01_Light Field

Изображение
Теория изображения могла возникнуть только при наличии инструмента, создающего изображение
Изображение – изобразить: предмет, рисунок, картина, изображающие что-то
Зрительное воспроизведение с определенной точностью чего-то
Оптика – οπτικα – взгляд, зрение – наука о зрительном восприятии
Древние греки первыми размышлять о соответствии наших представлений с окружающим миром
Зрительные лучи исходят из глаза и ощупывают окружающие объекты
Евклид и Птолемей установили законы зрительных лучей, законы их зеркального отражения

Структура оптического изображения
Альгазен и Кеплер отделили свет от зрения, объяснили зрение, ввели понятие отражения и закон обратных квадратов
Абу Али аль-Хайсам (Alhazen) - (965, Басра – 1039, Каир)
XII веке сочинение было переведено на латинский язык «Сокровище оптики» (Opticae thesaurus)
Эразм Витело (Erazmus Witelo, 1220 – 1280) – «Perspectiva»
Иоганн Кеплер (Johannes Kepler, 1571 – 1630) – «Дополнения к Вителлию»
(Ad Vitellionem paralipomena), 1604

Обработка оптического изображения
Изображение – перспективная проекция, но как образуются полутона, что такое интенсивность?
Подлинная революция в развитии изображения - фотография
Обработка изображения - кино, телевизионное, цифровое

Фотометрия Бугера
Революция Бугера – силу света можно измерять!
Пьер Бугер (Pierre Bouguer, 1698 – 1758) – Оптический трактат о градации света (L’Essai d’Optique sur la gradation de la lumière. Paris, 1729)
1807 – понятие энергии, Томасом Юнгом (Thomas Young, 1773 – 1829)
1842 – закон сохранения энергии, Роберт Майер (Robert Mayer, 1814 – 1878)
Схемы измерения, ослабители
Определение силы света всех источников через эталон – свечи
Проведено измерение сил света всех светил
Свойства материалов – отражение, пропускание
Шероховатые поверхности
Закон Bouguer – ослабление по логарифмической кривой

Фотометрия – Ламберт, Бер
Шарль Фабри (Charles Fabry, 1867 - 1945), Общее введение в фотометрию: Фотометрия – раздел оптики, посвященный энергетике излучений
Независимость и аддитивность световых пучков
Закон обратных квадратов
Количество света при тех же условиях пропорционально площадям площадок Δs1, Δs2 и косинусам углов излучения cosθ1 и падения cosθ2
Аналитическое выражение для закона ослабления Бугера

Волновая теория света
Гюйгенс, 1678 году: каждая точка фронта волны является вторичным источником сферических волн
Гримальди Франческо Мария (Francesco Maria Grimaldi, 1618 –1663) «Physico mathesis de lumine, coloribus, et iride, aliisque annexis libri duo», 1665 - дифракция
Роберт Гук (Robert Hooke, 1635 –1703) - «Micrographia», 1665 г. – цвета тонких плёнок
Христиана Гюйгенса (Christiaan Huygens, 1629 –1695) – опыты О. Рёмер (Ole Christensen Rømer, 1644 –1710) измерения скорости света по затмению спутника Ио Юпитера
луч

Оптика Ньютона
Лучевая теория – оптика здравого смысла, объясняла простейшее явление: прямолинейное распространение света
Исаак Ньютон (Isaac Newton, 4.01.1643, Вулсторп, Англия – 31.03.1727, Лондон)
Ян Марек Марци (Jan Marek Marci 1595 –1667) – «Thaumantias liber de arcu caelesti» (1648, «Ирис – книга небесной радуги», Ирис – богиня радуги, иначе Таумантиас – дочь морского Бога Таумаса)
Свету свойственна периодичность

Синтез Максвелла
Для объяснения явлений стремительно развивающейся физики эфиру приписывались новые, противоречивые атрибуты – поле
Андре-Мари Ампер (André-Marie Ampère, 1775 - 1836) – магнитные свойства токов
Майкл Фарадей (Michael Faraday, 1791 – 1867) – электромагнитная индукция
магнитная энергия –кинетическая энергия среды, электрическая энергия –энергия натяжения этой сред: эфир как упругое твердое тело

Электромагнитное поле
Световое поле – поле реакций оптического приемника
Теория эфира – объяснение всех явлений поведением дискретных тел: их положениями, их скоростями и их взаимодействиями
Теория поля – переход с идентификации (та же скорость, то же ускорение, та же масса и т.д.) на нетождественность, на то особенное, что отличает данную точку пространства от других и тем самым превращает пространство в поле
В основе определения поля – возможность сделать пробный заряд сколь угодно малым
Квантовая механика показала принципиальную роль приемника

Световое поле
Графически в каждой точке поля можно изобразить некоторую поверхность значений яркости от направлений – тело яркости
А.А.Гершун «Световое поле»: световое поле – область пространства, исследуемая с целью изучения процессов переноса световой энергии
Оптический приемник:
квадратичный относительно поля
размеры >> λ
постоянная времени >> T

Лучевая модель светового поля
Процесс переноса энергии в модели светового поля происходит
в пятимерном фазовом пространстве (r,l)
Поле состоит из лучей, как вещество из атомов
Вдоль луча перетекает световая энергия с плотностью мощности лучей в пучке L(r,l)

Связь с волновой теорией
Квазиоднородность волнового поля – малое изменение поля в масштабе длины волны, лучевое приближение: уравнение эйконала и УПИ
переход к пределу λ→0 или, что эквивалентно, k→∞:

Траектория луча
Исследование структуры поля в этом случае сводится к построениям прямых линий с помощью линейки – приближение геометрической оптики
Однородная среда: n≠n(r) или ∇n=0

Уравнение переноса излучения (УПИ)
Возьми три зеркала, и два сначала Равно отставь, а третье вдаль попять, Чтобы твой взгляд оно меж них встречало... Хоть по количеству не столь обилен Далекий блеск, он яркостью своей Другим, как ты увидишь, равносилен. (Д.Алигьери «Божественная комедия», Рай, Песнь 2: 97)

Расчет освещенности от поверхности
Для малоразмерных (точечных) объектов возможно введение понятия силы света I