ดวงตากับการมองเห็นและการพรางไฟเวลากลางคืน

แสงที่มองเห็นได้กับ Electromagnetic Spectrum

แสงที่มองเห็นได้เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Wave) ประเภทหนึ่งในช่วงความถี่ 430-790 THz หรือช่วงความยาวคลื่น 700-390 nm โดยช่วงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่ต่ำกว่าย่านแสงที่มองเห็นได้คือรังสีอินฟราเรด (Infrared – IR), ไมโครเวฟ (Microwave – MW) และคลื่นวิทยุ (Radio Frequency – RF) ส่วนช่วงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูงกว่าย่านแสงที่มองเห็นได้คือรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet – UV), รังสี X และรังสีแกมม่า โดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นคลื่นที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อนที่ (ตัวอย่างเช่น แสงจากดวงอาทิตย์สามารถเดินทางผ่านอวกาศมายังโลกได้) ภาพ Electromagnetic Spectrum แสดงให้เห็นถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในย่านต่างๆ และความสัมพันธ์ระหว่างความถี่และความยาวคลื่น (ในที่นี้ช่วงคลื่นเสียงหรือ Audio Frequency ไม่ใช่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากเสียงต้องใช้ตัวกลางในการเคลื่อนที่ แต่นำมาแสดงในภาพเพื่อการเปรียบเทียบช่วงความถี่)

การมองเห็นของดวงตา

ดวงตาของคนเรามีความสามารถในการปรับโฟกัสและการปรับความสว่างโดยอัตโนมัติ การมองเห็นของดวงตาเริ่มต้นจากแสงเดินทางผ่านกระจกตา (Cornea) รูม่านตา (Pupil) และเลนส์ตา (Lens) ไปยังจอประสาทตา (Retina) โดยเลนส์ตาทำหน้าที่ในการปรับโฟกัส และรูม่านตาทำหน้าที่ในการปรับความสว่าง โดยมีศูนย์กลางของจุดรับแสงบนจอประสาทตาเรียกว่า Fovea

จอประสาทตา (Retina) ประกอบด้วยเซลล์รับแสงอยู่ 2 ประเภท คือเซลล์รูปกรวย (Cone Cells) กับเซลล์รูปแท่ง (Rod Cells) ซึ่งทำหน้าที่ในการมองเห็นต่างกันไป โดย Retina มี Cone Cells ประมาณ 4.5 ล้านเซลล์ และมี Rod Cells ประมาณ 90 ล้านเซลล์ นอกจากนี้แล้วจำนวนของเซลล์รับแสงแต่ละประเภทก็แตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ของ Retina อีกด้วย โดยในบริเวณใกล้เคียงกับ Fovea จะมี Cone Cells รวมอยู่มากกว่า ในขณะที่ Rod Cells จะกระจายอยู่ด้านนอก ส่วนจุดที่เส้นประสาทตาออกจาก Retina ไปยังสมองจะเป็นจุดที่ไม่มีเซลล์รับแสงหรือเป็น Blind Spot

Cone Cells เป็นเซลล์รับแสงที่ทำหน้าที่ในการมองเห็นสีและแสงในที่สว่าง (การมองเห็นแบบ Photopic Vision) Cone Cells แบ่งย่อยได้เป็นอีก 3 ประเภท คือ S Type ทำหน้าที่ในการรับแสงช่วงความยาวคลื่นสั้น (แสงสีน้ำเงิน), M Type ทำหน้าที่ในการรับแสงช่วงความยาวคลื่นปานกลาง (แสงสีเขียว) และ L Type ทำหน้าที่ในการรับแสงช่วงความยาวคลื่นยาว (แสงสีแดง) ซึ่งเป็นที่มาของแม่สีของแสงที่มองเห็นได้ คือ แดง เขียว และน้ำเงิน หรือ RGB (ถ้าใครยังนึงไม่ออกลองนึกภาพโลโก้ทีวีช่อง 7 ที่เป็นวงกลมแสง 3 สีมารวมกันเป็นสีขาวตรงกลางหลังเลข 7) การที่ Cone Cells กระจุกรวมตัวกันอยู่บริเวณ Fovea ทำให้เรามองเห็นจุดศูนย์กลางของภาพเป็นจุดที่มีความชัดเจนมากที่สุด และเป็นจุดที่สามารถแยกแยะสีได้ดีที่สุด

ในส่วนของ Rod Cells เป็นเซลล์รับแสงที่มีความไวต่อแสงมากและทำหน้าที่ในการมองเห็นในที่มืด (Scotopic Vision) โดย Rod Cells มีความไวต่อแสงที่ความยาวคลื่น 498 nm (แสงสีน้ำเงิน-เขียว) มากที่สุด และไม่ไวต่อแสงสีแดง อย่างไรก็ดี Rod Cells มีความไวต่อความเข้มของแสงเพียงอย่างเดียวและไม่สามารถแยกแยะสีได้ ทำให้เรามองไม่เห็นสีในที่ที่มีแสงน้อยกว่าที่จะกระตุ้นการทำงานของ Cone Cells

การมองเห็นในที่มืดกับการพรางไฟเวลากลางคืน

เซลล์รับแสงต้องใช้ระยะเวลาหนึ่งในการปรับตัวจากที่สว่างไปยังที่มืด โดย Cone Cells ใช้เวลาในการปรับตัวประมาณ 5-7 นาที อย่างไรก็ดี Cone Cells มีความไวต่อแสงน้อยกว่าและไม่สามารถมองเห็นได้ดีในที่มืด ส่วน Rod Cells ซึ่งมีความไวต่อแสงมากกว่าจะถูก Desensitized ในที่สว่างและต้องใช้เวลาปรับตัว 20-30 นาทีเมื่อเข้าสู่ที่มืด นอกจากนี้แล้วการใช้เซลล์รับแสงหลักที่ต่างกันในการมองเห็นในที่มืดและที่สว่างทำให้ดวงตามีความไวต่อแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ แตกต่างกันไป โดยการมองเห็นในที่สว่าง (Photopic Vision) ซึ่งเป็นการทำงานหลักของ Cone Cells จะมีความไวต่อแสงที่ความยาวคลื่น 550 nm (แสงสีเขียวสด) มากที่สุด ส่วนการมองเห็นในที่มืด (Scotopic Vision) จะเป็นการทำงานหลักของ Rod Cells ซึ่งมีความไวต่อแสงที่ความยาวคลื่น 498 nm (สีน้ำเงินแกมเขียว) มากที่สุด และไม่มีความไวต่อแสงสีแดง

photopic

ทำไมต้องพรางไฟสีแดงเวลากลางคืน

หากใครได้ดูหนังเกี่ยวกับเรือรบจะสังเกตว่าในเวลากลางคืนเรือรบจะเปลี่ยนไฟส่องสว่างภายในตัวเรือจากสีขาวเป็นสีแดง เนื่องจากเมื่อพิจารณาการทำงานของเซลล์รับแสงกับการมองเห็นในที่มืดข้างต้น จะพบว่าการใช้แสงสีแดงจะไม่เป็นการกระตุ้น Rod Cells ซึ่งทำให้สามารถปรับการมองเห็นได้เร็วกว่าเมื่อมองออกไปยังที่มืดนอกตัวเรือ ซึ่งหากใช้แสงสีอื่น ถึงแม้ว่าจะมีความเข้มที่น้อยกว่า ก็จะสามารถกระตุ้น Rod Cells ซึ่งมีความไวต่อแสงแม้เพียงเล็กน้อย ทำให้ต้องใช้เวลาปรับการมองเห็นในที่มืดภายนอกนานกว่า นอกจากนี้แล้วในกรณีที่อาจมีแสงสีแดงเล็ดลอดออกไปนอกตัวเรือจะมีโอกาสถูกมองเห็นได้น้อยกว่าแสงสีอื่น เนื่องจากเป็นช่วงความยาวคลื่นที่ไม่กระตุ้น Rod Cells ที่มีความไวต่อแสงมาก ประกอบกับแสงสีแดงยังถูกดูดกลืนโดยไอน้ำในอากาศได้มากกว่าแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า

ทำไมกล้องส่องกลางคืน (NVG) จึงเป็นสีเขียว?

สารแสดงผลของกล้องส่องกลางคืน (Night Vision Goggle – NVG) ไม่เกี่ยวกับความสามารถของดวงตาในการมองเห็นในที่มืด โดยกล้อง NVG ส่วนมากสามารถมองเห็นช่วงความยาวคลื่นในย่าน Near Infrared ที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แล้วใช้การแสดงผลเป็นสีเขียวเนื่องจาก Cone Cells สามารถรับแสงสีเขียวได้ดี และสามารถแยกแยะความชัดเจนของภาพได้ดีกว่า Rod Cells โดยการแสดงผลของกล้อง NVG มีความสว่างมากพอที่จะกระตุ้น Cone Cells และหยุดการทำงานหรือ Desensitize เซลล์รับแสงแบบ Rod Cells แต่เนื่องจากกล้อง NVG ใช้ในการแสดงภาพในเวลากลางคืนอยู่แล้ว จึงไม่ต้องคำนึงถึงการปรับการมองเห็นในที่มืดของดวงตา

ทำไมเรือรบสมัยใหม่จึงพรางไฟด้วยแสงสีน้ำเงิน-เขียว?

ถ้าหากการทำงานของดวงตา สามารถอธิบายได้ว่าแสงสีแดงเป็นแสงที่เหมาะสมกับการปรับการมองเห็นในที่มืดได้ดีที่สุด แล้วทำไมเรือรบสมัยใหม่จึงพรางไฟสีน้ำเงินทั้งภายนอกและภายในตัวเรือ?

เหตุผลของการพรางไฟสีน้ำเงินของเรือรบสมัยใหม่แบ่งออกได้เป็น 2 กรณี คือกรณีการพรางไฟสีน้ำเงินภายนอกตัวเรือบริเวณดาดฟ้าเฮลิคอปเตอร์ (ตามภาพ) เพื่อไม่ให้เป็นการรบกวนการทำงานของกล้อง NVG เนื่องจากเครื่องบินทางทหารสมัยใหม่มักบินในเวลากลางคืนด้วยกล้อง NVG ซึ่งไวต่อแสงย่านความยาวคลื่นยาว (Near Infrared) และไม่ไวต่อแสงย่านความยาวคลื่นสั้น ดังนั้นจึงใช้ไฟส่องสว่างดาดฟ้าบิน (รวมถึงไฟส่องสว่างในห้องนักบิน) สีน้ำเงินหรือสีเขียว ซึ่งเป็นแสงในย่านความยาวคลื่นที่สั้นกว่าย่านการทำงานของกล้อง NVG โดยเนื่องจากนักบินใช้กล้อง NVG อยู่แล้ว จึงไม่ต้องปรับการมองเห็นในที่มืดอีก

ในส่วนของการพรางไฟสีน้ำเงินภายในตัวเรือ เนื่องจากการปฏิบัติงานในเรือรบสมัยใหม่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในห้องศูนย์ยุทธการไม่มีความจำเป็นต้องออกไปภายนอกตัวเรือ จึงสามารถใช้แสงสีน้ำเงินหรือน้ำเงินแกมเขียวภายในห้องศูนย์ยุทธการ เนื่องจากแสงสีน้ำเงินแกมเขียวเป็นย่านความถี่ที่กระตุ้นเซลล์รับแสงในที่มืดได้ดี และช่วยให้มองเห็นรายละเอียดได้ชัดเจนขึ้นแม้ว่าจะใช้แสงความเข้มต่ำ ในขณะที่การพรางไฟด้วยแสงสีแดงต้องใช้ความเข้มแสงมากกว่า (เนื่องจากเป็นการกระตุ้น Cone Cells เป็นหลัก) และให้การมองเห็นที่ชัดเจนน้อยกว่า ยกเว้นบนสะพานเดินเรือและบริเวณทางเข้า-ออกตัวเรือซึ่งยังคงพรางไฟสีแดงอยู่เพื่อให้ผู้ที่จำเป็นต้องออกไปนอกตัวเรือ หรือใช้การตรวจการณ์ด้วยสายตาออกไปนอกตัวเรือสามารถปรับการมองเห็นในที่มืดได้ และลดโอกาสของการถูกตรวจพบด้วยสายตา

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s