Адаптацией называется перестройка зрительной системы для наилучшего приспособления к данному уровню яркости. Глазу приходится работать при яркостях, меняющихся в чрезвычайно широком диапазоне, примерно от 104 до 10-6 кд/м2, т. е. в пределах десяти порядков. При изменении уровня яркости поля зрения автоматически включается целый ряд механизмов, которые и обеспечивают адаптационную перестройку зрения. Если уровень яркости длительное время существенно не меняется, состояние адаптации приходит в соответствие с этим уровнем. В таких случаях можно говорить уже не о процессе адаптации, а о состоянии: адаптации глаза к такой-то яркости L.

Основное свойство рецепторов сетчатки — световая чувствительность, т. е. способность, поглощая свет, инициировать первую ступень сложного зрительного процесса. Чувствительность фоторецепторов к свету чрезвычайно велика: рецептор способен генерировать импульс возбуждения при поглощении всего нескольких, быть может только двух, фотонов. Но вероятность того, что фотон будет поглощен светочувствительным веществом рецептора, в сильной степени зависит от энергии фотона, т. е. от частоты или длины волны излучения. Зависимость вероятности поглощения фотона от длины его волны лежит в основе световой фотометрии, обуславливая способ пересчета энергетических величин в световые, прежде всего мощности излучения Р (Вт) в световой поток Ф (лм). Первые фотометрические измерения, еще в XVIII в. проводились при достаточной освещенности, когда хорошо различаются цвета, т. е. когда работают колбочки. Поэтому основные фотометрические величины были установлены для дневного, колбочкового зрения. В основу была положена единица силы света — свеча. Сначала это была просто свеча типа восковой или стеариновой, потом старались обусловить материал и диаметр свечи, затем воспроизводили эталон в виде пламенной лампы с определенными конструкционными ее параметрами (свеча Гефнера). В двадцатом веке световые эталоны были созданы в виде ламп накаливании. Во второй половине нашего столетия в основу эталона силы света было положено излучение черного тела при температуре затвердевания платины. Сила света одного квадратного сантиметра черного тела при температуре 2042 К принята равной 60 свечам или по современной терминологии 60 канделам (60 кд). Устройство первичного светового эталона достаточно сложно.

Гульстранд в своей схеме оптики глаза приписал каждому ее параметру среднее из измеренных или иным путем найденных значений этого параметра для реальных человеческих глаз.

Оптическая система глаза — результат длительного процесса постепенного совершенствования, продолжавшегося многие миллионы лет. Рассматривать отдельные ступени эволюции по образцам глаз ископаемых животных вряд ли возможно: их глаза сохранились плохо либо совсем не сохранились. Но различные виды организмов от одноклеточных до человека живут и сейчас и в своей иерархии в той или иной степени соответствуют процессу исторического развития живых существ.

Что Вы могли бы сказать о памяти человека? Вы высказали предположение, что и в этой области направление исследований было выбрано неправильно. Что Вы имели в виду?

Я упоминал о работе Нормана и Румелхарта, посвященной возможному способу организации информации в долговременной памяти. Опасность в данном случае снова заключается в том, что проблемы ставятся безотносительно четко определенной задачи обработки информации. Как раз наоборот, проблемы ставятся и их решения находятся в категориях механизмов — в данном случае речь идет о механизме, названном ’’активной структурной сетью”, причем он столь прост и универсален, что лишен теоретического смысла. Норман и Румелхарт могли бы заметить, что подобная ’’ассоциация”, возможно, существует, но они не в состоянии были ни указать, из чего эта ’’ассоциация” состоит, ни утверждать, что для решения задачи х (с которой человек может справиться) память должна быть организована некоторым конкретно определенным образом, причем, если подобная организация имеет место, в качестве побочных эффектов должны возникать некоторые поддающиеся идентификации ’’ассоциации” определенного типа.

В первой и второй частях этой книги я предпринял попытку изложить достаточно подробно подход к изучению зрительного восприятия, заключающийся в том, что оно рассматривается главным образом как задача обработки информации. Я старался в процессе изложения отвечать на наиболее часто возникающие вопросы, однако опыт, приобретенный мной в попытках разъяснения сути этого подхода в процессе чтения лекций и дискуссий, заставляет предполагать, что у читателя еще могут быть сомнения и вопросы, оставшиеся без ответа, хотя они и могут сводиться к самым простым замечаниям типа того, что вся схема выглядит слишком искусственной или — на противоположном полюсе мнений — маловыразительна.

Описанные способы представления информации о форме объекта, пожалуй наилучшим образом суммированные в иерархической схеме, приведенной на рис. 5.3, подводят нас к тому, каким образом можно справляться с проблемами описания формы. Возможно, если бы Дж. Л. Остин мог увидеть такой рисунок, он бы не воздевал в отчаянии руки по поводу надежд на установление правил представления формы своего кота! Эти идеи тем не менее еще весьма приблизительны, и немного усилий было затрачено на их развитие после 1977 года, главным образом из-за того, что мы были поглощены подробным изучением процессов предварительной обработки информации в зрительной системе. В этот период, однако, часто поднимались проблемы, касающиеся путей обобщения этих идей. И хотя их решение в деталях еще не разработано, имеет смысл кратко определить те направления, в которых возможности обобщения представления наиболее очевидны.

Мы приступаем к заключительному и, возможно, самому замечательному из разделов нашей программы — преобразованию представлений форм объектов, ориентированных на процессы восприятия, в представления форм объектов, удобные для использования в процессах распознавания. При этом возникает много проблем, требующих исследования. В данной главе, написанной главным образом по материалам работы, затрагиваются лишь некоторые из них, причем в самой ограниченной степени. Тем не менее принципиальные положения иногда наиболее четко выявляются при схематическом изложении, и основное внимание здесь будет посвящено тому, что именно предопределяет пригодность представления для его использования в дальнейшем при распознавании. В связи с этим нам придется заняться обсуждением того, что представляет собой распознавание и как оно происходит.

До сих пор психофизика всерьез и специально 2,5-мерным эскизом не занималась, и потому нам очень мало известно о нем, причем неизвестно даже, существует ли он на самом деле, в том смысле, как это предполагается в рамках нашего подхода к зрению. Основные вопросы тем не менее сформулировать нетрудно. Что именно представляется и каким образом? Какой именно должна быть система координат (даже сказав, что она должна быть привязана к наблюдателю, Вы оставляете еще много возможностей для выбора)? И возможно, самый трудный вопрос: какого рода обработка информации выполняется в самом представлении - либо для того, чтобы обеспечить его собственную внутреннюю непротиворечивость, либо для того, чтобы обеспечить его совместность с той организацией, допустимость которой определяется трехмерностью структуры реального мира?

В данной главе мы будем обсуждать проблемы и задачи, возникающие в связи с идеей 2,5-мерного эскиза, с которым мы уже встречались в разд. 3.3. Основной тезис прост: 2,5-мерный эскиз обеспечивает представление видимых поверхностей в координатах наблюдателя, позволяющее воспроизвести и объединить результаты всех процессов, описанных ранее. Построение 2,5-мерного эскиза — это краеугольный камень нашей теории, последний этап перед интерпретацией информации, характеризующей поверхность, и, быть может, завершение процесса чистого восприятия.

Во всех процессах, рассматривающихся нами до сих пор, изображение изменений отражательной способности поверхности и ее освещенности использовалось для восстановления информации о геометрических свойствах поверхности. При этом ничего не говорилось о собственно природе поверхности. Тем не менее отражательная способность поверхности (светлая поверхность или темная, хорошо или плохо она отражает красный цвети т. д.) содержит информацию, которая часто имеет важный биологический смысл. Так, например, только взглянув, мы можем сразу сказать, зрелый ли плод, достаточно ли крепка ветка, чтобы выдержать вес человека, свеж и мягок ли лист, похоже ли на то, что это насекомое ядовито, и многое, многое другое.

Роль, которую играет грим в театре, а также повсеместное распространение косметики в повседневной жизни заставляют предположить, что в зрительной системе человека действуют процессы, специально предназначенные для определения формы объектов по данным о затенении поверхностей. Похоже, однако, что возможности этих процессов невелики и определяются они комбинацией тех сведений, которые удается извлекать из затенения, и информации, содержащейся в ограничивающих контурах. Затенение само по себе лишь в слабой степени влияет на выявление формы, и поэтому одна из наиболее интересных теоретических проблем, возникающих в связи с предварительной обработкой изображений в зрительной системе человека (наряду с проблемой цвета), — это определение того, какую именно информацию и сколько можно получить из данных о затенении.