Почему изображение в зеркале отличается от фотографии?
Отвечает Алексей Федоров
к. т. н., доцент кафедры информатики и программного обеспечения вычислительных систем НИУ МИЭТ
Все дело в физиологии и оптике. Давайте начнем с оптики, в которой все усложняется двойственной природой света. С одной стороны, он является потоком летящих с большой скоростью частиц-фотонов, а с другой стороны — волной. Как поток частиц, свет может поглощаться поверхностью предмета, отражаться от него или проходить через этот предмет (ранее «Моя Планета» объясняла, почему стекло и лед прозрачны).
Отражаясь от ровной поверхности, угол падения луча становится равным углу его отражения. Любое зеркало частично поглощает свет — от 2% до 8%. Однако за счет того, что свет в разных средах распространяется с разной скоростью, луч, проходящий через прозрачный материал, то есть на границе двух сред, преломляется. Именно благодаря этому эффекту мы можем создавать линзы, а предметы в воде кажутся нам больше, чем они есть на самом деле.
Так как свет является не только потоком частиц, но и волной, мы можем различать цвета предметов. Точнее, это происходит потому, что материалы по-разному поглощают и отражают фотоны разной частоты. А преломляясь, фотоны отклоняются на разные углы, что позволяет нам видеть радугу — преломление света на капельках дождя.
Плоское зеркало — это простейшее отражающее оптическое устройство, изображение в котором возникает за счет отражения от его поверхности лучей. Более того, когда мы смотрим на любой предмет, мы видим не его, а отраженные от него лучи света, которые распространяются во все стороны. Поэтому одни и те же предметы могут видеть разные люди. Магия зеркала заключается в том, что мы видим не отраженные лучи света, а их продолжение в «зазеркалье», то есть не сам предмет, а его изображение, то, чего на самом деле нет. А так как угол падения луча света равен углу его отражения, мнимое изображение располагается симметрично зеркальной поверхности. При этом размер увиденного равен размеру самого предмета.
То, что мы считаем своим отражением, в действительности им не является — это всего лишь зрительная проекция в подкорке головного мозга
Но не все зеркала плоские. Любые дефекты стекла влияют на его «правдивость». Отсюда эффект кривого зеркала. Кроме того, стекло — аморфный материал, фактически оно — очень вязкая жидкость, поэтому со временем как бы «стекает» под действием силы тяжести и на его поверхности появляются волны. Следовательно, отражение хоть и немного, но искажается.
Правда, даже имея безупречно ровное зеркало, человек воспринимает увиденное в нем с дефектами. Ведь на самом деле то, что мы считаем своим отражением, в действительности им не является — это всего лишь зрительная проекция в подкорке головного мозга, формирующаяся благодаря работе системы восприятия окружающего мира.
Теперь о физиологии. Глаз человека является довольно примитивным оптическим прибором. Даже если считать, что он идеален (а если бы это было так, не было близоруких, дальнозорких и людей с астигматизмом), его оптическая схема несовершенна.
Здесь и далее: оптические эффекты. Преломление света в воде
Прохождение луча света через положительную линзу
Лучи, исходящие от предмета, преломляются в роговице и хрусталике и формируют его четкое перевернутое изображение на центральной части сетчатки. Это так называемое центральное зрение человека. Его область не очень велика, и только в ней мы видим четкое изображение окружающего мира. Оба глаза человека, не двигаясь, способны охватить 180° по горизонтали и где-то 130° по вертикали. Зона ясного видения — примерно 14°. Область стопроцентного видения еще меньше — 1,4°. Вся остальная информация анализируется нами благодаря периферическому зрению, и нетренированным человеком воспринимается нечетко, с искажениями. Поэтому, чтобы рассмотреть большой объект, наши глаза должны постоянно двигаться.
Рассматривая себя в зеркале, мы видим отнюдь не статическую картинку — двигаются не только глаза, двигается все наше отражение, то есть мы шевелимся. Благодаря этому, а также наличию у нас двух глаз мозг формирует объемную динамическую картинку. А еще наш мозг немного лукавит и формирует не реальную, а воображаемую картину увиденного. Если вы одеты в старую, вышедшую из моды одежду, а настроение так себе — в зеркале все покажется более ужасным, чем оно есть на самом деле.
На фотографии все несколько иначе. Дело в том, что изображение на сенсоре фотоаппарата формируется с помощью объектива — гораздо более сложного оптического устройства, чем глаз человека. Даже простой объектив содержит несколько линз, часть из которых движется относительно друг друга. Вся эта конструкция предназначена для того, чтобы уменьшить искажения проекции объекта на плоскость, которые характерны для любой оптической системы. Возникают они потому, что преломляющие поверхности не способны собрать в точку широкие пучки лучей, падающие на них под большими углами.
Не стоит забывать и о фокусном расстоянии объектива и расстоянии до объекта съемки — если фотографию сделать с близкого расстояния, она вряд ли удастся. Причина заключается в глубине резкости объектива: все детали, расположенные ближе или дальше определенного расстояния, фиксируются размытыми. В то время как идеальный глаз человека имеет практически бесконечную глубину резкости.
В отличие от зеркала, когда мы рассматриваем свою хорошую фотографию, мы видим статическое плоское изображение. При этом у нашего мозга меньше возможностей для «полета фантазии». В результате образ получается более правдивым.
С видео все еще интереснее. Там мы видим динамическую картинку, и за редким исключением глаз не имеет возможности долго задерживаться на деталях. Хотя, если внимательно рассмотреть отдельные кадры или сделать стоп-кадр, мы увидим, что картинка очень часто нерезкая. А вот при частоте 24 кадра в секунду глаз на этот дефект внимания не обращает. Поэтому передаваемый фильмом образ еще больше отличается от реальности, чем тот, который сформирован зеркалом.