Сначала остановимся на существенном различии, которое существует между зрительным процессом человека и работой эквивалентной электронной передающей трубки. Все элементы сетчатки одновременно передают оптическую информацию в мозг;, элементы в передающей трубке сканируются последовательно с достаточно высокой скоростью, так что глаз воспринимает их одновременно. В принципе можно сконструировать передающую трубку таким образом, чтобы ее элементы одновременно передавали информацию приемнику, но такая система получилась бы громоздкой по сравнению с обычными сканирующими системами. Однако не следует ожидать фундаментального различия в чувствительности между системой с одновременной передачей информации и соответствующей сканирующей системой. Процесс сканирования лишь создает свои собственные технические проблемы, не накладывая принципиальных ограничений на характеристики системы.

Зрительная система человека достигла высочайшего совершенства. Ученые, работающие над созданием электронных или химических систем со сравнимыми характеристиками, могут лишь восхищаться ее чувствительностью, компактностью, долговечностью, высокой степенью воспроизводимости и изящной приспособляемостью к потребностям человеческого организма. Справедливости ради следует, конечно, отметить, что попытки создания соответствующих искусственных систем были начаты менее столетия назад, тогда как зрительная система человека формировалась в течение миллионов лет. Она возникла из некоего «космического» набора элементов — отбираемых, отбираемых и отбираемых до тех пор, пока не выпадала удачная комбинация. Мало кто сомневается, что эволюция человека носила «слепой», вероятностный характер, и проследить ее шаг за шагом совершенно невозможно. Издержки эволюции давно канули в Лету, не оставив следа.

Телевизионная система по существу представляет собой суррогат человеческого глаза. Телевизионная камера, ведущая передачу из студии или с места события, должна «видеть» то, что видели бы мы, если бы находились там, в качестве зрителей. Сознательно или бессознательно мы судим о качестве передаваемой картины, сравнивая ее с тем, что воспринимала бы наша собственная зрительная система, если бы мы были рядом с камерой. Это утверждение имеет особый смысл для тех ситуаций, когда камера ведет передачу в условиях слабой освещенности и передаваемая информация ограничена количеством падающего света. При этом шумы снижают качество телевизионного изображения, подобно тому, как это было бы в том случае, если бы мы воспринимали исходную картину собственной зрительной системой.

Известно множество фотохимических процессов, в которых поглощение света в материале приводит к почернению последнего. Многие из таких процессов не обладают фотографическим усилением, то есть в них один фотон воздействует максимум на одну молекулу поглощающего материала. Примером может служить действие старой светокопировальной бумаги («синьки»). К этой же категории относится привычный для нас и по существу тоже фотографический процесс — появление загара на коже. В других, практически более полезных фотохимических процессах требуется значительно меньшая оптическая экспозиция, при этом возникает лишь скрытое изображение, которое затем, после проявления, превращается в видимое. В наиболее популярном процессе такого типа (фотографии) используются кристаллы галоидного серебра размером порядка микрометра, погруженные в желатиновую матрицу. Благодаря сенсибилизации, заключающейся в адсорбции весьма разнообразных органических красителей, бромистое серебро становится чувствительным к свету в различных областях видимого спектра. Коэффициент усиления процесса проявления достигает 10⁹, то есть на один «полезно» поглощенный фотон приходится 10⁹ атомов восстановленного серебра.

Краткость данной главы никак не снижает ее важности, она скорее обусловлена простотой затрагиваемых в ней вопросов и сравнительно высоким уровнем совершенства существующих усилительных устройств.

Конечная цель применения любого детектора света состоит в счете отдельных фотонов. Фотоэмиттеры в комбинации с фотоумножителями позволили достигнуть данной - цели (для одноэлементных устройств)' уже в 30-е годы. В принципе, казалось бы, возможным осуществить это и с помощью электронно-оптических преобразователей (ЭОП) уже на сравнительно ранней стадии их разработки. На практике же потребовались годы работы по усовершенствованию технологии ЭОП, прежде чем удалось создать современные высокочувствительные, многоступенчатые усилители изображения. Усовершенствования касались увеличения квантовой эффективности фотокатодов и эффективности люминесценции фосфоров, уменьшения термически генерируемого темнового тока, разработки компактных источников высокого напряжения и методов соединения последовательных ступеней с помощью элементов волоконной оптики.

Пожалуй, нигде соперничество между физикой и биологией не проявляется столь ярко, как в зрительном процессе. Природа с самого начала была поставлена в жесткие условия, ибо свет передается конечными порциями энергии, называемыми «фотонами» или «квантами». Любая информация, которую требовалось извлечь из окружающего мира, оказывалась ограниченной в силу дискретной природы света.