Подводное зрение - Underwater vision

Аквалангист с бифокальными линзами на маске

Под водой предметы менее заметны из-за более низкого уровня естественного освещения из-за быстрого затухание света с расстояния, прошедшего через воду. Они также размываются из-за рассеяния света между объектом и зрителем, что также снижает контраст. Эти эффекты зависят от длины волны света, цвета и мутности воды. Глаз позвоночных обычно либо оптимизирован для подводное зрение или воздушное зрение, как в случае с человеческим глазом. Острота зрения оптимизированного для воздуха глаза серьезно страдает из-за разницы в показателях преломления между воздухом и водой при непосредственном контакте с ним. Обеспечение 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 освещения на близком расстоянии.[1]

Стереоскопическая острота зрения, способность определять относительное расстояние до различных объектов, под водой значительно снижается, и на это влияет поле зрения. Узкое поле зрения, вызванное маленьким окном обзора в шлеме, приводит к значительному снижению стереорезкости и связанной с этим потере координации рук и глаз.[1]

На очень коротком расстоянии в чистой воде расстояние недооценивается в соответствии с увеличением из-за преломления через плоскую линзу маски, но на больших расстояниях - больше, чем досягаемость руки, расстояние имеет тенденцию к завышению в некоторой степени под влиянием мутности. Как относительные, так и абсолютные восприятие глубины сокращаются под водой. Потеря контраста приводит к завышению оценки, а эффекты увеличения приводят к недооценке на близком расстоянии.[1]

Дайверы могут в значительной степени адаптироваться к этим эффектам со временем и с практикой.[1]

Лучи света сгибаются при переходе от одной среды к другой; величина изгиба определяется показатели преломления двух СМИ. Если одна среда имеет определенную изогнутую форму, она функционирует как линза. В роговица, юморы и хрусталик из глаз вместе образуют линзу, которая фокусирует изображения на сетчатка. Человеческий глаз приспособлен для просмотра в воздухе. Вода, однако, имеет примерно такой же показатель преломления, что и роговица (оба около 1,33), что эффективно устраняет фокусирующие свойства роговицы. При погружении в воду вместо фокусировки изображений на сетчатке они фокусируются за сетчаткой, в результате чего изображение становится очень размытым. гиперметропия.[2]

Фокус

У воды показатель преломления существенно отличается от показателя преломления воздуха, и это влияет на фокусировку глаза. Глаза большинства животных приспособлены либо к подводному, либо к воздушному зрению и не фокусируются должным образом в другой среде.[нужна цитата ]

Рыбы

Хрустальные линзы Рыбы' глаза чрезвычайно выпуклый, почти сферической формы, а их показатели преломления - самые высокие из всех животных. Эти свойства позволяют правильно фокусировать световые лучи и, в свою очередь, правильно формировать изображение на сетчатке. Эта выпуклая линза дает название объектив рыбий глаз в фотографии.[3]

Люди

Смотрите также: Маска для ныряния
Виды через плоскую маску над и под водой

Надев квартиру маска для ныряния, люди могут ясно видеть под водой.[2][4][5] Плоское окно маски для подводного плавания отделяет глаза от окружающей воды слоем воздуха. Лучи света, попадающие из воды в плоское параллельное окно, минимально изменяют свое направление в самом оконном материале.[2] Но когда эти лучи выходят из окна в воздушное пространство между плоским окном и глазом, преломление довольно заметно. Дорожки обзора преломляются (изгибаются) так же, как при просмотре рыб в аквариуме. Линейные поляризационные фильтры уменьшить видимость под водой за счет ограничения окружающего света и затемнения источников искусственного света.[1]

При ношении плоской маски для подводного плавания или очки защитные, объекты под водой будут казаться на 33% больше (на 34% больше в соленой воде) и на 25% ближе, чем они есть на самом деле.[2] Также подушкообразное искажение и боковая хроматическая аберрация заметны. Двухкупольные маски восстановить естественное подводное зрение и поле зрения с некоторыми ограничениями.[2][6]

Маски для дайвинга могут быть оснащены линзами для дайверов, которым требуется оптическая коррекция для улучшения зрения. Корректирующие линзы плоско отшлифованы с одной стороны и оптически приклеены к внутренней поверхности линзы маски. Это обеспечивает одинаковую коррекцию над и под поверхностью воды. Для этого приложения также доступны бифокальные линзы. Некоторые маски сделаны со съемными линзами, и доступен ряд стандартных корректирующих линз, которые можно установить. Пластиковые самоклеящиеся линзы, которые можно накладывать на внутреннюю часть маски, могут выпасть, если маска затоплена в течение значительного периода времени. Контактные линзы можно носить под маской или шлемом, но есть некоторый риск их потерять, если маска затопит.[6][7]

Цветовое зрение

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

Вода ослабляет свет за счет поглощения[2] который меняется в зависимости от частоты. Другими словами, когда свет проходит через большее расстояние, вода избирательно поглощается водой. На 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, который меньше всего поглощает вода, - это синий свет.[8] Твердые частицы и растворенные материалы могут поглощать разные частоты, и это будет влиять на цвет на глубине, что приводит к таким результатам, как типичный 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 свет более высоких частот, к которому человеческий глаз относительно нечувствителен, и излучают более низкие частоты, которые легче обнаружить. Излучаемый свет 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 диапазоне, пока более длинные волны не будут ослаблены водой.[1]

Таблица светопоглощения в чистой воде
ЦветСредняя длина волныПриблизительная глубина полного поглощения
Ультрафиолетовый300 нм25 м
фиолетовый400 нм100 м
Синий475 нм275 кв.м.
Зеленый525 нм110 кв.м.
Желтый575 нм50 м
апельсин600 нм20 м
красный685 нм5 мес.
Инфракрасный800 нм3 мес.

Лучшие цвета для улучшения видимости в воде показали Лурия и др. и цитируются из Адольфсона и Бергхаге ниже:[2][4]

A. Для мутной, мутной воды с плохой видимостью (реки, гавани и т. Д.)

1. При естественном освещении:
а. Флуоресцентный желтый, оранжевый и красный.
б. Обычный желтый, оранжевый и белый.
2. С лампой накаливания:
а. Флуоресцентный и обычный желтый, оранжевый, красный и белый.
3. С ртутным источником света:
а. Флуоресцентный желто-зеленый и желто-оранжевый.
б. Обычный желтый и белый.

Б. Для умеренно мутной воды (проливы, заливы, прибрежная вода).

1. При естественном освещении или лампе накаливания:
а. Любая флуоресцентная в желтых, оранжевых и красных тонах.
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,[требуется разъяснение ] глубоководный шельф и т. д.).

1. Люминесцентные краски превосходят любой тип освещения.
а. С большим расстоянием обзора, флуоресцентный зеленый и желто-зеленый.
б. Флуоресцентный оранжевый цвет отлично подходит для небольших расстояний просмотра.
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 помощью ртутного источника света:
а. Флуоресцентные краски.
б. Обычный желтый, белый.

Самые сложные цвета на пределе видимости с водным фоном - это темные цвета, такие как серый или черный.

Физиологические вариации

Очень близорукий человек может видеть под водой более или менее нормально. Аквалангисты с интересом к подводная фотография может заметить пресбиопия изменяется во время погружения, прежде чем они распознают симптомы в своей повседневной жизни из-за ближнего фокуса в условиях низкой освещенности.[9]

В Moken жители Юго-Восточной Азии могут сосредоточиться под водой, чтобы собрать крошечных моллюсков и другие продукты питания.[10] Gislén et al. сравнили мокенов с неподготовленными европейскими детьми и обнаружили, что подводная острота зрения мокенов вдвое выше, чем у их неподготовленных европейских коллег.[11] Европейские дети после 1 месяца обучения также показали такой же уровень остроты зрения под водой.[12]Это связано с сжатием ученица, вместо обычного расширения (мидриаз ), которое происходит при погружении нормального, необученного глаза, привыкшего к наблюдению в воздухе.[13]

Видимость

Видимость - это мера расстояния, на котором можно различить объект или свет. Теоретическая видимость чистой воды в виде черного тела, основанная на значениях оптических свойств воды для света 550 нм, была оценена в 74 м.[14]

Стандартным показателем видимости под водой является расстояние, на котором Диск Секки Видимость под водой обычно ограничена мутность. В очень чистой воде видимость может достигать 80 м.[15] и рекордная глубина Секки 79 м была зарегистрирована с прибрежного полынья восточного Море Уэдделла, Антарктида.[15] В других морских водах иногда регистрировались глубины Секки в диапазоне от 50 до 70 м, в том числе рекорд 1985 года - 53 м в восточной части и до 62 м в тропической части Тихого океана. Такой уровень видимости редко встречается в поверхностных пресных водах.[15] Кратерное озеро, Орегон, часто цитируется для ясности, но максимальная зарегистрированная глубина Секки с использованием 2-метрового диска составляет 44 метра.[15] В Сухие долины Мак-Мердо Антарктиды и Сильфра в Исландии также были зарегистрированы как исключительно ясные.[нужна цитата ]

Факторы, влияющие на видимость, включают: частицы в воде (мутность ), градиенты солености (галоклины ), градиенты температуры (термоклины ) и растворенное органическое вещество.[16]

Низкая видимость

Низкая видимость определяется NOAA для оперативных целей как: «Когда визуальный контакт с напарником больше не может поддерживаться».[17]

ДАН-Южная Африка предполагают, что ограниченная видимость - это когда «собеседника нельзя различить на расстоянии более 3 метров».[18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Luria, S.M .; Кинни, Дж. А. (декабрь 1974 г.). «Линейные поляризационные фильтры и подводное зрение». Подводные биомедицинские исследования. 1 (4): 371–8. PMID  4469103. Получено 2008-07-06.
  2. ^ а б c d е ж грамм Adolfson, J .; Бергхаге, Т. (1974). Восприятие и производительность под водой. Джон Вили и сыновья. ISBN  0-471-00900-8.
  3. ^ Вуд, Р. У. (1906-08-01). «XXIII. Рыбий глаз и видение под водой». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. 12 (68): 159–162. Дои:10.1080/14786440609463529. ISSN  1941-5982.
  4. ^ а б Лурия, С.М.; Кинни, Дж. А. (март 1970 г.). «Подводное зрение». Наука. 167 (3924): 1454–61. Дои:10.1126 / science.167.3924.1454. PMID  5415277.
  5. ^ Weltman, G .; Christianson, R.A .; Эгстром, Г. Х. (октябрь 1965 г.). «Поля зрения аквалангиста». Человеческие факторы. 7 (5): 423–30. Дои:10.1177/001872086500700502. PMID  5882204. S2CID  45543055.
  6. ^ а б Савацки, Дэвид (1 ноября 2015 г.). «Корректирующие маски для дайвинга». Колонны, Дайвинг Медицина. Журнал дайвер. Получено 10 декабря 2016.
  7. ^ Лонн, Торбен. «Дайвинг с контактными линзами». Статьи. Нырнуть в. Получено 10 декабря 2016.
  8. ^ Хегде, М. (30 сентября 2009 г.). "Синий, самый голубой и самый голубой океан". Служба данных и информации NASA Goddard Earth Sciences. Получено 27 мая 2011.
  9. ^ Беннетт, К. М. (июнь 2008 г.). «Новые мысли о коррекции пресбиопии для дайверов». Дайвинг и гипербарическая медицина. 38 (2): 163–4. PMID  22692711. Получено 2013-04-19.
  10. ^ "Морские цыгане мокен: видение подводного мира". Архивировано 29 августа 2008 года.. Получено 2007-02-11.CS1 maint: BOT: статус исходного URL-адреса неизвестен (связь)
  11. ^ Gislén A, Dacke M, Kröger RH, Abrahamsson M, Nilsson DE, Warrant EJ (май 2003 г.). «Превосходное подводное зрение в человеческой популяции морских цыган». Curr. Биол. 13 (10): 833–6. Дои:10.1016 / S0960-9822 (03) 00290-2. PMID  12747831. S2CID  18731746.
  12. ^ Gislén A, Warrant EJ, Dacke M, Kröger RH (октябрь 2006 г.). «Визуальная тренировка улучшает подводное зрение у детей». Видение Res. 46 (20): 3443–50. Дои:10.1016 / j.visres.2006.05.004. PMID  16806388.
  13. ^ «Как Mokens ясно видят под водой, строя свой мозг, внутри человеческого тела - BBC One». BBC. Получено 4 мая 2018.
  14. ^ Смит и Бейкер, 1981, Р. Дж. Дэвис-Колли и Д. Г. Смит, 1995, Оптически чистая вода в Вайкоропупу ('Пупу') Спрингс, Нельсон, Новая Зеландия, Новозеландский журнал морских и пресноводных исследований, 1995: Vol. 29: 251-256, 0028-8330 / 95 / 2902-0251, Королевское общество Новой Зеландии, 1995 г.
  15. ^ а б c d Дэвис-Колли, Р. Дж .; Смит, Д. Г. (1995). «Оптически чистая вода в Вайкоропупу ('Пупу') Спрингс, Нельсон, Новая Зеландия» (PDF). Новозеландский журнал морских и пресноводных исследований. Королевское общество Новой Зеландии. 29 (2): 251–256. Дои:10.1080/00288330.1995.9516658. Получено 19 октября 2013.0028-8330/95/2902-0251
  16. ^ Гибб, Натали. «Факторы, влияющие на видимость под водой при погружении». Терминология подводного плавания. about.com. Получено 26 ноября 2016.
  17. ^ Персонал (9 июля 2014 г.). «Погружение в условиях плохой видимости» (PDF). Политика 0308. Управление морских и авиационных операций NOAA. п. 2. Получено 26 ноября 2016.
  18. ^ Сотрудники. «Правила процедуры при потере дайвера» (PDF). Партнеры по безопасности дайвинга. Получено 4 января 2017.

дальнейшее чтение