...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Обратите внимание, закодировать нашу картину двоичным кодом было весьма просто, поскольку мы имели дело с изображением, состоящим всего из двух цветовых градаций: поле каждой клеточки было условлено считать либо белым (0), либо закрашенным (1). А как быть с фотографией? Ну хотя бы с той, которую называем черно-белой. Ведь на ней вопреки названию имеются плавные переходы от белого цвета к черному. Как определить степень "яркости" той или иной клеточки? Дело осложняется еще и тем, что при разбиении фотографии на клеточки может оказаться, что яркость изображения даже внутри одной клеточки будет неодинаковой. Очевидно, чем меньше размеры клеточки, тем более однородной будет ее яркость. Если в клеточке размером 1 мм² нарисовать пять черных линий (есть умельцы, которые умудряются на рисовом зернышке разместить целое стихотворение), то человеческий глаз легко их различит. Если же таких линий больше, скажем десять, то глаз не сможет их различить: все они сольются воедино и клеточка будет казаться однотонной. Это свойство глаза — различать определенное число линий на 1 мм — называется его разрешающей способностью. Ученые установили, что разрешающая способность человеческого глаза у разных людей колеблется от 5 до 10 линий на 1 мм. Это означает, что для фотографических изображений размер клеточки должен быть не больше 0,1х0,1 мм, т. е. на 1 мм² изображения должно поместиться как минимум 100 таких клеточек. Только тогда можно считать яркость внутри клеточки всюду одинаковой.

— Но ведь на такого же размера клеточки мы разбивали и изображение, состоящее всего из двух тонов! — воскликнет наблюдательный читатель.

Правильно. Никакого особого отличия в разложении на отдельные элементы (клеточки) этих двух типов изображений нет. Разница заключается в другом. В первом случае было только две градации яркости (помните, поле либо белое, либо закрашенное?). Это и позволило нам сразу же применить двоичный алфавит: 0 и 1. Во втором же случае мы имеем дело с непрерывной шкалой изменения яркостей элементов изображения (от белого цвета до черного).

Как же поступить в этом случае? Экспериментально установлено, что для качественного воспроизведения художественной фотографии достаточно иметь (опять-таки из-за конечной разрешающей способности глаза) всего 10–20 градаций яркости, отличающихся друг от друга. (Не напоминает ли вам такая фотография картину, сложенную из отдельных элементарных площадок подобно детской мозаике?) Значит, весь диапазон изменения яркости элемента изображения следует разбить на требуемое число градаций. После этого номер каждой градации нетрудно представить в двоичной системе счисления. Для записи, скажем, любой из 20 градаций достаточно 5 бит.

Итак, при двоичном кодировании фотографии яркость каждого элемента (клеточки) изображения может быть записана 5-разрядным числом из 0 и 1. Заметим, что для фотографии размером со спичечный коробок нужна электронная память, содержащая в 5 раз больше ячеек, чем для двухтонового рисунка (т. е. 1 млн бит).

Как практически осуществляют двоичное кодирование изображения? Ведь не разбивают же фотографию на такие, прямо скажем, микроскопические клеточки вручную? Впрочем, если мы преодолеем эту трудность, то сразу же столкнемся с другой: к какой разрешенной градации следует отнести яркость той или иной клеточки.

Чтобы автоматизировать процедуру двоичного кодирования изображения, необходимо научиться выделять из него отдельные элементы и измерять их яркость. Давайте посмотрим, как это делает такой "естественный" прибор, как человеческий глаз.

Вопрос о том, как устроен человеческий глаз, волновал людей еще в глубокой древности. Им интересовались такие крупные философы и мыслители, как Демокрит (V–IV вв. до н. э.), Аристотель (IV в. до н. э.), Герофил ((II в. до н. э.), Тит Лукреций Кар (I в. до н. э.) и др. Но первые достоверные физиологические данные были получены лишь в I в. н. э. талантливым представителем древней медицины Клавдием Галеном (примерно 120–201 гг. н. э.).

…Гладиаторы бились уже два часа. Но вот под восторженный рев трибун один из них тяжело ранил своего соперника, и очередной бой в школе гладиаторов в римском городе Пергам закончился. Над раненым гладиатором склонился человек с обрамленным курчавой бородкой лицом и добрыми, излучавшими какой-то особенный свет глазами. Это был врач гладиаторов Клавдий Гален.

Сын богатого архитектора, он получил хорошее образование в области философии, математики, естественных наук, но решил посвятить себя врачебному искусству. Лечение израненных, с вывихами и переломами гладиаторов многому научило Галена и пригодилось ему позже, когда римский император Марк Аврелий сделал его придворным медиком.

Искуснейший врач своего времени, Гален положил начало общей физиологии человека и физиологии зрения, в частности. Благодаря ему человечество впервые узнало, что глаз состоит из хрусталика, радужной оболочки с отверстием (зрачком), сетчатки и зрительного нерва, связывающего сетчатку с мозгом.