Немного истории. Свет – это одно из основных и величайших явлений природы, свет является не только необходимым условием жизни на планете

Свет – это одно из основных и величайших явлений природы, свет является не только необходимым условием жизни на планете, но и играет важную роль в техническом прогрессе и изобретениях в сфере визуальной коммуникации: фотографии, кинематографии, телевидении и недавно появившихся мультимедийных средствах.

Хотя явление это «базовое», и мы видим его все время и всюду, но в науке – это самый большой камень преткновения. Физика, которая в конце XIX века представляла собой довольно простую, непосредственную науку, стала сложной и мистической. Ученым в начале XX века пришлось ввести постулаты квантовой физики – «принципы неопределенности» и многое другое. И все это для того, чтобы получить теоретический аппарат, который объяснил бы множество экспериментов и, в то же время, имел бы разумный смысл.

В этой книге мы не намерены углубляться во все эти теории: мы обсудим только те вопросы, которые связаны с телевидением и передачей видеосигналов.

Основная «проблема», с которой сталкиваются ученые, изучающие свет, заключается в том, что свет имеет двойственную природу: он ведет себя как волна (нематериальная природа) – это явления рефракции и отражения – и обладает также свойствами материальной природы – широко известный фотоэффект, открытый Генрихом Герцем в XIX веке и объясненный Албертом Эйнштейном в 1905 г. Поэтому в последнее время в физике принято полагать, что свет имеет «двойственную» природу.

На этом этапе следует отдать должное, по крайней мере, нескольким самым крупным ученым‑физикам, и, в частности, специалистам по теории видимого излучения, без работ которых современный уровень технологий был бы невозможен.

Одним из первых физиков, объяснивших многие природные явления, включая и свет, был Исаак Ньютон. В XVII веке он доказал, что свет имеет корпускулярную природу. И так считалось до Христиана Гюйгенса, который позже, но тоже в XVII веке, выдвинул волновую теорию света. Многие ученые глубоко уважали Ньютона и не изменили своих взглядов до самого начала XIX века, когда Томас Юнг продемонстрировал интерференцию света. Август Френель тоже проделал ряд убедительных экспериментов, четко демонстрирующих волновую природу света.

Важной вехой стало появление на научной сцене Джеймса Кларка Максвелла: в 1873 г. он доказал, что свет представляет собой высокочастотную электромагнитную волну.

С помощью его теории удалось оценить величину скорости света, как она известна нам сегодня: 300 000 км/сек. Эксперименты Генриха Герца подтвердили теорию Максвелла. Герц открыл явление, которое известно как фотоэффект: свет может выбивать электроны с освещаемой металлической поверхности. Однако ему не удавалось объяснить тот факт, что энергия испускания электронов не зависит от интенсивности света, что в свою очередь противоречило волновой теории. С точки зрения волновой теории, большая интенсивность света должна увеличивать энергию испускаемых электронов.

Этот камень преткновения удалось обойти Эйнштейну: он использовал разработанную Максом Планком теорию квантования энергии фотонов, представляющих минимальную порцию переносимой светом энергии. В рамках этой теории свет обрел свою двойственную природу, т. е. сочетание волновых и корпускулярных свойств.

Таким образом, эта теория наилучшим образом объясняет большинство световых явлений, и поэтому в CCTV (замкнутое, кабельное охранное телевидение или видеонаблюдение) мы будем использовать теорию «двойственного подхода».

При анализе линз, используемых в системах видеонаблюдения, мы будем в большинстве случаев опираться на волновую теорию света, но при этом не следует забывать и о том, что есть такие понятия, как функционирование ПЗС‑матриц, например, отражающее корпускулярную природу света, т. е. его материальную природу. Поэтому в этих случаях мы будем использовать корпускулярный подход.

Естественно, что в реальности свет требует применения обоих подходов, и мы всегда должны помнить о том, что они не являются взаимоисключающими.