Как хорошо видеть под водой

Зрение под водой.

Когда человек попадает под воду, у него сильно искажается зрительное восприятие объектов. Это происходит вследствие того, что в водной среде, по сравнению с воздушной, значительно изменяется следование световых сигналов от предметов к глазу и их восприятие. Видимость предметов из-за ухудшения естественной освещенности обычно прекращается на глубинах 40-60 м. Расстояния, на которых могут различаться предметы, также значительно сокращаются. И, наконец, предметы становятся нечетко видимыми из-за возникновения «дымки» рассеивания. Этим, однако, вопрос не исчерпывается: движение зрительных сигналов изменяется не только в воде, но и в глазу. Воздух имеет коэффициент преломления световых лучей, равный единице, а преломляющие среды глаза 1,336-1,406, и, исходя из этих данных, эволюция «спроектировала» формы и размеры глаза. Коэффициент преломления воды (1,33) практически равен показателю роговицы (1,376), и она утрачивает в воде значительную часть преломляющей силы. Глаз становится некорригируемым естественными аккомодационными усилиями. Предметы проецируются на сетчатке в кругах светорассеяния. Отсюда расплывчатые изображения предметов, их видимость обеспечивается только на близком расстоянии и при значительных угловых размерах.
Человек, способный различать детали при угловых размерах примерно 1 мин, например нить толщиной 0,05 мм, в воде будет различать детали с угловыми размерами 90-180 мин (1,5-3°). Это будет нить толщиной 3-5 мм. Каждый, кто под водой рассматривал свои пальцы, мог обнаружить, что не различает мелких складок, пор и т. д. Считается, что только в результате появления кругов светорассеяния острота зрения под водой снижается в 100- 200 раз. Кроме того, при непосредственном контакте роговицы с водой сужается поле зрения, что также связано с уменьшением преломления.
К счастью, преломляющая сила роговицы сохраняется, если между нею и водой окажется воздушная прослойка, из которой световые лучи будут проникать в роговицу. Через иллюминаторы или стекло маски предметы в воде воспринимаются так же, как при взгляде из воздушной среды сверху через поверхность воды. Кругов рассеивания и сужения полей зрения нет. Мелкие детали объектов видны хорошо, однако остаются низкая освещенность, видимость только на близком расстоянии, «дымка». Наличие воздушной прослойки приводит к искаженным представлениям местоположения и размеров находящихся в воде предметов из-за преломления на границах сред вода — воздух. Предметы воспринимаются увеличенными приблизительно на треть и смещенными со своих реальных мест ближе к наблюдателю.

Источник

Почему без маски под водой плохо видно?( ответ нужен научный))

Из-за разного коэффициента преломления лучей в воздухе и воде.

Оптическая система глаза человека (как и любого наземного животного) состоит из нескольких преломляющих элементов, и самый первый из них — наружная выпуклая поверхность роговицы. Находящийся позади чечевицеобразный хрусталик лишь дополняет ее. Но линза на границе между воздухом и роговицей действует потому, что у воздуха оптическая плотность намного меньше, чем у жидкости, заполняющей глаз. У воды же эта характеристика почти такая же, как у внутриглазной жидкости. Следовательно, в воде исчезает важнейший элемент оптической системы глаза, а одного хрусталика недостаточно, чтобы правильно сфокусировать изображение на сетчатке.

Водные животные, например рыбы, хорошо видят под водой, потому что у них хрусталик намного толще и выпуклее, чем у наземных. Преломляющая способность такого хрусталика достаточна, чтобы получить хорошее изображение на сетчатке даже без преломления света на роговице. Однако животное с такими глазами не может хорошо видеть в воздухе: при этом к хрусталику добавляется еще линза на выпуклой поверхности роговицы, и преломляющая способность оптики глаза оказывается чрезмерной.

Маска препятствует попаданию воды в глаза, что не приводит к размытию воспринимаемого изображения вследствие взаимодействия воды и слизистой оболочки глаза. Так же вода (пресная) не является изотоническим раствором по отношению к слизистой глаза и поэтому долгое пребывание под водой приводит к зуду и раздражению (глаз) .

Источник

Почему без маски ныряльщик плохо видит окружающие предметы? (3 фото)

Маска для ныряния

Маски делятся на две группы – классические и современные. Весомым преимуществом первой является иллюминатор овальной формы и большого размера. Благодаря ему обеспечивается солидный угол обзора. Но достоинство одновременно является и недостатком, поскольку при этом формируется достаточно большое подмасочное пространство и возникают трудности при продувке, так как большой иллюминатор затрудняет доступ к носу, и его приходится зажимать указательными пальцами обеих рук.

Выпускаются также полноценные маски со встроенным регулятором и устройством для обеспечения голосовой связи. Но они мало распространены из-за высокой стоимости.

Как маска помогает ныряльщику лучше видеть предметы под водой

Коэффициент преломления световых лучей в воздухе равен единице, а преломляющей среды человеческого глаза варьируется с 1,336 до 1,406. Ориентируясь на эти показатели, эволюция и спроектировала наши органы зрения в том виде, в каком они существуют сейчас. Коэффициент преломления воды составляет 1,33, то есть он практически равен коэффициенту роговицы, из-за чего та практически полностью теряет в воде свои преломляющие способности.

Проецирование предметов на сетчатке происходит в кругах светорассеяния. Поэтому под водой человек видит окружающие объекты расплывчатыми, с размытыми контурами и только с близкого расстояния. Если попытаться рассмотреть под водой свои руки, то на них не будет видно пор, волосков, линий ладоней, бороздок ногтей. Принято считать, что при появлении кругов светорассеяния острота зрения в воде падает минимум в 100 и более раз! Плюс к этому, при соприкосновении роговицы с водой уменьшается угол обзора, что обусловлено уменьшением преломления. Но преломляющие способности роговицы и их показатели останутся неизменными, если между водой и глазами будет воздушная прослойка, позволяющая световым лучам беспрепятственно проникать в роговицу. Все подводные объекты через стекло маски будут восприниматься так же, как если бы человек смотрел в воду через воздушную среду.

В таком случае не будет кругов рассеяния, как и сужения поля зрения. Хорошо видны становятся даже мелкие элементы предметов. Но остается своего рода дымка или блики из-за плохого освещения. Поскольку в маске между глазами и водой присутствует воздушная прослойка, то место расположения и габариты объектов будут искажаться. Все, что человек видит под водой, кажется ему примерно на 30% больше и визуально выглядит более приближенным к наблюдателю, чем это есть на самом деле.

Таким образом, ныряльщик плохо различает предметы без маски, поскольку зрительный аппарат в воде действует иначе, нежели в атмосфере. Если в обычных условиях, на суше, световые лучи сначала особым образом преломляются роговицей и хрусталиком и лишь затем фокусируются на сетчатке, то в водной среде это выглядит иначе. Роговица практически не преломляет лучи из-за совпадения коэффициентов преломления, и изображение фокусируется за сетчаткой, а не на ней. То есть в воде люди с нормальным зрением становятся дальнозоркими, а воздушная прослойка между лицом и водой, которую обеспечивает маска, позволяет этого избежать.

Источник

Человек может видеть под водой как рыба. Дети племени мокен

Дети народа мокен, проживающего на острове Му Ко Сурин в Тайланде, способны видеть под водой так, словно бы их родной стихией было море. Во время прилива они прыгают из своих домов, стоящих на сваях, в море, чтобы собрать моллюсков и другую морскую живность к обеду. Под водой их глаза остаются широко открытыми, и дети совершенно не испытывают трудностей с поиском предметов на дне.

Как известно, глаз человека способен хорошо функционировать только на воздухе. Под водой мы теряем две трети нашего зрения. Но такое происходит у обычных людей. А вот дети мокен видят под водой в три раза лучше, чем мы. При этом строение их глаза такое же, как и у всех людей на планете. У них нет чрезвычайно круглого хрусталика как у рыб, который компенсирует недостаток преломляющих свойств, ни плоской роговицы, как у водоплавающих птиц, ни тонкого слоя воздуха за ней, как у тюленей, выполняющего роль естественных «очков».

Мокен не страдают врожденной близорукостью. Этим можно было бы объяснить данный феномен. В воде человек становится дальнозорким, так как изображение на сетчатке глаза здесь смещается назад и теряет четкость. У близоруких людей оно смещается не так сильно, и остается ближе к сетчатке, поэтому как бы странно это не звучало, близорукие люди могут лучше видеть под водой. Но ответ зоркости детей мокен кроется в другом.

У всех мокен радужная оболочка темная, почти неотличимая по цвету от зрачков. На воздухе ее ширина составляет обычные 2,3 мм. А вот под водой начинаются чудеса. Зрачки мокен автоматически расширяются, хрусталик становится овальным, а не круглым. Но при этом его ширина составляет всего 1,96 мм! Невероятно! Более того, эти люди могут одновременно сужать зрачки и адаптировать хрусталик под подводную среду. То есть при изменении формы хрусталика, их зрачок сужается к минимуму, настраиваясь на ближнее видение.

Научиться такому умению может и обычный человек. Например, исследовательница Анна Жислен потратила 33 дня на то, чтобы ее группа из европейских детей приобрела такие же способности, как и дети мокен. У всей тестовой группы после тренировок зрение под водой стало намного четче. Эффект сохранился на долгое время. Это говорит о том, что подводная зоркость мокен не зависит от генов. Возможно здесь так же играет свою роль и приобретенный нырятельный рефлекс, в результате которого зрачки мокен закрывается независимо от хрусталика.

Впрочем, необычное умение можно развивать так же, как способность говорить или ходить. Дети мокен много времени проводят под водой и это тоже способствует стимуляции зоркости их глаз.

Видео на английском языке, включите субтитры.

Источник

Подводное зрение — Underwater vision

Под водой объекты менее заметны из-за более низкого уровня естественного освещения, вызванного быстрым ослаблением света с увеличением расстояния, проходящего через воду. Они также размываются из-за рассеяния света между объектом и зрителем, что также приводит к снижению контрастности. Эти эффекты зависят от длины волны света, цвета и мутности воды. Глаз позвоночных обычно оптимизирован для подводного или воздушного зрения, 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.

Стереоскопическая острота зрения , способность определять относительное расстояние до различных объектов, под водой значительно снижается, и на это влияет поле зрения. Узкое поле зрения, вызванное небольшим окном обзора в шлеме, приводит к значительному снижению стереоочувствительности и связанной с этим потере зрительно-моторной координации.

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. Под водой снижается восприятие как относительной, так и абсолютной глубины . Потеря контраста приводит к завышению оценки, а эффекты увеличения приводят к недооценке на близком расстоянии.

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

Световые лучи изгибаются, когда переходят из одной среды в другую; величина изгиба определяется показателями преломления двух сред. Если одна среда имеет определенную изогнутую форму, она функционирует как линза . Роговицы , Humours и хрусталик из глаза вместе образуют объектив , который фокусирует изображение на сетчатке . Человеческий глаз приспособлен для просмотра в воздухе. Однако вода имеет примерно такой же показатель преломления, что и роговица (оба примерно 1,33), что эффективно устраняет фокусирующие свойства роговицы. При погружении в воду вместо фокусировки изображений на сетчатке они фокусируются за сетчаткой, что приводит к чрезвычайно размытому изображению из-за гиперметропии .

СОДЕРЖАНИЕ

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.

Кристаллические линзы рыбьих глаз очень выпуклые , почти шаровидные, и их показатели преломления являются самыми высокими из всех животных. Эти свойства позволяют правильно фокусировать световые лучи и, в свою очередь, правильно формировать изображение на сетчатке. Этот выпуклый объектив дал название объективу «рыбий глаз» в фотографии.

Надев плоскую маску для дайвинга , люди могут четко видеть под водой. 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. Но когда эти лучи выходят из окна в воздушное пространство между плоским окном и глазом, преломление становится весьма заметным. Дорожки обзора преломляются (изгибаются) так же, как при просмотре рыб, содержащихся в аквариуме. Линейные поляризационные фильтры уменьшают видимость под водой, ограничивая окружающий свет и затемняя источники искусственного света.

В плоской маске или очках для подводного плавания объекты под водой будут казаться на 33% больше (на 34% больше в соленой воде) и на 25% ближе, чем они есть на самом деле. Также заметны подушкообразные искажения и боковые хроматические аберрации . Двухкупольные маски восстанавливают подводное зрение и поле зрения естественного размера с некоторыми ограничениями.

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 изготавливаются 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 залита водой в течение значительного периода времени. Контактные линзы можно носить под маской или шлемом, но есть некоторый риск их потерять, если маска затопит.

Цветовое зрение

Вода ослабляет свет из-за поглощения, которое зависит 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. Твердые частицы и растворенные материалы могут поглощать разные частоты, и это повлияет на цвет на глубине, что приведет к появлению обычно зеленого цвета во многих прибрежных водах и темно-красно-коричневого цвета многих пресноводных рек и озер из-за растворенного органического вещества.

Флуоресцентные краски поглощают свет более высокой частоты, 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.

Таблица светопоглощения в чистой воде

Цвет	Средняя длина волны	Приблизительная глубина полного поглощения
Ультрафиолетовый	300 нм	25 м
фиолетовый	400 нм	100 м
Синий	475 нм	275 кв.м.
Зеленый	525 нм	110 кв.м.
Желтый	575 нм	50 м
апельсин	600 нм	20 м
красный	685 нм	5 мес.
Инфракрасный	800 нм	3 мес.

Лучшие цвета для видимости в воде показали Лурия и др. и цитируются из Адольфсона и Бергхаге ниже:

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 источнике света 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 (южные воды, глубокие прибрежные воды и т. Д.).

1. Люминесцентные краски превосходят любой вид 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 ртутным источником 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, интересующиеся подводной фотографией, могут заметить пресбиопические изменения во время погружения, прежде чем они распознают симптомы в своей повседневной жизни из-за ближнего фокуса в условиях низкой освещенности.

Народ мокен из Юго-Восточной Азии может сосредотачиваться под водой, чтобы собирать крошечных моллюсков и другие продукты питания. Gislén et al. сравнили мокенов с неподготовленными европейскими детьми и обнаружили, что подводная острота зрения мокенов в два раза выше, чем у их неподготовленных европейских коллег. Европейские дети после 1 месяца тренировок также показали такой же уровень подводной остроты зрения. Это происходит из-за сужения зрачка , а не из-за обычного расширения ( мидриаза ), которое происходит, когда нормальный, нетренированный глаз, привыкший смотреть в воздухе, погружается в воду.

Видимость

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

Стандартным показателем видимости под водой является расстояние, на котором можно увидеть диск Секки . Дальность обзора под водой обычно ограничена помутнением . В очень чистой воде видимость может достигать 80 м, а рекордная глубина по Секки 79 м была зарегистрирована в прибрежной полынье Восточного моря Уэдделла в Антарктиде. В других морских водах иногда регистрировались глубины Секки в диапазоне от 50 до 70 м, включая рекорд 1985 г., когда он составлял 53 м в восточной части и до 62 м в тропической части Тихого океана. Такой уровень видимости редко встречается в поверхностных пресных водах. Озеро Кратер , штат Орегон , часто упоминается для ясности, но максимальная зарегистрированная глубина Секки с использованием 2-метрового диска составляет 44 метра. Сухие долины МакМердо Антарктиды и Сильфра в Исландии также были представлены как исключительно ясно.

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

Низкая видимость

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

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

Источник