Цветные портреты невидимого





Чуть ли не 7/8 всей информации от окружающего мира человек получает благодаря зрительным впечатлениям. Интересно, что многие повседневные выражения восходят своими этимологическими корнями к зрительным ощущениям. Например, дела для нас бывают «ясными», «очевидными»; случается, мы кого-то в чем-то «подозреваем», что-то «имеем в виду», наконец, у каждого из нас есть определенное «мировоззрение». И если мы говорим «мироощущение», то подразумеваем чаще всего именно «мировоззрение»; никому и в голову не придет такое, например, нелепое истолкование этого термина, как «мирообоняние». А почему, собственно, нелепое? Разве исключена встреча с разумными инопланетными существами, у которых сильнее всего развито иное чувство? Скажем, обоняние и слух, как у собаки. Кстати, зрение у собак действительно куда слабее, чем у человека; кроме того, собака не различает цветов. А вот у дождевого червя главную роль в процессах восприятия играет осязание. У муравья — особое топохимическое чувство, в котором обоняние сочетается с осязанием.

Итак, основной опорой в нашем «мироощущении» служит зрение. Между тем технические возможности глаза далеко не беспредельны. Человек непосредственно воспринимает излучения с длиной волны от 0,38 до 0,75 микрона. Если учесть, что шкала известных электромагнитных колебаний простирается от 10-9 микрон до сотен километров, то диапазон видимого света выглядит каплей в море — безбрежном море электромагнитных волн. А ведь человеку было бы интересно получать сведения о самых разнообразных процессах, которые лежат за порогом непосредственных ощущений.

Так возникает проблема — видеть незримое. И не просто видеть, а подробно изучать невидимые явления, используя все богатство возможностей человеческого глаза. Например, его способность тонко различать цвета.

Если перед собакой или морской свинкой окружающий мир предстает в виде черно-белой фотографии, то наше зрение способно опознать (а наш мозг запомнить) 10—12 цветовых тонов. Число же различаемых оттенков может доходить до 300 тыс.!

А теперь вспомните пестрый коврик на 2-й странице обложки («Техника — молодежи», № 1, 1966). Это разноцветное панно — снимок невидимого (печени живого человека). Сделана наша мозаика несколько необычным способом.

Известно, что некоторые органы человека избирательно накапливают в своих недрах определенные химические элементы, введенные внутрь организма: щитовидная железа служит своеобразной копилкой йода, печень — золота. Если взять не просто йод или золото, а радиоактивные изотопы этих элементов, то наши «копилки» станут источниками невидимых излучений. Так удается запечатлеть на пленке скрытые от глаз органы живого тела. Но что даст врачу расплывчатое серое пятно на обычной фотографии, изображающее ту же печень? Между тем при постановке диагноза важно знать размеры и форму исследуемого органа. Как быть?

На помощь приходит цветовое кодирование. Существуют специальные электронные установки — радиографы. Они регистрируют радиоактивные излучения, испускаемые органом-«копилкой» и проходящие сквозь окружающие ткани тела. Интенсивность радиации меняется от точки к точке — в зависимости от толщины и формы органа. Чем сильнее излучение, тем ярче вспыхивает лампочка радиографа, А можно сделать и так, чтобы при прохождении счетчика над точкой с другой интенсивностью загоралась лампочка иного цвета. Лампочка перемещается в поле зрения фотокамеры синхронно со счетчиком., движущимся над исследуемой областью тела. Каждая вспышка лампочки оставляет цветное пятнышко на негативе. Из десятков пятнышек и складывается пестрое мозаичное панно, дающее изображение обследуемого органа.

Следует подчеркнуть: перед нами — вовсе не цветная фотография печени в обычном понимании, а кодированное изображение, где цвета подобраны чисто условно самими экспериментаторами. Тем не менее на подобных мозаичных панно явственно проступают многочисленные детали, которых не увидишь, скажем, на рентгеновском снимке. Таким путем удается определить даже толщину печени или щитовидки.

А вот еще один способ цветового кодирования. Он разработан советским ученым Е. М. Брумбергом.

Сейчас едва ли сыщешь человека, не представляющего себе, что такое хромосомы. А все ли знают, почему так названы эти крохотные субклеточные образования? «Хромосома» в переводе с греческого означает «окрашенное тельце». Но посмотрите в микроскоп на живую клетку. Хромосомы бесцветны! Сама клетка — тоже. Впрочем, большинство биологических объектов очень слабо поглощает свет, поэтому их трудно изучать под микроскопом. Зато если добавить к препарату немного красителя, детали структуры обозначаются значительно четче. В клетке особенно охотно окрашиваются хромосомы: они резко выделяются на бледном фоне окружающей среды, но… Химическое действие красителя приводит к необратимым изменениям в биологическом препарате, искажает его структуру. А нельзя ли вовсе обойтись без подкрашивания?

Для усиления контрастности изображения неокрашенных объектов можно прибегнуть к освещению ультрафиолетовыми лучами, которые лучше поглощаются биологическими препаратами. Это выгодно еще и потому, что по величине поглощения различных длин волн ультрафиолетового диапазона можно определить химический состав препарата. Но наш глаз не видит ультрафиолетового излучения! Не беда: ультрафиолетовые микроскопы снабжаются фотоприставками. Так можно получить черно-белые снимки. А еще лучше применить цветовое кодирование.

Теперь о методе Брумберга. Делаются последовательно три снимка с одного и того же препарата при освещении его различными длинами волн в ультрафиолетовой части спектра. Полученные черно-белые негативы или отпечатанные с них диапозитивы проецируются на один и тот же участок экрана тремя проекторами. Перед каждым проектором — светофильтр, пропускающий одни из трех основных цветов: красный, зеленый или синий. На экране возникает цветная картина, где окраска элементов определяется разницей в почернении соответствующих участков на снимках. Окраска, разумеется, условная, но она отражает природу и химический состав отдельных мест препарата.

Ныне метод модернизирован. Разработаны установки электронного цветового кодирования, использующие достижения телевидения. В таких установках применяются три передающие телевизионные трубки, каждая имеет максимальную чувствительность к своему участку диапазона длин воли — например, к ультрафиолетовому, инфракрасному или видимому. Микроскоп одновременно проецирует изображение на фотокатоды всех трубок. Получается несколько изображений: одно показывает поглощение в ультрафиолетовых лучах, другое — в инфракрасных, третье — в видимых. С помощью цветной приемной трубки эти изображения накладываются одно на другое. На экране кинескопа получается тоже условное, но уже цветное изображение объекта во всех его деталях.

Приведенными примерами далеко не исчерпываются возможности цветового кодирования. Давно известны цветные индикаторы для предупреждения об опасности (сигналы повышенной радиоактивности, светофоры). Цветомузыка — тоже своего рода цветовое кодирование. А в последние годы перед

техникой цветового кодирования открылась еще одна интересная перспектива, основанная на цветной адаптации глаза.

В 1959 году в американской печати появилось сенсационное сообщение: «Трехсотлетняя теория цветного зрения рухнула! Эксперименты Эдвина Г. Лэнда доказали, что глаз человека совсем не нуждается в красных световых волнах, чтобы видеть красный цвет, в оранжевых — оранжевый, в желтых — желтый. Комбинируя всего-навсего два светофильтра при фотографировании и последующем проецировании полученного черно-белого снимка на экран, Лэнд воспроизводит всю естественную гамму красок, присущую объекту».

Сейчас можно с уверенностью сказать, что в этих сообщениях было по крайней мере две неточности: во-первых, фотографии Лэнда не отражают естественную гамму красок; во-вторых, эффекты, полученные Лэндом, легко объясняются с позиций трехцветной теории зрения. Чтобы понять, о чем речь, придется сделать коротенький исторический экскурс.

В 1672 году Ньютон с помощью призмы разложил «белый свет» в спектр. Накладывая один участки спектра на другие, люди научились получать новые цвета. Впоследствии обнаружилось, что для создания любого цвета, в том числе и бе-

лого, достаточно смешать в разных пропорциях три основных цвета — красный, зеленый и синий. В начале XIX века была выдвинута гипотеза о существовании в сетчатке глаза трех родон чувствительных приемников, реагирующих на три основных цвета. В 1855 году с помощью трех фильтров получили первую цветную фотографию, своеобразную заявку на цветное кино и телевидение.

Позднее, уже в XX веке, выяснилось, что каждый приемник воспринимает с максимальной чувствительностью лишь один из основных цветов, хотя и способен реагировать на более широкую область спектра. Исследования показали: цветную картину мира, подобную той, которую видим мы, «созерцают» далеко не все живые организмы. Это зависит от числа и спектральной характеристики приемников, имеющихся в их светочувствительных клетках. Например, у лягушки и черепахи по два приемника. У лягушки максимум чувствительности обоих приемников расположен ближе к красной области спектра, так что квакушка смотрит на мир как бы сквозь розовые очки. А вот черепаха — сквозь зеленые. Светочувствительные клетки морской свинки обладают одним приемником. Понятно, почему перед морской свинкой окружающий мир предстает в виде черно-белой фотографии. Зрительное восприятие дождевого червя ограничивается в лучшем случае определением направления на светящееся тело. Не только цветного, но и черно-белого изображения для червя не существует. У человека клетки сумеречного зрения — палочки — имеют также один приемник. Отсюда ясно, почему в сумерках «все кошки серы».

Ну, в при чем тут цветовое кодирование? В конце XVIII ве-ка великий немецкий поэт и ученый В. Гёте в своей работе о цвете обратил внимание на тот факт, что тени деревьев и других предметов в красных лучах заходящего солнца кажутся синими. Позднее было установлено, что белый экран после освещения синими лучами кажется красноватым. Иными словами, белые предметы всегда окрашены в цвет, дополнительный к тому, который перед этим на них падал. Это и есть явление цветовой адаптации. Оно объясняется так: раздражение зрительных клеток цветного зрения — колбочек — одним из основных цветов приводит к уменьшению чувствительности соответствующего приемника, в то время как чувствительность двух других приемников остается без изменения. Так появляется субъективная окраска, сдвигающая область цветоощущения человека либо в сторону красного, либо в сторону синего цвета. Нечто подобное наблюдается при замене белого илн черного фона цветным.

Уменьшение чувствительности одного из приемников заставляет видеть на подкрашенном фоне те цвета, которых на самом деле нет. Можно довольно точно рассчитать, цветом какой интенсивности следует подкрасить фон, чтобы уменьшить чувствительность приемника. Тогда вся гамма красок получается уже не естественной, а как бы подкрашенной одним из основных цветов. Именно к такой подкраске фона и сводились, в сущности, опыты Лэнда.

Итак, Лэнд не прав. Существуют три основных цвета и цветовая адаптация. Однако именно эти эффекты способны привести к развитию новых методов цветового кодирования. Например, громоздкие трехцветные системы промышленного телевидения можно заменить более простыми и устойчивыми двуцветными. На экран кинескопа будут поступать не три, а два пучка. Одним воспроизводится черно-белое изображение объекта, воспринимаемого передающей трубкой через зеленый светофильтр, другим (несущим информацию о цвете) возбуждается красный люминофор, вплетаясь в черно-белую картину на экране. Таким образом, на розоватом фоне появится цветное изображение. Подобную экономию одного основного цвета можно получить и в полиграфической промышленности. Правда, не все разумно печатать на подкрашенном фоне: скажем, при репродуцировании шедевров Третьяковской галереи трудно будет передать богатство цветов и оттенков. Но использовать цветовую адаптацию для получения цветных диаграмм, схем и графиков вполне резонно.

Немало еще «белых пятен» в наших знаниях о цветовом кодировании, о восприятии цвета с одновременным раздражением других органов чувств. Есть данные, будто при действии звуков чувствительность к зеленому и синему цвету увеличивается, а к оранжевому и красному снижается. Сколько интересных проблем! И уже намечаются пути их решения.

Директивы пятилетки подчеркивают важность исследований и области радиоэлектроники и медицинской диагностики. Эти два на первый взгляд далеких друг от друга направления сближают биофизики, занимающиеся цветовым кодированием.

Источник: humfact.ru

(Цифра 3, 1 сегодня)




Еще почитать:

Нет пока комментариев.

Добавить комментарий