Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Относительная яркость
lex_kravetski
Одно время мне некоторые граждане адски парили мозг тем, что «если с коммуникатора читать книги, то испортится зрение».

Вообще говоря, зрение довольно тяжело испортить, если просто пользоваться глазами. Читаете ли вы с фонариком под одеялом, с экрана монитора, с коммуникатора — вообще побоку. Зрение от этого не портится.

Ну да ладно. Я, естественно, спрашивал у этих граждан, с хрена бы ему от этого портиться? Не из-за особой же цифровой магии — должна быть какая-то физическая или биологическая причина.

«Он же светится», — отвечали они.

Я тогда предположил, что все цифровые девайсы испускают цифровые фотоны, которые, в отличие от аналоговых, квадратные, поэтому своими углами царапают сетчатку. Но что-то как-то такая гипотеза очень уж сильно расходилась с реальностью.

«Просто это — слишком яркий свет», — говорили мне в ответ на мою смелую гипотезу, — «А от яркого света зрение может испортиться».

Ну да, это правда, если достаточно долго смотреть без тёмных очков на солнце, то сто пудов зрение испортится. Однако свет экрана совсем не столь ярок, сколь многим кажется.

А бумага при этом, внезапно, тоже светится — именно поэтому мы её и видим. Только она светится не сама по себе, а только тогда, когда на неё светит какой-то источник света.

Основных причин у подобного рода «наведённой светимости» три.

Во-первых, свет может быть отражён подобно зеркалу — под углом, равным углу падения света.

Во-вторых, он может быть отражён диффузно — под произвольными углами, ввиду того, что поверхность, хоть и отражает свет, но повсюду имеет очень мелкие неровности.

И в-третьих, свет может быть переизлучён: в этом случае фотоны попадающего на поверхность света, поглощаясь атомами поверхности, выбивают электроны этих атомов на более высокоэнергетические орбиты, где те не могут удержаться, а потому сваливаются с них обратно, при этом излучая новые фотоны.

Однако во всех трёх случаях фотоны — одни и те же. И одновременно с тем они одни и те же с теми фотонами, которые испускает лампа или звезда. Разве что фотоны с разной длиной волны могут поглощаться в разной степени, а потому мы видим некоторые объекты цветными, хотя они освещены белым светом: фотоны с одними длинами волн, например, почти целиком отражаются, а с другими — почти целиком поглощаются, нагревая объект. Но что отражённые, что переизлучённые, они всё равно фотоны. И когда они попадают на рецепторы сетчатки, мы видим свет. А информация о том, был ли этот фотон отражён, переизлучён или напрямую от источника прилетел, в фотонах никак не сохраняется.

Поэтому если что-то и может повлиять на сетчатку в плохую сторону, то это только интенсивность света (то есть количество фотонов, попадающих на единицу поверхности за единицу времени) — а вовсе не то, откуда эти фотоны взялись.

Что интересно, вышеприведённые рассуждения одновременно с тем являются и ответом на вопрос: «почему на фотографиях с Луны не видны звёзды».

Да вот ровно поэтому: Луна, конечно, сама не светится, однако свет солнца отражается от её поверхности. Именно поэтому мы видим не чёрный диск на месте Луны, а желтоватую поверхность со всевозможными деталями.

Луна находится примерно на том же расстоянии от Солнца, что и Земля, поэтому в дневное время на неё падает ровно столько же света. Точнее, даже больше — ведь там нет атмосферы, которая могла бы часть света поглотить. Поверхность Луны упавший на неё свет отражает всеми тремя способами, среди которых доминируют второй и третий, из-за чего свет от поверхности разлетается во все стороны, а не только под определённым углом. И это — ровно тот же самый свет, что и от солнца. Он ровно так же умеет освещать другие объекты. И, в частности, засвечивать плёнку.

Однако у плёнки (как и у матрицы, и у сетчатки глаза) есть предел чувствительности, если превысить который, то все детали пойдут лесом: каждый квадратный миллиметр просто будет равномерно засвечен. А чтобы сохранить детали различимыми, изрядная часть света просто отсекается при помощи уменьшения отверстия диафрагмы в объективе. За счёт этого понижается «яркость» всех объектов так, чтобы на снимке стала различима их относительная яркость. То есть стали видны детали.

Однако порог чувствительности есть не только сверху, но и снизу. Если на единицу площади попадёт слишком мало фотонов (а тем более, ни одного), то эта поверхность будет передавать просто чёрный цвет.

Может показаться, что звёзды — это же звёзды: «они же должны быть яркими».

Это да, они яркие, но они очень далеко. И мы по этой причине видим лишь малую часть того света, который они испускают. И даже не потому, что этот свет теряется где-то по дороге — достаточно того, что мы видим их под очень маленьким телесным углом. И в результате до нас долетает только тот свет, который попал в этот угол, а весь остальной свет улетает куда-то ещё.




При этом Солнце находится к нам гораздо ближе, поэтому все объекты получают от него очень много света.

Не, ну реально много. Очень.

И несмотря на то, что часть этого света объекты поглощают, даже того оставшегося отражённого оказывается достаточно, чтобы весьма интенсивно «светиться».

В общем, экраны коммуникаторов и даже лампочки нам кажутся яркими вовсе не потому, что они правда яркие. А потому, что мы их чаще всего видим в тех условиях, когда других ярких источников света вокруг нет.

Глаз тоже умеет сужать и расширять отверстие — зрачок, — чтобы контроллировать яркость. И при солнечном свете зрачок сжимается вообще чуть ли не в точку. Таким образом, всё визуально становится менее ярким.

При свете же люстры, который гораздо менее яркий, чем солнце, зрачок, напротив, расширяется. И нам начинает казаться, что люстра светит не особо-то слабее солнца.

Однако остальные объекты при этом лишь отражают свет, поэтому они с неизбежностью будут менее яркими, нежели текущий источник света. И вот эту относительность мы запоминаем, как «объективный» показатель яркости: солнце и лампочки — яркие, а страницы книги, например, не яркие.

Ну и экран коммуникатора тоже как бы яркий — он же, вон, сам светится так, что его даже в полной темноте видно.

Тем не менее, чтобы сопоставить реальную яркость всех этих объектов, давайте попытаемся посмотреть на экран коммуникатора и лист бумаги одновременно. При разном внешнем свете, но с одинаковой яркостью экрана.

Вот, например, как они выглядят при свете обычной настенной лампы.



А вот уже их вид при свете люстры с пятью аналогичными лампочками, которая, впрочем, находится чуть подальше, чем настенная лампа.



Мои слегка уже изношенные лампы имеют мощность порядка 50 Ватт (изначально было 60). Однако у меня есть лампа и в 1000 Ватт. Вот как всё это выглядит при её свете.



Здесь, как мы видим, яркость бумаги и экрана примерно одинаковая. При этом 1000 Ватт — это очень мощная лампа. Если её зажечь, то свет люстры становится почти незаметным.

Казалось бы, вот же доказательство того, что экран — яркий: он светится как бумага под тысячеваттной лампочкой.

Но мы не остановимся на достигнутом и посмотрим на ту же композицию при свете солнца, прикрытого относительно тонкими облаками.



Напомню, это всё та же яркость экрана коммуникатора. На котором, тем не менее, уже еле различим текст: на фоне света, отражённого от бумаги, он выглядит почти чёрным.

И теперь взглянем на всё это при свете солнца без облаков.



Нет, я не забыл включить экран. Он включён. Причём, с той же яркостью, что и раньше. Однако даже блик на следе от пальца гораздо ярче, чем почти белый фон страницы электронной книги на экране.

Вот, собственно, и ответы.

Если ваши глаза не портятся от того, что при солнечном свете вы что-то там читаете, да и вообще просто смотрите на окружающие вас предметы, то явно вот этот чёрный экран вам ничего в глазах не испортит.

И, обратно, если глаза не портятся от чтения при свете настенной лампы или люстры, то и экран коммуникатора им не повредит.

Если бумага, которая сама по себе не умеет излучать свет, оказывается столь яркой при солнечном свете, что фотоаппарат вынужден сжать диафрагму так сильно, что свет экрана становится почти не различим, то нет ничего удивительного, что он ровно то же самое делает, когда на него пытаются снять поверхность Луны, освещённую солнцем.

И нет ничего странного в том, что звёзды, которые на таком расстоянии светят в объектив гораздо слабее вот этого вот экрана, становятся не видны на снимке.



doc-файл




Получается, когда просто возникает ощущение, что устают глаза, это самовнушение? При чтении с не светящегося экрана у меня такое ощущение приходит сильно позже.

В своё время я специально купил себе вот такую электронную читалку -

У неё экран не светится, и применена технология электронных чернил. С ней у меня полное ощущение, будто читаю будто с бумаги. Ещё и размер экрана мне нравится, однако, когда тёмно, приходится читать с фонариком, что в вагоне поезда, в маршрутке или в самолете часто неудобно, да и нелепо выглядит.

Edited at 2017-08-15 13:22 (UTC)

> Получается, когда просто возникает ощущение, что устают глаза, это самовнушение?

Крупный шрифт, высокое разрешение экрана, а также нормальная чёткость изображения решают проблему с утомляемостью. Ещё, конечно, полезно, подобрать яркость изображения под текущую яркость окружающей среды.

Но нет, таким способом глаза испортить всё равно невозможно — только глазные мышцы утомить.

Можно хоть на ядерный взрыв смотреть . Как в своё время поступил Ричард Фейнман(а потом валялся от боли минут 5, так тут не поступайте так дома). Главное что бы стекло отсекло ультрафиолет. Так как именно УФ диапазон волн - вредит сетчатки глаза. Вызывая ожоги на сетчатке ... Как на коже.

А миф о вреде телефонов идёт от мониторов 80-начала 90х годов.
Когда тупо забывали добавить светофильтр на кинескоп для отрезания УФ диапазона.

ожог вызывает любой диапазон волн, вопрос лишь в интенсивности (коротковолновому излучению нужна меньше интенсивность) - у меня ожог сетчатки обычным лазером на искусственном рубине. Никакого УФ, просто случайный блик

Edited at 2017-08-15 15:40 (UTC)

Я просто оставлю это здесь.

Сто лет назад...





Первый кадр, четвёртая-третья строчка снизу.
Особенно при дуговых фонарях.

Собственно, неудивительно.

тут может быть проблема даже не в яркости, а в соотношении спектральных составляющих - если свет от горячих источников имеет спектр непрерывный, то подсветка дисплея - это либо CCFL (что уже вряд ли - вышли из употребления), либо EL (что тоже маловероятно), либо LED. А у них у всех линейчатый спектр с острыми пиками - иллюзию белого света они дают, но мобыть где-то на физиологическом уровне есть разница.

OLED-дисплеи тоже дают линейчатый спектр

У RGB LED (а OLED это тоже RGB LED) - три довольно плавных горба, без острых пиков. Есть же такой показатель, как CRI.

Управление яркостью через PWM, на значениях ниже 100% экран моргает с частотой около 100 Гц. Кроме того, спектр излучения может быть отличным от бумаги и тоже либо более либо менее утомлять зрение.

На современных планшетах PWM может как отсутствовать так и присутствовать независимо от цены и частота может быть от 100Гц до нескольких тысяч, тоже независимо от цены.

В любом случае, скорее всего все эти проблемы со зрением относятся к старым экранам планшетов, которые бликуют, имеют малый контраст, низкую частоту модуляции, превалирующий синий цвет в спектр и т.п., малоличо. Современные планшеты можно подыскать довольно толковые, которые вряд ли портят зрение сильнее, чем любая другая физическая нагрузка на глаза.

А проблемы с планшетом и испорченным зрением -- это скорее связано с новым видом досуга "втыкание в интернет", при котором глаза напрягаются так же как и при чтении книг. Но книги читать 16 часов в день никто не будет.

Вот да - я бы тоже обратил внимание на мерцание экрана. Ну и ещё - на то, что все изображения там пиксельные, а не ровные, как на бумаге - это тоже может напрягать.

Есть еще такая штука как ШИМ регулятор яркости.
И при установленном низком уровне яркости - глаза устают из за мерцания. Причем оно визуально может быть незаметно.

Шим утомляет, это есть. Но тогда давайте еще скажем и про люминисцентные лампы - там мерцание не менее мерзкое.

Если экран нормальный, то никогда ничего не портится. В реале, кстати, на солнце он не чёрный, и на нём более-менее видно. Динамический диапазон у нашего глаза больше, чем у фотокамер. Про крупный шрифт и разрешение абсолютно всё верно.

Да и при ненормальном не портится, просто глазам бо-бо будет и хитрый мозг подберет тысячу причин, почему именно вот сейчас нужно закрыть глаза и вздремнуть несколько часиков.

А проблема вот прямо на вашей первой фотке и видна. Беда в том, что глаз регулирует диафрагму зрачка по всему полю зрения, в котором экран планшета занимает лишь малую часть. Соответственно, зрачок оказывается слишком широко открыт для такой яркости экрана. Т.е. если окружающая освещенность нормальная и яркость экрана настроена адекватно, то ничего ничему и не вредит, но очень часто, если не сказать почти всегда, это совсем не так. А вот с электронными чернилами яркость экрана всегда соответствует яркости окружающего пространства, поэтому они и не утомляют.

Глаз спокойно воспринимает гораздо более заметный контраст, чем здесь. И адаптируется вовсе не к какому-то конкретному объекту, а к общей освещённости. Поэтому вообще пофиг, какую там часть занимает планшет — глаз всё равно адаптируется. А поскольку экран светится довольно слабо, даже при открытом зрачке никаких проблем не будет.

Почему на фотографии звёзды не видны, а глаз их всё-таки видит? Вроде, и оптика, и матрица у глаза хуже.

потому что глаз бухой и ему мерещится. Если фотокамера не видит звёзд - значит, их вообще нет.

Что, написанное, нее отрицает того, что при неверном освещении деградация зрения происходит гораздо быстрее чем при правильном.

А так же то, что дорогие ЖК экраны (ПК, планшетов, телефонов) дают куда меньшую утомляемость, чем дешевые. Хотя правильнее оперировать не ценой но она тоже показатель.

Edited at 2017-08-15 14:46 (UTC)

«Тут вроде бы что-то написано, но мне похер, поскольку никакие аргументы не могут сокрушить мою веру, которую я почерпнул хер знает откуда».

в этом споре (его разных интерпретация) крайний раз лет 5 назад участвовал (потом надоело)

но, тупо - читая с ранних телефонов/КПК (15 лет назад) глаза уставали ЯВНО больше, чем после покупки электронной читалки (10 лет назад). шрифты были одинаковые.

может конечно мерцание, низкое разрешение экранов старых тлф и прочее, но постулат "отраженный свет лучше (для глаза) чем испускаемый" казался логичным и лично испытанным

Помимо фактора яркости достаточно заметное влияние на глаза (утомляемость) оказывает высокая контрастность и мерцание.

Читала этот пост с телефона, сидя на балконе, на солнечной стороне. Яркость экрана выкрутила на максимум, надела шляпу с широкими полями, чтоб тень падала - и все равно темновато.
Подозреваю, что любители бояться порчи зрения об электронные девайсы просто еще не забыли ЭЛТ-мониторы с низкой частотой обновления, от которых действительно глаза уставали от постоянного мерцания. Но перед мониторами эти люди ставили кактусы, а перед смартфоном кактус не получится с собой постоянно носить :-)

Таки ранние ЖК мерцали гораздо сильнее поздних ЭЛТ, т.к. подсветка в них была исключительно люминисцентная.

Тема отличий при работе с пропущенным и отраженным светом не раскрыта. Если вкратце, то при работе с пропущенным светом, для улучшения контрастности нужно брать черный фон и светлый текст, в идеале - зеленый ибо наивысшая чувствительность у глаза. Тогда, при низкой яркости экрана, получается отличная контрастность и глаза не устают. Чтоб наглядно убедиться в справедливости такого подхода, ну кроме собственно экрана, можно воспользоваться проектором и сравнить читаемость презентации при "прямой" (черный текст, белый фон) и обратной схеме.

Edited at 2017-08-15 20:18 (UTC)

> для улучшения контрастности нужно брать черный фон и светлый текст, в идеале - зеленый

Так верстают только пидарасы (© А. Лебедев).

Серый или желтоватый фон и чёрные или тёмно серые буквы. Светлым по тёмному — это разве что для программирования покатит. Для чтения — очень плохо. Поскольку ты смотришь на то, что мозг распознаёт как лампочки в ночи. А глазам при этом вообще пофиг.

Телефоны маленькие. Читая с них экран обычно ближе к морде расположен, чем книга. Глаза сфокусированы иначе. Вполне возможно, что близкое продолжительное безотдыховое смотрение на экран скажется за зрении хуже, чем смотрение то на травку, то на птичек в поле.

Что фотоны одной частоты одинаковые - понятно (ну, поляризация ещё; и мерцания всевозможные - неравномерность потока).

Но есть и другая характеристика. На сетчатку потенциально может влиять разброс яркостей, разный вид гистограммы тобишь.
Смотришь на книгу - она примерно такая по яркости, как и комната вокруг: гистограмма - по гауссу почти, в центре повыше, к краям - пониже.
Смотришь на телефон ночью - справа дохрена высокий пик, в центре пустота, слева - ещё выше пик. Матрице фотоаппарата - пофигу, там никакой электрохимии. А в глазу то всё иначе, химические процессы всякие идут, в центре чёнить накапливается от постоянного воздействия, по краям - наоборот недостаёт, что-то куда-то может начать перетекать-заплывать, можно нафантазировать всякого в общем.

?

Log in

No account? Create an account