书城家居衣食住行与科学知识
19939000000036

第36章 复眼照相机

眼睛是动物的视觉器官,在生活中占有很重要的地位。由于动物种类繁多,形态各异,因此眼睛也千差万别。在动物中鹰眼的视力据认为是最好的,一只金鹰在光线好、背景鲜明的前提下,可在1996米的高空中看清地面上一只45厘米长的兔子。这是因为鹰眼具有比人眼多8倍的视觉细胞,所以有极高的分辨能力。

动物的眼睛可谓千差万别,各有特色。大致说来,可分为三类:一类是某些低等动物的“针孔眼”,靠小孔成像;二类是人和其他脊椎动物的“晶状体眼”,又称“照相机眼”;第三类是甲虫、蜜蜂、苍蝇、蚊子、萤火虫、虾、蟹等动物的“复眼”。

复眼构造的精巧和功能的优异,在某些方面是人眼所不及的,也是人造技术装置所不能比拟的。例如被称为“飞行之王”的蜻蜓,头上有一双像小“灯泡”似的眼睛。将这对眼睛在显微镜下放大仔细观察,会发现里面密密麻麻,有着许许多多呈六角形的小眼睛。科学家计算,里面的小眼睛多达20000多只。有趣的是,蜻蜓的每一个小眼都可以独自成像,一个物体在蜻蜓的眼里有20000多个像。而苍蝇的眼睛是由3000多只六角形的小眼组成的复眼,并且,同蜻蜒一样,每一只小眼也都能独立成像。由于苍蝇的视力非常好,常常是人的蝇拍还没落下,它早巳逃之夭夭了。

复眼都是由许多单眼组成。在每个单眼中,12个细胞有序地排列。进入单眼的光被这些细胞所捕获,并被送往输出细胞的树枝状晶体(输入接头)。研究人员把微细的电极插入输出细胞中,调查其对光输入的反应,结果发现与人类视觉的心理现象非常相似。当把光线加到复眼上以后,输出细胞便产生脉冲,脉冲的大小基本与光强度的对数成正比,这与人类感觉所具有的韦伯一费希纳规律是一致的。又如,见到闪光时,发出的脉冲数是和闪光强度与光照时间之积成正比的,而相对于输入光的点灭也引起闪烁现象。这些都是与人眼极相似的。但是,站在信息处理的角度看,重要的是要了解复眼中的各个单眼是如何交换信号的,从而能清晰地辨认出所见对象的轮廓。各个单眼的输出除了送往中枢神经系统以外,还产生出分支加入到附近的单眼中,这意味着各个单眼的输出起着减少附近单眼输出的作用。为了调查其动作机制,首先把复眼遮盖起来,在其上开一小孔,使光线仅仅能照到一个单眼上。在复眼中,附近几个单眼互相协作,把入射光象的明暗变化强调出来。换句话说,图形的轮廓被强调出来了,从而产生容易辨认的效果。

由于动物复眼构造精巧和功能特异,给人们许多启示。人们模仿苍蝇、蜻蜓和蟹等复眼光学系统的结构和功能特点,用许多块具有特定性质的小透镜,将它们有规则地紧密排列粘合起来,制成“复眼透镜”,用它作镜头制成“复眼照相机”,一次就可以照出1329张相同的照片来。可以用来大量复制电子计算机的集成电路,可大大加快电子设备的生产速度。在军事卫星侦察中,被派上了更大用场。

鱼眼在所有的动物中,视角是最大的,可达180度,这是人眼所无法比拟的。于是人们模仿鱼眼,研制成功了一种超广角的“鱼眼镜头”。这种鱼眼镜头,视角为180度,用这种镜头制成的相机能把整个空间的物象,一下子尽收眼底。这时的图像同鱼眼看到的那样,变成了圆形,不仅拍摄范围大,而且图像清晰度很高。因此,鱼眼相机在摄影中用途很广。在用鱼眼相机进行大地测绘时,可减少拍摄次数,迅速获得大面积地貌照片。因此它在卫星侦察中也有着广泛的应用。