый | 400 нм | 100 м |
| Синий | 475 нм | 275 м |
| Зеленый | 525 нм | 110 м |
| Желтый | 575 нм | 50 м |
| Апельсин | 600 нм | 20 м |
| Красный | 685 нм | 5 м |
| Инфракрасный | 800 нм | 3 м |
Лучшие цвета, которые можно использовать для видимости в воде, были показаны Luria et al. и цитируется из Adolfson и Berghage ниже: [ 2 ] [ 7 ]
А. Для мутной мутной воды низкой видимости (реки, гавани и т. Д.)
- 1. С естественным освещением:
- а Флуоресцентный желтый, оранжевый и красный.
- беременный Обычный желтый, оранжевый и белый.
- 2. С освещением накаливания:
- а Флуоресцентный и обычный желтый, оранжевый, красный и белый.
- 3. С источником света ртуть:
- а Флуоресцентный желто-зеленый и желто-оранжевый.
- беременный Обычный желтый и белый.
B. Для умеренной мутной воды (звуки, заливы, прибрежная вода).
- 1. С естественным источником света или накаливания источника света:
- а Любой флуоресцент в желтых, апельсинах и красных.
- беременный Обычный желтый, оранжевый и белый.
- 2. С источником света ртуть:
- а Флуоресцентный желто-зеленый и желто-оранжевый.
- беременный Обычный желтый и белый.
C. для прозрачной воды (южная вода, [ нужно разъяснения ] Глубокая вода от берега и т. Д.).
- 1. С любым типом освещения флуоресцентные краски превосходят.
- а С длинными расстояниями просмотра флуоресцентный зеленый и желто-зеленый.
- беременный Благодаря коротким расстояниям просмотра флуоресцентный апельсин отличный.
- 2. С естественным освещением:
- а Флуоресцентные краски.
- беременный Обычный желтый, оранжевый и белый.
- 3. С источником света накаливания:
- а Флуоресцентные краски.
- беременный Обычный желтый, оранжевый и белый.
- 4. С источником света ртуть:
- а Флуоресцентные краски.
- беременный Обычный желтый, белый.
Самыми сложными цветами в пределах видимости с водным фоном являются темные цвета, такие как серый или черный.
Видимость
[ редактировать ]Видимость - это термин, который обычно предсказывает способность некоторых человеческих или инструментов обнаруживать объект в данной среде и может быть выражена как мера расстояния, на котором объект или свет можно различить. [ 4 ] Теоретическая видимость черного тела чистой воды на основе значений для оптических свойств воды для света 550 нм была оценена в 74 м. [ 16 ] Для случая относительно большого объекта, достаточно освещенного дневным светом, горизонтальная видимость объекта является функцией коэффициента затухания фотопья (спектральная чувствительность глаза). Эта функция, как сообщается, было сообщено как 4,6, разделенное на коэффициент ослабления фотопейства. [ 4 ]
Факторы, влияющие на видимость, включают в себя: частицы в воде ( мутность ), градиенты солености ( галоглины ), температурные градиенты ( термоклины ) и растворенное органическое вещество. [ 5 ]
Было обнаружено, что уменьшение контраста с расстоянием в горизонтальной плоскости на определенной длине волны зависит непосредственно от коэффициента ослабления пучка для этой длины волны. Врожденный контраст черной цели составляет -1, поэтому видимость черной цели в горизонтальном направлении зависит от одного параметра, что не относится к любому другому цвету или направлению, что делает горизонтальную видимость черной цели простым случаем. , и по этой причине он был предложен в качестве стандарта для подводной видимости, так как его можно измерить с помощью достаточно простых инструментов. [ 17 ]
Коэффициент ослабления фотопического луча, от которого зависит видимость дайвера, - это затухание естественного света, которое воспринимается человеческим глазом, но на практике проще и обычное измерение коэффициента затухания для одного или нескольких длин волн. Было показано, что функция 4.8, разделенная на коэффициент ослабления фотопейного луча, как это создается Davies-Colle Условия, и коэффициенты ослабления луча для одной полосы длины волны на пике около 530 нм являются подходящим прокси для полного видимого спектра для многих практических целей с некоторыми небольшими корректировки. [ 17 ]
Измерение видимости
[ редактировать ]Стандартным измерением подводной видимости является расстояние, на котором диск Secchi можно увидеть . Диапазон подводного зрения обычно ограничен мутностью . В очень чистой видимости воды может продлеваться до 80 м, [ 18 ] и записная глубина SECCHI 79 м была зарегистрирована из прибрежной полинии восточного моря Уэдделла , Антарктида. [ 18 ] В других морских водах время от 50 до 70 м время от 50 до 70 м были зарегистрированы, в том числе рекорд 1985 года в 53 м на востоке и до 62 м в тропическом Тихом океане. Этот уровень видимости редко встречается на поверхностной пресной воде. [ 18 ] Кратер -озеро , штат Орегон , часто цитируется для ясности, но максимальная зарегистрированная глубина SECCHI с использованием диска 2 м составляет 44 м. [ 18 ] Озера McMurdo Dry Valleys of Antarctica и Silfra в Исландии также сообщались как исключительно ясные. [ Цитация необходима ]
Видимость может быть измерена в произвольном направлении и различных целевых показателях, но горизонтальная видимость черной цели уменьшает переменные и соответствует требованиям для простых и надежных параметров для подводной видимости, который можно использовать для принятия операционных решений для Охотники на шахты и команды по утилизации боеприпасов. [ 4 ]
Прибор для измерения подводной видимости в основном измеряет передачу света через воду между целью и наблюдателем, для расчета потерь и называется трансмиссомером . Измеряя количество света, которое передается из источника света известной прочности и распределения длины волны через известное расстояние воды до калиброванного измерителя света, четкость воды может быть объективно определено количественно. [ 19 ] Длина волны 532 нм (зеленый) хорошо выравнивается с пиком спектра визуального восприятия человека, но могут использоваться другие длина волн. [ 4 ] Трансмиссометры более чувствительны при низкой концентрации твердых частиц и лучше подходят для измерения относительно чистой воды. [ 20 ]
Измерение мутности
[ редактировать ]Нефелометры используются для измерения суспендированных частиц в мутных водах, где они имеют более линейный отклик, чем трансмиссометры. Мутность или облачность воды является относительной мерой. Это очевидное оптическое свойство, которое варьируется в зависимости от свойств взвешенных частиц, освещения и характеристик прибора. Мутность измеряется в нефелометрах, которые ссылаются на стандарт мутности или в единицах мутности формазина . [ 20 ]
Нефелометры измеряют свет, рассеянный подвешенными частицами и реагируют в основном на эффекты размера и концентрации частиц в первом порядке. В зависимости от производителя, нефелометры измеряют рассеянный свет в диапазоне от примерно 90 ° до 165 ° от оси луча и обычно используют инфракрасное освещение с длиной волны около 660 нм, потому что эта длина волны быстро поглощается водой, поэтому там есть там. очень мало загрязнения источника из -за окружающего дневного света, за исключением рядом с поверхностью. [ 20 ]
Низкая видимость
[ редактировать ]Низкая видимость относится к среде дайвинга, где среда дайвинга является мутной , а объекты не могут быть четко видны на коротком расстоянии даже при искусственном освещении. Термин обычно не используется для обозначения простого отсутствия освещения, когда среда ясна. Нулевая видимость используется для описания условий, когда дайвер не может эффективно видеть ничего за пределами маски шлема, и на просмотр должен быть установлен световой нормальные инструменты. (Некоторые дисплеи, интегрированные с масками, могут быть разборчивы)
Низкая видимость определяется NOAA для эксплуатационных целей как: «Когда визуальный контакт с приятелем для дайвинга больше не может поддерживать». [ 21 ]
Дэн-Южная Африка предполагает, что ограниченная видимость-это когда «приятель не может быть распознан на расстоянии более 3 метров». [ 22 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Закон Снелла - формула углов преломления
- Маска для дайвинга -наполненная воздушной крышкой с видом на улучшение подводного зрения
- Подводное компьютерное зрение - подполе компьютерного зрения
- Подводная фотография - жанр фотографии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час Лурия, См; Кинни, JA (декабрь 1974 г.). «Линейные поляризационные фильтры и подводное зрение». Подводное биомедицинское исследование . 1 (4): 371–8. PMID 4469103 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час Adolfson, J.; Berghage, T. (1974). Восприятие и производительность под водой . Джон Уайли и сыновья. ISBN 0-471-00900-8 .
- ^ Jump up to: а беременный Хегде, М. (30 сентября 2009 г.). «Синий, голубой и голубые океан» . НАСА GODDARD EALCH SCIENCES DATA и Службы информационных услуг. Архивировано из оригинала 12 июля 2009 года . Получено 27 мая 2011 года .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон «Исследование видимости воды» . www.seabird.com . Sea-Bird Scientific . Получено 24 октября 2021 года .
- ^ Jump up to: а беременный Гибб, Натали. «Факторы, которые влияют на видимость под водой при погружении» . Терминология подводного плавания . ОБЛЮДА. Архивировано с оригинала 13 января 2017 года . Получено 26 ноября 2016 года .
- ^ Вуд, RW (1906-08-01). «XXIII. Виды рыбного глаза и зрение под водой» . Лондон, Эдинбург и Дублинский философский журнал и журнал науки . 12 (68): 159–162. doi : 10.1080/14786440609463529 . ISSN 1941-5982 .
- ^ Jump up to: а беременный Лурия, См; Кинни, JA (март 1970 г.). «Подводное зрение». Наука . 167 (3924): 1454–61. Bibcode : 1970sci ... 167.1454L . doi : 10.1126/science.167.3924.1454 . PMID 5415277 .
- ^ Weltman, G.; Кристиансон, Ра; Egstrom, GH (октябрь 1965 г.). «Визуальные поля с аквалангом». Человеческие факторы . 7 (5): 423–30. doi : 10.1177/001872086500700502 . PMID 5882204 . S2CID 45543055 .
- ^ Jump up to: а беременный Савацки, Дэвид (1 ноября 2015 г.). "Корректирующие маски для погружения" . Колонны, дайвинг -медицина . Diver Magazine . Получено 10 декабря 2016 года .
- ^ Лонн, Торбен (16 сентября 2015 г.). «Дайвинг с контактными линзами» . Статьи . Нырять . Получено 10 декабря 2016 года .
- ^ Беннетт, QM (июнь 2008 г.). «Новые мысли о коррекции пресбиопии для дайверов» . Дайвинг и гипербарическая медицина . 38 (2): 163–4. PMID 22692711 . Архивировано с оригинала 15 июня 2013 года . Получено 2013-04-19 .
{{cite journal}}: Cs1 maint: непредвзятый URL ( ссылка ) - ^ «Море -море -цыгане: видя под водой» . Архивировано из оригинала 29 августа 2008 года . Получено 2007-02-11 .
{{cite web}}: CS1 Maint: Bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ Гислен А., Дак М., Крёгер Р.Х., Абрахамссон М., Нильссон Д.Е. «Превосходное подводное зрение в человеческой популяции морских цыган» . Карт Кино . 13 (10): 833–6. Bibdode : 2003cbio ... 13..833g . Doi : 10.1016/s0960-9822 (03) 00290-2 . PMID 12747831 . S2CID 18731746 .
- ^ Гислен А., Варан Э.Дж., Даке М., Крёгер Р.Х. (октябрь 2006 г.). «Визуальное обучение улучшает подводное зрение у детей» . Vision Res . 46 (20): 3443–50. doi : 10.1016/j.visres.2006.05.004 . PMID 16806388 .
- ^ «Как мокены ясно видят под водой, строя свой мозг, внутри человеческого тела - BBC One» . Би -би -си . 13 мая 2011 года . Получено 4 мая 2018 года .
- ^ Смит; Бейкер (1995). Дэвис-Колле, RJ; Смит, DG (ред.). «Оптически чистые воды в Waikoropupu ('Pupu') Springs, Нельсон, Новая Зеландия» . Новая Зеландия Журнал морских и пресноводных исследований . 29 (2). Королевское общество Новой Зеландии: 251–256. Bibcode : 1995nzjmf..29..251d . doi : 10.1080/00288330.1995.9516658 . 0028-8330/95/2902-0251
- ^ Jump up to: а беременный Zaneveld, J. Ronald v.; Пегау, В. Скотт (2003). «Надежный подводной параметр видимости» . Optics Express . 11 (23). Optica Publishing Group: 2997–3009. BIBCODE : 2003OEXPR..11.2997Z . doi : 10.1364/OE.11.002997 . PMID 19471421 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Дэвис-Колле, RJ; Смит, Д.Г. (1995). «Оптически чистые воды в Waikoropupu ('Pupu') Springs, Нельсон, Новая Зеландия» (PDF) . Новая Зеландия Журнал морских и пресноводных исследований . 29 (2). Королевское общество Новой Зеландии: 251–256. Bibcode : 1995nzjmf..29..251d . doi : 10.1080/00288330.1995.9516658 . Получено 19 октября 2013 года . 0028-8330/95/2902-0251
- ^ Россиер, Роберт Н. (3 ноября 1995 г.). «Что такое видимость? Освещающие факты о неясной ситуации» . dtmag.com . Журнал обучения дайвинга . Получено 14 октября 2021 года .
- ^ Jump up to: а беременный в Томсон, Ричард Э.; Эмери, Уильям Дж. (2014). «Глава 1 - получение данных и запись данных» . В Томсоне, Ричард Э.; Эмери, Ричард Э. (ред.). Методы анализа данных в физической океанографии (третье изд.). Elsevier. С. 1–186. doi : 10.1016/b978-0-12-387782-6.00001-6 . ISBN 9780123877826 .
- ^ Персонал (9 июля 2014 г.). «Дайвинг в низкой видимости» (PDF) . Политика 0308 . NOAA Управление морских и авиационных операций. п. 2 Получено 26 ноября 2016 года .
- ^ Персонал. «Руководство по процедуре потерянного дайвера» (PDF) . Партнеры по безопасности погружений . Получено 4 января 2017 года .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Чоу, б; Легертон, JA; Schwiegerling, J. « Улучшение подводного видения: контактные линзы и другие варианты могут помочь пациентам безопасно максимизировать свое зрение под водой» . Спектр контактных линз (июнь 2007 г.) . Получено 2009-06-27 . [ Постоянная мертвая ссылка ]
