Интуитивно ясно, что количество информации об объектах внешнего мира, которое может быть передано в мозг через зрительную систему за определенное время, зависит от контрастной чувствительности и разрешающей способности зрения, а также от того, что может быть названо временной разрешающей способностью. Физиологическая оптика начала изучать эти свойства зрения задолго до того, как само понятие о количестве информации приобрело вполне определенный смысл, а закономерности передачи информации стали предметом точной науки.
До тех пор пока не нужно учитывать квантовой природы света и молекулярного строения вещества, яркость объектов можно считать непрерывной функцией координат и времени. Однако изображения объектов, которые передаются зрительной системой в мозг, уже не являются непрерывными. Они дискретны, несмотря на кажущуюся непрерывность изображении и слитность движений при зрительном восприятии.
Прежде всего ограничено число различимых градаций яркости. Далее, изображения состоят из конечного набора дискретных элементов, внутри которых изменения яркости не могут быть различены. Наконец, зрительное восприятие дискретно и во времени: глаз не различает изменений, происходящих за слишком малое время. Кино и телевидение обязаны своим существованием именно «временной» дискретности зрения.
Зрительная система как бы квантует первоначально непрерывные изображения, передает их дискретными посылками.
Дискретность, которую вносит зрительная система в изображения объектов внешнего мира, ограничивает наши сведения об этих объектах. Чтобы преодолеть эти ограничения, приходится прибегать, например, к фотометру, микроскопу и ускоренной съемке. Вместе с тем квантование изображений оказывается исключительно целесообразным. Благодаря существованию порогов различения яркости, разрешения деталей изображения и разрешения изменений изображения во времени уменьшается вредное воздействие случайных помех — квантовых флуктуаций светового потока, темновых шумов сетчатки, шумов в нервных каналах зрительной системы.
Квантование изображений в зрительной системе будет изучено в этой главе именно в связи с задачей выделения полезных световых сигналов из помех. Представления о дискретной структуре зрительной системы и квантовании изображений лежат в основе дальнейшего исследования процессов передачи информации по зрительному каналу связи.