Принцип необходимого разнообразия

 

Проецируя на поверхность изображение определённой сцены, объектив создаёт на ней сложное поле яркостей освещения. Налицо организованная сложность, налицо информация. Весь вопрос – в особенностях поверхности, на которую проецируется изображение. Если изображение спроецировать на один большой фотоэлемент, то такой светочувствительный приёмник не сможет воспринимать изображение сцены как информацию. Он отразит лишь её среднюю яркость – чисто энергетическую характеристику. Но если поверхность содержит миллионы автономных фотоэлементов, каждый их которых вырабатывает и хранит свой собственный электрический заряд, то разнообразиемэтих зарядов такая поверхность отражает информационные характеристики проецруемого изображения. Именно такова светочувствительная поверхность передающей телевизионной трубки, с которой коммутирующий электронный луч строка за строкой считывает информацию, перекодируя её из двумерной формы картинки в одномерную форму телевизионного сигнала. Аналогично обстоит дело с фотоматериалами, в эмульсионных слоях которых располагаются миллионы светочувствительных зёрен броми- стого серебра. Разница лишь в том, что в фотоэмульсиях информация фиксируется одноактно и необратимо.

В 80-х гг. ХХ в. на смену традиционным высоковольтным фотокатодам приёмных телевизионных трубок пришли низковольтные полупроводниковые приёмные матрицы так называемых приборов с зарядовой связью. Такого же типа приёмная светочувствительная матрица цифровой фотокамеры. В приборах с зарядовой связью элементами светочувствительной структуры являются квадратные ячейки – пиксели. При определённом увеличении цифровых фотоснимков на видеомониторе компьютера пиксели становятся отчётливо видимыми, наглядно демонстрируя эту суть кибернетического принципа необходимого разнообразия. В такой матрице миллион и более элементарных пикселей, каждый из которых может вырабатывать и хранить электрический заряд от нулевого (соответствующего чёрным участкам отображаемого сложного светового поля) до максимального (соответствующего его наиболее ярким участкам). Количество возможных сосотяний такой матрицы со всеми возможными комбинациями электрической заряженности её элементарных ячеек измеряется астрономическими числами. Соответственно, то же относится и к лю

 

Илл. 26. Современная цифровая фотография позволяет воочию увидеть на видеомониторе компьютера суть кибернетического принципа необходимого разнообразия. Фотография 26.1 фиксирует чрезвычайно сложное световое поле, проецируемое объективом. На фотографии 26.2 изображена уже еле узнаваемая часть морды матери-гепардицы (слева от правого глаза) при таком увеличении снимка, при котором чётко выявляются отдельные пиксели. В приёмной фотоэлектрической матрице фотоаппарата они соответствуют элементарным ячейкам, которые под действием света вырабатывают и хранят определённый электрический заряд. Очевидно, что один пиксель соответствует определённому фиксированному заряду, соответствующему крайне малой части светового поля, создаваемого объективом. Но в приёмной фотоэлектрической матрице таких элементарных автономных ячеек миллионы. Каждая из них может вырабатывать и хранить электрические заряды от нулевого (соответствующего полной темноте) до максимального (соответствующего яркому свету). Прибавим к этому широчайшее разнообразие цветов, которые передаются отдельными пикселями. Если умножить это многообразие их возможных состояний на их количество (до нескольких миллионов), то получится поистине астрономическое количество всех возможных состояний системы пикселей как целого. Эта колоссальная сложность и делает приёмную фотоэлектрическую матрицу фотоаппарата информационной системой, т. е. такой, которая сложностью своих состояний способна адекватно отражать сложность отображаемого внешнего окружения.

Эта кибернетическая суть дела, которую так наглядно демонстрирует цифровая фотография, та же самая и в случае кинескопа телевизора или электронно-лучевого видеомонитора компьютера. В этих воспроизводящих изображение структурах также сотни тысяч элементарных ячеек (триад) из люминофоров красного, синего и зелёного цветов, которые под действием электронного луча от соответствующей электронной пушки могут светиться в широком диапазоне яркостей. Эта суть дела та же и в случае обычной фотоплёнки, где отдельные зёрна бромистого серебра выступают в роли элементарных преобразователей света в чёрное металлическое серебро, образуемое после обработки экспонированной фотоплёнки проявителем и фиксажом. Разница лишь в том, что в данном случае информация фиксируется на отдельном кадре необратимо – раз и навсегда.

Таким образом, в кибернетике понимание состояния изучаемых объектов резко отличается от понимания состояния в теоретической механике. Кибернетическое понимание делает упор на внутреннюю сложность объектов, без которой они не способны вступать друг с другом в несиловые, информационные связи и в информационно-управленческие отношения.

На этот же примере можно наглядно понять и другой ключевой принцип теоретической кибернетики – то, что информация суть ограничение разнообразия потенциально возможных состояний кибернетической системы. Потенциально возможное многообразие состояний фотоэлектрической матрицы неисчерпаемо и ему наглядно соответствуют всевозможные комбинации случайных значений электрического заряда в каждой из элементарных ячеек. (На экране телевизора это воспроизводится хаотическим мерцанием чёрных и белых точек, когда телевизор не настроен на телеканал, а в динамике ему соответствует подобное звуковое сопровождение – так называемый белый шум.) Но информация (в данном случае – картина) существенно ограничивает это разнообразие, придаёт ему наглядно воспринимаемую геометрически упорядоченную форму.