Jump to content

Подводное видение

Аквалангист с бифокальными линзами, прикрепленными к маске

Подводное зрение — это способность видеть объекты под водой , и на это существенно влияют несколько факторов. Под водой объекты менее заметны из-за более низкого уровня естественного освещения, вызванного быстрым затуханием света с расстоянием , проходящим через воду. Они также размываются из-за рассеяния света между объектом и зрителем, что также приводит к снижению контрастности. Эти эффекты варьируются в зависимости от длины волны света, цвета и мутности воды. Глаз позвоночных обычно либо оптимизирован для подводного видения, либо для воздушного видения, как в случае человеческого глаза. На остроту зрения оптимизированного для воздуха глаза серьезно влияет разница в показателе преломления между воздухом и водой при погружении в прямой контакт. Создание воздушного пространства между роговицей и водой может компенсировать это, но имеет побочный эффект в виде искажения масштаба и расстояния. Дайвер учится компенсировать эти искажения. Искусственное освещение эффективно для улучшения освещенности на близком расстоянии. [1]

Стереоскопическая острота зрения , то есть способность оценивать относительные расстояния до различных объектов, значительно снижается под водой, и на это влияет поле зрения. Узкое поле зрения, вызванное маленьким смотровым окном в шлеме, приводит к значительному снижению остроты стереоизображения и связанной с этим потере зрительно-моторной координации. [1] На очень коротких дистанциях в прозрачной воде расстояние занижается в соответствии с увеличением из-за преломления через плоскую линзу маски, но на больших расстояниях - больше, чем досягаемость руки, расстояние имеет тенденцию завышаться до некоторой степени под влиянием мутности. Под водой восприятие как относительной, так и абсолютной глубины снижается. Потеря контраста приводит к переоценке, а эффекты увеличения приводят к недооценке на коротких дистанциях. [1] Дайверы могут в значительной степени адаптироваться к этим эффектам с течением времени и с практикой. [1]

Лучи света изгибаются при переходе из одной среды в другую; величина изгиба определяется показателями преломления двух сред. Если один носитель имеет определенную изогнутую форму, он действует как линза . Роговица на , жидкости и хрусталик глаза вместе образуют хрусталик, который фокусирует изображение сетчатке . Глаз большинства наземных животных приспособлен для наблюдения в воздухе. Однако вода имеет примерно тот же показатель преломления, что и роговица (оба около 1,33), что эффективно устраняет фокусирующие свойства роговицы. При погружении в воду изображения не фокусируются на сетчатке, а за сетчаткой, что приводит к чрезвычайно размытому изображению из-за гиперметропии . [2] Этого во многом можно избежать, если между водой и роговицей имеется воздушное пространство, заключенное внутри маски или шлема.

Вода ослабляет свет из-за поглощения [2] и когда свет проходит через воду, цвет избирательно поглощается водой. На поглощение цвета также влияет мутность воды и растворенных веществ. Вода преимущественно поглощает красный свет и в меньшей степени желтый, зеленый и фиолетовый свет, поэтому цвет, который меньше всего поглощается водой, — это синий свет. [3] Твердые частицы и растворенные материалы могут поглощать разные частоты, и это будет влиять на цвет на глубине, что приводит к типичному зеленому цвету многих прибрежных вод и темно-красно-коричневому цвету многих пресноводных рек и озер из-за растворенных органических веществ. [1]

Видимость — это термин, который обычно предсказывает способность человека, животного или прибора оптически обнаруживать объект в данной среде и может быть выражен как мера расстояния, на котором можно различить объект или свет. [4] Факторы, влияющие на видимость, включают освещенность, длину пути света, частицы, вызывающие рассеяние, растворенные пигменты, поглощающие определенные цвета, а также градиенты солености и температуры, которые влияют на показатель преломления. [5] Видимость можно измерять в любом произвольном направлении и для целей разного цвета, но горизонтальная видимость черной цели уменьшает переменные и соответствует требованиям к прямолинейному и надежному параметру видимости под водой. [4] Имеются инструменты для оценки видимости с поверхности в полевых условиях, что может информировать команду дайверов о возможных осложнениях.

Фокус [ править ]

Вода имеет существенно отличающийся от воздуха показатель преломления, и это влияет на фокусировку глаза. Глаза большинства животных приспособлены к зрению под водой или в воздухе и не фокусируются должным образом в другой среде. [ нужна ссылка ]

Рыба [ править ]

Хрусталики глаз рыб чрезвычайно выпуклые , почти сферические, а показатель преломления у них самый высокий среди всех животных. Эти свойства обеспечивают правильную фокусировку световых лучей и, в свою очередь, правильное формирование изображения на сетчатке. Эта выпуклая линза дала название линзе «рыбий глаз» в фотографии. [6]

Люди [ править ]

Виды через плоскую маску над и под водой.

Нося плоскую маску для дайвинга , люди могут четко видеть под водой. [2] [7] [8] Плоское окно маски отделяет глаза от окружающей воды прослойкой воздуха. Лучи света, попадающие из воды в плоское параллельное окно, минимально меняют свое направление внутри самого материала окна. [2] Но когда эти лучи выходят из окна в воздушное пространство между плоским окном и глазом, преломление весьма заметно. Траектории обзора преломляются (изгибаются) аналогично наблюдению за рыбами, содержащимися в аквариуме. Линейные поляризационные фильтры уменьшают видимость под водой, ограничивая окружающий свет и затемняя источники искусственного света. [1]

При ношении плоской маски для подводного плавания или защитных очков объекты под водой будут казаться на 33 % больше (на 34 % больше в соленой воде) или на 25 % ближе, чем они есть на самом деле. [2] Также подушкообразная дисторсия и боковые хроматические аберрации заметны . Маски с двойным куполом восстанавливают естественное подводное зрение и поле зрения с некоторыми ограничениями. [2] [9]

Оптическая коррекция [ править ]

Дайверы могут носить контактные линзы под маской или шлемом для дайвинга. Риск потери зависит от безопасности маски или шлема и при наличии шлема очень низок. Линзы в оправе можно носить в некоторых шлемах и полнолицевых масках, но их может быть трудно устранить, если над ними нет потока свежего сухого газа. Каркас можно прикрепить к шлему или маске или носить на голове обычным способом, но его невозможно отрегулировать во время погружения, если он сместится со своего места.

Очки, надетые вне маски, будут иметь разное преломление в воде и под водой из-за разных показателей преломления воздуха и воды, контактирующих с поверхностями линз.

Маски для дайвинга могут быть оснащены линзами для дайверов, нуждающихся в оптической коррекции для улучшения зрения. Корректирующие линзы отшлифованы с одной стороны и оптически приклеены к внутренней поверхности линзы маски. Это обеспечивает одинаковую коррекцию над и под поверхностью воды, поскольку изогнутая поверхность линзы в обоих случаях контактирует с воздухом. Для этого применения также доступны бифокальные линзы. Некоторые маски изготавливаются со съемными линзами, также доступен ряд стандартных корректирующих линз, которые можно установить. Пластиковые самоклеящиеся линзы, которые можно приклеить на внутреннюю часть маски, могут выпасть, если маска будет затоплена в течение длительного времени. Контактные линзы можно носить под маской или шлемом, но существует некоторый риск их потери, если маска зальется. [9] [10]

вариации Физиологические

Очень близорукий человек может видеть под водой более или менее нормально. [ нужна ссылка ] . Аквалангисты, интересующиеся подводной фотографией, могут заметить пресбиопические изменения во время погружения до того, как они распознают симптомы в своей обычной повседневной жизни из-за фокусировки вблизи в условиях низкой освещенности. [11]

Народ мокен в Юго-Восточной Азии способен концентрироваться под водой, чтобы собирать крошечных моллюсков и другие продукты питания. [12] Гислен и др. сравнили мокенов и нетренированных европейских детей и обнаружили, что острота зрения мокенов под водой была вдвое выше, чем у их нетренированных европейских собратьев. [13] Европейские дети после 1 месяца обучения также показали такой же уровень остроты подводного зрения. [14] Это происходит из-за сужения зрачка вместо обычного расширения ( мидриаза ), которое происходит, когда нормальный, нетренированный глаз, привыкший видеть на воздухе, погружен в воду. [15]

Цветовое зрение [ править ]

Сравнение проникновения света разных длин волн в открытом океане и прибрежных водах

Вода ослабляет свет из-за поглощения [2] которая меняется в зависимости от частоты. Другими словами, когда свет проходит через большее расстояние, цвет воды избирательно поглощается водой. На поглощение цвета также влияет мутность воды и растворенных веществ.

Вода преимущественно поглощает красный свет и в меньшей степени желтый, зеленый и фиолетовый свет, поэтому цвет, который меньше всего поглощается водой, — это синий свет. [3] Твердые частицы и растворенные материалы могут поглощать разные частоты, и это будет влиять на цвет на глубине, что приводит к типичному зеленому цвету многих прибрежных вод и темно-красно-коричневому цвету многих пресноводных рек и озер из-за растворенных органических веществ. [1]

Флуоресцентные краски поглощают свет более высоких частот, к которому человеческий глаз относительно нечувствителен, и излучают более низкие частоты, которые легче обнаружить. Испускаемый и отраженный свет объединяются и могут быть значительно более видимыми, чем исходный свет. Наиболее видимые частоты также наиболее быстро затухают в воде, поэтому эффект заключается в значительном увеличении цветового контраста на коротком расстоянии, пока более длинные волны не будут ослаблены водой. [1]

Таблица поглощения света в чистой воде
Цвет Средняя длина волны Приблизительная глубина полного впитывания
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

Лурия и др. показали, какие цвета лучше всего использовать для видимости в воде. и цитируется ниже из Адольфсона и Берхаге: [2] [7]

А. Для мутной, мутной воды плохой видимости (реки, гавани и т.п.)

1. При естественном освещении:
а. Флуоресцентный желтый, оранжевый и красный.
б. Обычный желтый, оранжевый и белый.
2. При освещении лампами накаливания:
а. Флуоресцентные и обычные желтые, оранжевые, красные и белые.
3. С ртутным источником света:
а. Флуоресцентный желто-зеленый и желто-оранжевый.
б. Обычный желтый и белый.

Б. Для умеренно мутной воды (проливы, заливы, прибрежные воды).

1. При естественном освещении или лампе накаливания:
а. Любые флуоресцентные лампы желтого, оранжевого и красного цветов.
б. Обычный желтый, оранжевый и белый.
2. С ртутным источником света:
а. Флуоресцентный желто-зеленый и желто-оранжевый.
б. Обычный желтый и белый.

C. Для чистой воды (южная вода, [ нужны разъяснения ] глубоководное море и т. д.).

1. При любом типе освещения превосходят люминесцентные краски.
а. С большими расстояниями просмотра, флуоресцентный зеленый и желто-зеленый.
б. Для коротких расстояний просмотра отлично подходит флуоресцентный оранжевый цвет.
2. При естественном освещении:
а. Флуоресцентные краски.
б. Обычный желтый, оранжевый и белый.
3. С лампой накаливания:
а. Флуоресцентные краски.
б. Обычный желтый, оранжевый и белый.
4. С ртутным источником света:
а. Флуоресцентные краски.
б. Обычный желтый, белый.

Самыми сложными цветами в пределах видимости на водном фоне являются темные цвета, такие как серый или черный.

Видимость [ править ]

Видимость — это термин, который обычно предсказывает способность какого-либо человека или прибора обнаружить объект в данной среде и может быть выражен как мера расстояния, на котором можно различить объект или свет. [4] Теоретическая чернотельная видимость чистой воды, основанная на значениях оптических свойств воды для света с длиной волны 550 нм, оценена в 74 м. [16] Для случая относительно крупного объекта, достаточно освещенного дневным светом, горизонтальная видимость объекта является функцией коэффициента ослабления фотопического луча (спектральной чувствительности глаза). Сообщается, что эта функция равна 4,6, разделенной на коэффициент ослабления фотопического луча. [4]

Факторы, влияющие на видимость, включают: частицы в воде ( мутность ), градиенты солености ( галоклины ), температурные градиенты ( термоклины ) и растворенные органические вещества. [5]

Было обнаружено, что уменьшение контраста с расстоянием в горизонтальной плоскости на определенной длине волны напрямую зависит от коэффициента ослабления луча для этой длины волны. Собственный контраст черной цели равен -1, поэтому видимость черной цели в горизонтальном направлении зависит от одного параметра, чего нельзя сказать о любом другом цвете или направлении, что делает горизонтальную видимость черной цели простейшим случаем. , и по этой причине он был предложен в качестве стандарта подводной видимости, поскольку его можно измерить с помощью достаточно простых приборов. [17]

Коэффициент ослабления фотопического луча, от которого зависит видимость дайвера, представляет собой ослабление естественного света, воспринимаемого человеческим глазом, но на практике проще и привычнее измерять коэффициент ослабления для одного или нескольких диапазонов длин волн. Было показано, что функция 4,8, деленная на коэффициент ослабления фотопического луча, полученная Дэвисом-Колли, дает значение видимости со средней ошибкой менее 10% для большого диапазона типичных прибрежных и внутренних водных условий и наблюдения. Условия, а коэффициенты ослабления луча для одной полосы длин волн при пике около 530 нм являются подходящим показателем для всего видимого спектра для многих практических целей с некоторыми небольшими корректировками. [17]

Измерение видимости [ править ]

Стандартной мерой видимости под водой является расстояние, на котором диск Секки можно увидеть .Дальность подводного видения обычно ограничена мутностью . В очень прозрачной воде видимость может достигать примерно 80 м. [18] а рекордная глубина Секки в 79 м была зарегистрирована в прибрежной полынье восточной части моря Уэдделла в Антарктиде. [18] В других морских водах иногда регистрировались глубины Секки в диапазоне от 50 до 70 м, в том числе рекорд 1985 г. - 53 м в восточной части и до 62 м в тропической части Тихого океана. Такой уровень видимости редко встречается в поверхностных пресных водах. [18] Кратерное озеро , штат Орегон , часто упоминается для ясности, но максимальная зарегистрированная глубина Секки с использованием 2-метрового диска составляет 44 метра. [18] Озера в сухих долинах Мак-Мердо в Антарктиде и Сильфре в Исландии также считаются исключительно чистыми. [ нужна ссылка ]

Видимость может быть измерена в произвольном направлении и для целей различного цвета, но горизонтальная видимость черной цели уменьшает переменные и отвечает требованиям к прямолинейному и надежному параметру подводной видимости, который можно использовать для принятия оперативных решений по миноискатели и группы по обезвреживанию боеприпасов. [4]

Прибор для измерения подводной видимости в основном измеряет пропускание света через воду между целью и наблюдателем для расчета потерь и называется трансмиссометром . Путем измерения количества света, который передается от источника света известной силы и распределения длин волн через известное расстояние от воды до калиброванного люксметра, можно объективно оценить прозрачность воды. [19] Длина волны 532 нм (зеленая) хорошо соответствует пику спектра зрительного восприятия человека, но можно использовать и другие длины волн. [4] Трансмиссометры более чувствительны при низкой концентрации твердых частиц и лучше подходят для измерения относительно чистой воды. [20]

Измерение мутности [ править ]

Нефелометры используются для измерения взвешенных частиц в мутной воде, где они имеют более линейный отклик, чем трансмиссометры. Мутность или помутнение воды является относительной мерой. Это кажущееся оптическое свойство, которое меняется в зависимости от свойств взвешенных частиц, освещенности и характеристик прибора. Мутность измеряют в единицах нефелометра по стандарту мутности или в формазиновых единицах мутности . [20]

Нефелометры измеряют свет, рассеянный взвешенными частицами, и реагируют в основном на эффекты первого порядка размера и концентрации частиц. В зависимости от производителя нефелометры измеряют рассеянный свет в диапазоне примерно от 90° до 165° от оси луча и обычно используют инфракрасный свет с длиной волны около 660 нм, поскольку эта длина волны быстро поглощается водой, поэтому очень небольшое загрязнение источника из-за окружающего дневного света, за исключением вблизи поверхности. [20]

Низкая видимость [ править ]

Низкая видимость определяется NOAA для оперативных целей как: «Когда визуальный контакт с напарником больше не может поддерживаться». [21]

DAN-Южная Африка предполагает, что ограниченная видимость — это когда «напарника невозможно различить на расстоянии более 3 метров». [22]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час Лурия, С.М.; Кинни, Дж. А. (декабрь 1974 г.). «Линейные поляризационные фильтры и подводное зрение». Подводные биомедицинские исследования . 1 (4): 371–8. ПМИД   4469103 .
  2. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час Адольфсон, Дж.; Берхейдж, Т. (1974). Восприятие и производительность под водой . Джон Уайли и сыновья. ISBN  0-471-00900-8 .
  3. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Хегде, М. (30 сентября 2009 г.). «Синий, синий и самый синий океан» . НАСА Годдард Служба данных и информации по наукам о Земле. Архивировано из оригинала 12 июля 2009 года . Проверено 27 мая 2011 г.
  4. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж «Исследование видимости воды» . www.seabird.com . Научный журнал «Морские птицы» . Проверено 24 октября 2021 г.
  5. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Гибб, Натали. «Факторы, влияющие на видимость под водой при дайвинге» . Терминология подводного плавания . о.com. Архивировано из оригинала 13 января 2017 года . Проверено 26 ноября 2016 г.
  6. ^ Вуд, RW (1 августа 1906 г.). «XXIII. Вид рыбьим глазом и зрение под водой» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 12 (68): 159–162. дои : 10.1080/14786440609463529 . ISSN   1941-5982 .
  7. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Лурия, С.М.; Кинни, Дж. А. (март 1970 г.). «Подводное видение». Наука . 167 (3924): 1454–61. Бибкод : 1970Sci...167.1454L . дои : 10.1126/science.167.3924.1454 . ПМИД   5415277 .
  8. ^ Вельтман, Г.; Кристиансон, РА; Эгстром, GH (октябрь 1965 г.). «Поля зрения аквалангиста». Человеческий фактор . 7 (5): 423–30. дои : 10.1177/001872086500700502 . ПМИД   5882204 . S2CID   45543055 .
  9. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Савацки, Дэвид (1 ноября 2015 г.). «Корректирующие маски для дайвинга» . Колонки, Водолазная медицина . Дайверский журнал . Проверено 10 декабря 2016 г. .
  10. ^ Лонн, Торбен (16 сентября 2015 г.). «Дайвинг с контактными линзами» . Статьи . DIVE.in. ​Проверено 10 декабря 2016 г. .
  11. ^ Беннетт, QM (июнь 2008 г.). «Новые мысли о коррекции пресбиопии у дайверов» . Дайвинг и гипербарическая медицина . 38 (2): 163–4. ПМИД   22692711 . Архивировано из оригинала 15 июня 2013 года . Проверено 19 апреля 2013 г. {{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  12. ^ «Мокенские морские цыгане: Видение под водой» . Архивировано из оригинала 29 августа 2008 года . Проверено 11 февраля 2007 г. {{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  13. ^ Гислен А., Даке М., Крегер Р.Х., Абрахамссон М., Нильссон Д.Э., Ордер Э.Дж. (май 2003 г.). «Превосходное подводное зрение у человеческой популяции морских цыган» . Курс. Биол . 13 (10): 833–6. Бибкод : 2003CBio...13..833G . дои : 10.1016/S0960-9822(03)00290-2 . ПМИД   12747831 . S2CID   18731746 .
  14. ^ Гислен А., Варрант Э.Дж., Даке М., Крегер Р.Х. (октябрь 2006 г.). «Зрительная тренировка улучшает подводное зрение у детей» . Видение Рез . 46 (20): 3443–50. дои : 10.1016/j.visres.2006.05.004 . ПМИД   16806388 .
  15. ^ «Как мокены ясно видят под водой. Строим мозг внутри человеческого тела — BBC One» . Би-би-си . 13 мая 2011 года . Проверено 4 мая 2018 г.
  16. ^ Смит; Бейкер (1995). Дэвис-Колли, Р.Дж.; Смит, Д.Г. (ред.). «Оптически чистые воды в источниках Вайкоропупу («Пупу»), Нельсон, Новая Зеландия» . Новозеландский журнал исследований морской и пресноводной воды . 29 (2). Королевское общество Новой Зеландии: 251–256. Бибкод : 1995NZJMF..29..251D . дои : 10.1080/00288330.1995.9516658 . 0028-8330/95/2902-0251
  17. Перейти обратно: Перейти обратно: а б Заневельд, Дж. Рональд В.; Пегау, В. Скотт (2003). «Надежный параметр подводной видимости» . Оптика Экспресс . 11 (23). Издательская группа «Оптика»: 2997–3009. Бибкод : 2003OExpr..11.2997Z . дои : 10.1364/OE.11.002997 . ПМИД   19471421 .
  18. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Дэвис-Колли, Р.Дж.; Смит, Д.Г. (1995). «Оптически чистые воды в источниках Вайкоропупу («Пупу»), Нельсон, Новая Зеландия» (PDF) . Новозеландский журнал исследований морской и пресноводной воды . 29 (2). Королевское общество Новой Зеландии: 251–256. Бибкод : 1995NZJMF..29..251D . дои : 10.1080/00288330.1995.9516658 . Проверено 19 октября 2013 г. 0028-8330/95/2902-0251
  19. ^ Россье, Роберт Н. (3 ноября 1995 г.). «Что такое наглядность? Освещение фактов о неясной ситуации» . dtmag.com . Журнал обучения дайвингу . Проверено 14 октября 2021 г.
  20. Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Томсон, Ричард Э.; Эмери, Уильям Дж. (2014). «Глава 1 – Сбор и запись данных» . В Томсоне, Ричард Э.; Эмери, Ричард Э. (ред.). Методы анализа данных в физической океанографии (Третье изд.). Эльзевир. стр. 1–186. дои : 10.1016/B978-0-12-387782-6.00001-6 . ISBN  9780123877826 .
  21. ^ Персонал (9 июля 2014 г.). «Погружение в условиях плохой видимости» (PDF) . Политика 0308 . Управление морских и авиационных операций NOAA. п. 2 . Проверено 26 ноября 2016 г.
  22. ^ Персонал. «Руководство по процедурам пропавшего дайвера» (PDF) . Партнеры по безопасности дайвинга . Проверено 4 января 2017 г.

Дальнейшее чтение [ править ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: be85ade9867e76d75476aa138389e84b__1719913500
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/be/4b/be85ade9867e76d75476aa138389e84b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Underwater vision - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)