[Có thể bạn chưa biết] Bài 1: Nguyên lý của ánh sáng và mắt người.

    • 4 Bài viết

    • 0 Được cảm ơn

    #1

    Mặc dù rất “cơ bản” và có thể thấy hàng ngày xung quanh chúng ta nhưng ánh sáng là khối bế tắc lớn nhất trong khoa học. Nó trở nên rất phức tạp và huyền bí trong vật lý học từ cuối thế kỷ 19, với các thuyết và giả thuyết lượng tử thế kỷ 20, “nguyên lý không nhất quán của nguyên tử”,…


    Ánh sáng là một dạng bức xạ điện từ. Mắt con người nhạy cảm với bức xạ này và các bức xạ với tần số khác nhau sẽ được nhận thức là màu sắc. Bức xạ điện từ tất nhiên được phát ra với tất cả các tần số khác nhau (các bước sóng) thể hiện trên hình minh họa. Ánh sáng con người nhìn thấy được chỉ là một khoảng nhỏ trong dãy này. Khoảng đó từ 380 nm đến 780 nm. Hay để dễ nhớ là từ 400nm đến 700nm.

    Khoảng 400 nm tới 700 nm tương ứng dải từ màu tím tới màu đỏ. Dải này đổi màu liên tục từ tím tới xanh dương, xanh lục, vàng, cam và đỏ theo chiều tăng bước sóng. Nhiều kiểm tra và thí nghiệm được thực hiện để đánh giá sự nhạy cảm của mắt con người và có thể thấy trên hình vẽ, không phải các màu sắc đều có tác dụng giống nhau đối với võng mạc.

    Màu xanh lá tác động tới mắt con người nhiều nhất. Nói cách khác, Nếu tất cả các bước sóng với cùng mức năng lượng tới mắt con người, màu xanh lá sẽ cho “kết quả” cao nhất trên võng mạc. mắt người thường không phân biệt được các tần số cao hơn màu tím (bước sóng ngắn hơn 400nm) hay thấp hơn màu đỏ (bước sóng cao hơn 700nm). Có một số người thuộc dạng “mù màu” khi mắt họ có sự nhạy sáng khác (không nhiều) với đa số con người. Họ không nhìn thấy màu đỏ hoặc màu xanh dương. Những họa sỹ hay nhà nhiếp ảnh có sự rèn luyện hay hoạt động chuyên biệt có thể nhạy cảm hơn với nhiều tần số (màu sắc) mà thường những người khác không phân biệt được. Một số còn có giới hạn khả năng phân biệt màu sắc cao hơn, nhìn thấy những màu tím hay đỏ đậm hơn mà những người khác không cảm nhận được.

    Vậy tại sao mắt con người lại nhạy sáng nhất với khoảng màu xanh lá (cỡ 555nm)? Có thể liên hệ rằng trong thực tế, ánh sáng từ mặt trời đi vào khí quyển trái đất có lượng lớn là các sóng với bước sóng khoảng 555nm. Sau hàng triệu năm tiến hóa, con người (và hầu hết động vật) đã phát triển và thích nghi với nguồn sáng xung quanh (ít nhất trong thời gian ban ngày). Điều này ngược lại với những động vật săn mồi ban đêm như rắn, mèo, cú lại thích nghi với bức xạ hồng ngoại để phát hiện nguồn nhiệt ở các con mồi.

    Tập trung về mắt con người và cấu tạo của nó, ta có thể thấy nhiều khái niệm tương đồng khi nghiên cứu cấu tạo Camera TV. Trong hình minh họa, mắt người có một thấu kính (thủy tinh thể) ngắm, đưa hình ảnh vào màn chiếu (võng mạc). Võng mạc là một “vùng nhạy sáng”chứa hàng triệu tế bào gọi là cones (tế bào hình nón) và rods (tế bào hình que). Những tế bào này là một phần của hệ thống thần kinh. Các tế bào hình nón nhạy cảm với ánh sáng trung bình và hơi chói, chúng đưa đến màu sắc, các tế bào hình que lại nhạy cảm với các ánh sáng mức độ thấp hơn, chúng không nhận ra màu sắc. Tế bào hình que được sử dụng vào ban đêm, do đó trong bóng tối con người không nhận ra màu sắc.

    Lượng tế bào cone trong mắt con người là khoảng 10 triệu và lượng tế bào hình que là 100 triệu. Tế bào hình nón tập trung trong vùng xung quanh trục quang con ngươi. Vùng này có màu vàng được gọi là hố thị giác (foeva). Hố thị giác này khu vực tập trung mà não xử lý thông tin. Mặc dù kích thước nhỏ bé nhưng tập trung khoảng 50,000 tế bào hình nón. Tiêu cự mắt con người (khoảng cách giữa thủy tinh thể và võng mạc khi nhìn vật thể ở xa vô định) là tầm 17mm. Tiêu cự này cho một hình ảnh chính xác ở một góc khoảng 30°. Trong cung góc này tập trung các tế bào nón. Vì vậy 30° được coi là là góc nhìn tiêu chuẩn.

    Các tế bào hình nón càng tập trung hơn ở tâm trục quang, chủ yếu trong phạm vi góc 10°. Mỗi tế bào nón này kết nối với bộ não qua các dây thần kinh quang riêng biệt, nơi các tín hiệu điện được chuyển đến bộ não. Mắt người nhìn được góc rộng hơn nhiều vì bề mặt võng mạc phủ một cung khoảng 90° và vùng màu vàng cũng có các tế bào hình nón, tuy nhiên các tế bào này được nối với các dây thần kinh thành từng nhóm. Hình ảnh nhận được không rõ ràng so với ảnh từ các tế bào có dây thần kinh riêng lẻ, do đó, vùng này được gọi là vùng thị giác ngoại biên.

    “Bộ xử lý ảnh” của bộ não tập trung ở 30°, tuy nhiên mắt người nhìn rõ nhất ở khoảng 10°. Quá trình xử lý được tăng cường bằng chuyển động của con ngươi theo mọi hướng, điều này ví tương đương với bộ phận xoay/lật (pan/tilt) ở CCTV.

    Trong các Camera ống kính phản xạ đơn (singlelensreflex - SLR), để đạt góc nhìn tiêu chuẩn 30° cần ống kính 50mm. Với Camera 2/3'' là 16 mm, với Camera 1/2'' là 12 mm, Camera 1/3'' là 8 mm. Tức là Camera với ống kính tiêu chuẩn tương ứng cho hiển thị hình ảnh giống như cách con người nhìn.

    Các ống kính tiêu cự ngắn cho góc nhìn rộng hơn và được gọi là ống kính góc rộng (wide). Ống kính với tiêu cự lớn cho tầm nhìn hẹp hơn và do đó giống như đưa các hình ảnh xa về gần hơn, được gọi là ống kính tele (tele nghĩa là xa). Một khái niệm khác trong CCTV cũng giống như liên hệ giữa tiêu cự mắt và độ mở lớn nhất mống mắt (xấp xỉ 6mm) là “số F” (F-number được phân tích ở phần sau). Số F của mắt người là 17/6 = 2.8. Khi mống mắt được mở hết cỡ, con người có thể nhìn tốt trong đêm trăng tròn (khoảng 0.1 lux). Con số này nên được ghi nhớ và so sánh với đặc tính của các Camera.

    Việc ngắm rõ (focus) để có thể nhìn các vật thể ở các khoảng cách khác nhau ở mắt người là sự thay đổi độ dày của “thấu kính” thủy tinh thể bằng vận động cơ mi mắt. Bình thường ở mắt người, khoảng cách ngắn nhất có thể ngắm rõ (điểm cực cận) ở trẻ em là 20 cm, là 25 cm khi 20 tuổi, 50 cm khi 40 tuổi, và là 5 m khi 60 tuổi. Khi nhìn vật thể ở khoảng cách rất xa, mắt ngắm ở xa vô cùng (điểm cực viễn), các cơ mi mắt được thả lỏng (không phải điều tiết) và thủy tinh thể dẹt lại.

    Nếu mắt không ngắm rõ vật ở xa vô cùng thì đó là tật về mắt, cận thị. Người bị tật cận thị phải đeo thêm thấu kính để thủy tinh thể hội tụ hình ảnh trên võng mạc. Đó là các thấu kính phân kỳ có tiêu cự âm.

    Diopter là đơn vị của nghịch đảo tiêu cự (đơn vị tiêu cự là m). Thấu kính phân kỳ có đọ điốp âm - 0.5 tương đương với tiêu cự âm 1/(- 0.5) = - 2 m.

    Một tật ở mắt khác khi mắt người không thể ngắm rõ hình ảnh ở khoảng cách gần, thủy tinh thể không thể đủ dầy vì một số nguyên nhân. Đó là tật viễn thị.

    Để nhìn rõ ràng vật thể ở gần, người có tật viễn thị cần đeo kính hội tụ với tiêu cự và độ điốp dương.

    Hình ảnh cung cấp từ 2 mắt được tổng hợp tại bộ não, đưa đến một hình ảnh lập thể về không gian. Nếu che 1 mắt lại, sẽ rất khó để nhận thấy “tính 3 chiều” (tính nổi) của không gian phía trước. Khoảng cách giữa 2 mắt (60–70 mm) cho kết quả nhận thức 3 chiều không gian đến khoảng 10–15 m. Xa hơn khoảng cách này, con người khó nhận ra vật thể nào gần hơn so với vật thể khác.

    Hệ thống “mắt-não” mạnh hơn tất cả các hệ thống Camera mà con người đã hay sắp phát minh. Sự hiểu biết về cách con mắt “làm việc” và sự phát triển công nghệ, cả về phần cứng lẫn phần mềm sẽ giúp đạt được hình ảnh tốt hơn, cho thông tin chi tiết hơn về thế giới xung quanh, đặc biệt là tại những nơi con người không thể hiện diện.

    Thông số về khoảng cách tầm nhìn được ghi nhận khuyến cáo người dùng hệ thống CCTV nhìn ở một khoảng cách gấp 7 lần chiều cao màn hình. Do đó khoảng cách tầm nhìn nên được hiểu là nhân tố quan trọng trong việc nhìn rõ chi tiết của hình ảnh. Sẽ không tốt hơn cho người sử dụng khi nhìn ở một khoảng cách gần hơn hay xa hơn màn hình hiển thị.

    - Nguồn: Syscom Việt Nam -


    Chỉnh sửa lần cuối bởi phuongtl_syscomvn; 16/08/2014 vào lúc 03:12 PM.
    iframe: approve:

LinkBacks Enabled by vBSEO