Разрешение человеческого глаза: Каково разрешение человеческого глаза (или сколько мегапикселей мы видим в каждый отдельный момент времени) / Хабр

Каково разрешение человеческого глаза (или сколько мегапикселей мы видим в каждый отдельный момент времени) / Хабр

Очень часто фотографы, а иногда и люди из других специальностей, проявляют интерес к собственному зрению.

Вопрос, казалось бы, простой на первый взгляд… можно погуглить, и всё станет ясно. Но практически все статейки в сети дают либо «космические» числа — вроде 400-600 мегапикселей (Мп), либо это и вовсе какие-то убогие рассуждения.

Поэтому постараюсь кратко, но последовательно, чтобы никто ничего не упустил, раскрыть эту тему.

Начнём с общей структуры зрительной системы

1. Сетчатка
2. Зрительный нерв.
3. Таламус(ЛКТ).
4. Зрительная кора.

Сетчатка состоит из трёх типов рецепторов: палочки, колбочки, фоторецепторы(ipRGC).
Нас интересуют только колбочки и палочки, так как они создают картинку.

• Колбочки воспринимают синий, зелёный, красный цвета.
• Палочки формируют яркостную составляющую с наибольшей чувствительностью в бирюзовом цвете.

Колбочек в среднем 7 млн, а палочек — около 120 млн.

Практически все колбочки расположены в центральной ямке FOVEA (жёлтое пятно в центре сетчатки). Именно fovea отвечает за самую чёткую область зрительного поля.

Для лучшего понимания проясню — fovea покрывает ноготь на мизинце на вытянутой руке, разрешающий угол примерно 1,5 градуса. Чем дальше от центра fovea, тем более размытую картинку мы видим.

Плотность распределения палочек и колбочек в сетчатке.

Палочки отвечают за восприятие яркости/контраста. Наибольшая плотность палочек — примерно по-середине между центральной ямкой и краем сетчатки.

Интересный факт — многие из вас замечали мерцание старых мониторов и телевизоров при взгляде на них «боковым зрением», а когда смотрите прямо, то всё отлично, было, да?)

Это происходит по причине наибольшей плотности палочек в боковой части сетчатки. Чёткость зрения там паршивая, зато чувствительность к изменению яркости — самая высокая.

Как раз эта особенность и помогала нашим предкам быстро реагировать на самые мелкие движения на периферии зрения, чтобы тигры не пооткусывали им задницы)

Итак, что мы имеем — сетчатка содержит суммарно около 130 Мп. Ура, вот и ответ!

Нет… это только начало и цифра далека от верного значения.

Вернёмся снова к центральной ямке fovea.

Колбочки в самой центральной части ямки «umbo» имеют каждая свой аксон (нервное волокно).

Т.е. эти рецепторы, можно сказать, самые приоритетные — сигнал от них почти напрямую поступает в зрительную кору мозга.

Колбочки, расположенные дальше от центра, уже собираются в группы по несколько штук — они называются «рецептивные поля».

Например, 5 колбочек соединяются с одним аксоном, и дальше сигнал идёт по зрительному нерву в кору.

На этой схеме как раз показан случай такой группировки нескольких колбочек в рецептивное поле.

Палочки, в свою очередь, собираются в группы по несколько тысяч — для них важна не резкость картинки, а яркость.

Итак, промежуточный вывод:

• каждая колбочка в самом центре сетчатки имеет свой аксон,
• колбочки на границах центральной ямки собираются в рецептивные поля по несколько штук,
• несколько тысяч палочек соединяются с одним аксоном.

Здесь начинается самое интересное — ~130 миллионов рецепторов превращаются за счёт группировки в 1 миллион нервных волокон (аксонов).

Да, всего один миллион!

Но как же так?!

В фотиках матрицы по 100500 мегапикселей, а наши глаза всё равно субъективно круче!

Сейчас и до этого доберёмся)

Значит, 130 Мп превратились в 1 Мп, и мы каждый день смотрим на мир вокруг… хорошая графика, не так ли?)

Есть пара инструментов, помогающих нам видеть мир вокруг почти постоянно почти чётким:

1. Наши глаза совершают микро- и макросаккады — что-то типа постоянных перемещений взгляда.

Макросаккады — произвольные движения глаз, когда человек рассматривает что-то. В это время происходит «буферизация» или слияние соседних изображений, поэтому мир вокруг нам кажется чётким.

Микросаккады — непроизвольные, очень быстрые и мелкие (несколько угловых минут) движения.

Они необходимы для того, чтобы рецепторы сетчатки банально успевали насинтезировать новых зрительных пигментов — иначе поле зрения просто будет серым.

2.Ретинальная проекция

Начну с примера — когда мы читаем что-то с монитора и постепенно крутим колёсико мышки для перемещения текста, то текст не смазывается… хотя должен) Это очень занятная фишка — здесь в работу подключается зрительная кора.

Она постоянно держит в буфере картинку и при резком смещении объекта/текста перед зрителем быстро смещает эту картинку и накладывает на реальное изображение.

А как же она знает, куда смещать?

Очень просто — Ваше движение пальцем по колёсику уже изучено моторной корой до миллиметров… Зрительная и моторная области работают синхронно, поэтому Вы не видите смаза.

А вот когда кто-то другой крутанёт колёсико….:)

Зрительный нерв

С каждого глаза выходит зрительный нерв плотностью ~1 Мп (от 770 тысяч до 1,6 млн пикселей — кому как повезло), дальше нервы с левого и правого глаз пересекаются в оптической хиазме — это видно на первой картинке — происходит смешение аксонов примерно по 53% с каждого глаза.

Потом два этих пучка попадают в левую и правую части таламуса — это такой «распределитель» сигналов в самом центре мозга.

В таламусе происходит, можно сказать, первичная «ретушь» картинки — повышается контраст.

Далее сигнал из таламуса поступает в зрительную кору.

И здесь происходит невероятное количество процессов, вот основные:

• слияние картинок с двух глаз в одну — происходит что-то типа наложения (1 Мп так и остаётся),
• определение элементарных форм — палочек, кружочков, треугольников,
• определение сложных шаблонов — лица, дома, машины и т. д.,
• обработка движения,
• покраска картинки. Да, именно покраска, до этого в кору просто поступали аналоговые импульсы разной частоты,
• ретушь слепых зон сетчатки — без этого мы бы видели постоянно перед собой два тёмно-серых пятна размером с яблоко,
• ещё уйма «фотошопа»,
• и наконец, вывод финального изображения — то, что вы и называете зрением — феномен зрения.

Так почему же, спросите вы, мы не видим отдельных пикселей? Картинка должна быть совсем убогая, как на старой приставке!

В этом и заключается суть феноменологии зрения — у вас ОДНА зрительная система. Вы не можете посмотреть на свою же картинку со стороны.

Если бы человек обладал двумя зрительными системами и по желанию мог переключиться с системы 1 на систему 2 и оценить как работает первая система — тогда да, ситуация была бы печальная 🙂

Но имея одну зрительную систему ВЫ сами и являетесь этой картинкой, которую видите!

Зрительная кора сама осознаёт процесс зрения. Перечитайте это несколько раз.

При травме первичной зрительной коры человек не понимает, что он слеп — это называется анозогнозия, т.е. картинку он совершенно не видит, но при этом может нормально ходить по коридору с препятствиями(первая ссылка в списке).

Здесь я сделаю небольшое отступление и дам краткое пояснение, почему же свет, проходя через роговицу, хрусталик, стекловидное тело и все слои нейронов сетчатки не искажается так сильно, как мы предполагаем. Если сравнивать чистоту и степень аберраций, то нашему глазу далеко до хорошей оптики в современной фото-видео технике.

Всё дело в рецептивных полях — РП (имеются ввиду поля в сетчатке, ЛКТ и отделе коры V1). Одна из задач РП — увеличение микро-контраста изображения. Сетчатка получает слегка размытую картинку, а после этого в процессе нескольких этапов повышения контраста мы видим вполне детализированное изображение. Сама суть увеличения контраста состоит в сужении градиентов, как на примере ниже:

Завершая эту, надеюсь, краткую и понятную статью, хочу напомнить — мы все имеем картинку в ~1 Мп… живите с этим 🙂

Литература:

Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»

Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»

Баарс Б. , Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»

Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»

Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

Ссылки:

https://www.cell.com/fulltext/S0960-9822(08)01433-4
https://iovs.arvojournals.org/article.aspx?articleid=2161180
https://en.wikipedia.org/wiki/Fovea_centralis
https://en.wikipedia.org/wiki/Photoreceptor_cell

UPD: поступило заметное количество комментариев/вопросов про цветоощущение. Если эта тема интересна — напишите тег #цветоощущение — займусь созданием статьи.
UPD:UPD: Статья про цвет

Каково разрешение человеческого глаза? Ответы на удивительные вопросы!

Правда ли, что наш организм вырабатывает «эндогенный спирт»? На какую высоту поднимаются надутые гелием шарики? Если алмазы состоят из углерода, то они горят? — всё, что вы хотели узнать, но всегда боялись спросить.

Татьяна Фам

Каково разрешение человеческого глаза в мегапикселях? Достоверных и точных оценок дать нельзя из-за принципиально разного устройства сенсорного аппарата нашего зрения и цифровых камер. Однако эксперт в области фотографии, научный сотрудник американского Планетологического института Роджер Кларк провел приблизительные расчеты разрешающей способности глаза, получив внушительную цифру в 576 мегапикселей. Он же указал и светочувствительность сетчатки — около 800 ISO.

Как космические аппараты пролетают сквозь пояс астероидов и не сталкиваются с ними?

Выражение «пояс астероидов» достаточно условно: орбиты составляющих его тел расположены на очень широком пространстве с радиусом от 2,1 до 3,3 астрономических единиц. И хотя общее число астероидов диаметром более метра в нем оценивается в 800 триллионов, они оказываются распределены по объему в десятки триллионов триллионов кубических километров. Даже друг с другом крупные объекты пояса соударяются редко — тела в 10 км и более сталкиваются раз в 10 млн лет. Так что на деле баллистикам, наоборот, приходится прилагать большие усилия для того, чтобы траектории их миссий прошли поблизости от нужного астероида. Встретиться же с ними случайно почти невозможно.

Почему при включении WiFi точность позиционирования GPS увеличивается? Современные программы навигации используют огромные базы данных с информацией по открытым WiFi-сетям. Входить в беспроводную сеть необязательно: мощность сигнала позволяет оценивать расстояние до известных точек доступа и уточнять текущие показания GPS.

Правда ли, что светодиодные лампы не привлекают насекомых? Привлекают, хотя и заметно меньше. Британские исследователи Гарет Джонс, Стивен Харрис и их коллеги проверили это, поставив эксперименты с использованием ламп накаливания, флуоресцентных светильников и светодиодов. После ночи экспонирования в ловушках, установленных у светодиодных ламп, скопилось примерно вчетверо меньше насекомых, чем у ламп с нитью накаливания, и вдвое меньше, чем у флуоресцентных. Причем для кусачих Culicoides, представителей гнуса, эта разница была еще более явной: 80% из их числа летели к лампе накаливания, и только 5% — к светодиодам.

Чем кошек так привлекает свет лазера?

Движения светового пятна от луча лазера «запускают» у кошек охотничье поведение, напоминая мельтешащие движения потенциальной жертвы, мелкого грызуна. Чем меньше у кошек возможностей удовлетворить эту тягу обычными способами, тем легче их возбуждают такие «посторонние» стимулы. Надо сказать, что сами кошки практически не различают оттенков красного: по словам Джона Брэдшоу, профессора ветеринарии из Бристольского университета, пятно для них выглядит скорее бело-желтым, ближе к естественной окраске грызунов. А вот крупные животные из семейства кошачьих на лазерное пятно практически не реагируют — видимо, на их жертв оно похоже недостаточно.

Всегда ли сутки длились 24 часа? Сегодня сутки продолжаются почти ровно 24 часа, потому что именно за это время Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. В прошлом скорость вращения нашей планеты была выше, и сутки на ней длились меньше. Еще 1,3 млрд лет назад они продолжались каких-то 15 часов, так что за год успевало пройти почти 600 дней. К юрскому периоду (около 200 млн лет назад) сутки достигли 22,7 часа, что эквивалентно 386 дням в году, и только пару миллионов лет назад стали привычными для нас 24-часовыми.

В чем разница между белыми и коричневыми куриными яйцами?

Только в цвете: ни вкусом, ни составом, ни толщиной скорлупы белые и коричневые яйца не различаются. Как правило, куры с белыми перьями несут белые яйца, а бурые — коричневые, хотя это не всегда так. Более надежным индикатором может служить окраска пуха возле ушного отверстия птицы, хотя и это не всегда справедливо. Можно заметить, что окрашенные породы кур обычно крупнее белых, едят больше и несут более крупные яйца, что частично объясняет их более высокую стоимость. Что до особой их пользы или вкуса, то это просто миф, который с успехом используют, продавая коричневые яйца заметно дороже белых. Покупатели же уверены, что доплатили, получив более «здоровый» продукт, и все остаются довольны.

Что означают цветные прямоугольники на тюбиках зубной пасты? Рассказы о том, будто цвет прямоугольника указывает на качество или состав крема или пасты внутри тюбика, — это известная городская легенда. Такие контрастные цветовые метки наносятся при производстве и помогают датчикам автоматизированной упаковочной линии точнее позиционировать тюбики для разрезания, сворачивания или склеивания.

Как действуют смягчители для белья? Такие средства действительно делают ткань мягче — в их состав входят вещества, которые облегчают ее скольжение и повышают подвижность электростатических зарядов. Как правило, молекулы смягчителя содержат длинные «хвосты», сходящиеся на несущей заряд «головке». Положительно заряженными концами они крепко удерживаются на месте (как и волосы, ткани во влажном состоянии заряжены слегка отрицательно), «выставляя наружу» свои цепочки, в которых может накапливаться немного влаги. Вода проводит электричество и даже в незаметных на ощупь количествах позволяет зарядам быстро покидать ткань, не накапливаясь в таком количестве, чтобы «кусаться».

Глаз человека против матрицы смартфона: мегапиксели, разрешение и не только!

Последнее обновление:11 месяцев назад

Оценка этой статьи по мнению читателей:

4.9

(223)

Сегодня у нас будет необычное, но интересное сравнение двух «устройств» для захвата изображения — матрицы смартфона и человеческого глаза.

Если вы думаете, что современная матрица какого-нибудь Redmi Note 10 Pro на 108 Мп (см. наш обзор) во всём уступает глазу, тогда вы сильно ошибаетесь. Эта статья не только позволит вам лучше понять современные мобильные технологии и то, как они будут развиваться дальше, но и по-другому взглянуть на себя.

Конечно, может показаться, что до сих пор ни одна даже профессиональная камера и близко не подошла к возможностям человеческого глаза. А камеры смартфонов — и подавно!

Посудите сами, сколько же должно быть мегапикселей в камере, чтобы она выдала огромную фотографию, заполняющую всё поле зрение и при этом настолько высокого качества, чтобы мы не увидели ни единого отдельного пикселя?

Ведь глаза выдают нам резкую картинку без пикселей. А значит, разрешение «матрицы» нашего глаза (сетчатки), стало быть, запредельно высокое.

Давайте с разрешения и начнем!

Сколько мегапикселей в глазу?

Задав этот вопрос поисковику Google на английском языке, вы получите в ответ конкретную цифру — 576 мегапикселей. Спросив то же, но уже на русском, ответ будет звучать иначе — около 120 Мп. А если бы на этот вопрос отвечал Стив Джобс, он, вероятно, назвал бы цифру ~350 Мп.

Несмотря на то, что все ответы отличаются, они, как минимум, «доказывают», что ни одна современная матрица пока не способна приблизиться к возможностям нашего глаза!

Но почему, собственно, ответы разные? Всё дело в том, что эти расчеты не имеют отношения к реальному устройству глаза.

Глаз на 576 Мп

Представьте, что перед вами огромный экран, который закрывает собой всё ваше поле зрения, то есть, вы не видите ничего, кроме этого экрана. Так вот, для того, чтобы вы не смогли разглядеть отдельные точки на таком дисплее, он должен содержать минимум 576 миллионов пикселей.

Много это или мало? Судите сами: современные 4k телевизоры содержат чуть больше 8 млн пикселей, а ультра-современные 8K-телевизоры могут содержать до 30 млн пикселей и больше! Согласитесь, цифра 576 млн звучит в этом контексте очень убедительной.

То же касается и 350 Мп. Просто при расчете учитывается не самое лучшее зрение, а что-то ближе к средне-статистическому (чем острее зрение, тем больше нужно пикселей в экране и наоборот).

Но какое отношение эти цифры имеют к глазу? Если бы глаз действительно «делал снимки» с разрешением 576 Мп, а затем показывал их нашему сознанию, тогда бы можно было говорить о таком высоком разрешении. Однако в реальности ничего подобного не происходит.

Глаз не делает таких «фотографий», поэтому и цифры вроде 576 или 350 Мп можно отбрасывать сразу. Они вообще не отвечают на поставленный вопрос и не имеют никакого отношения к зрению.

120-мегапиксельный глаз

Это уже более интересная и правдоподобная цифра, которая, впрочем, также не имеет отношения к правильному ответу.

Как и матрица смартфона, «матрица» глаза (сетчатка) состоит из отдельных крохотных светочувствительных элементов. В камере мы называем их пикселями, а на сетчатке — палочками и колбочками (есть еще третий вид «пикселей», но в формировании картинки они не принимают участия).

Количество палочек на сетчатке — от 110 до 120 млн, а колбочек — 6-7 млн. Получается, общее количество светочувствительных элементов — 116-127 млн, что и дает нам те самые усредненные 120 Мп.

Пока что остановимся на этой цифре. Тем более, что она очень близка к современным 108-Мп матрицам смартфонов.

А теперь давайте сравним эти «матрицы».

108-Мп камера смартфона против 120-Мп глаза. Чья матрица лучше?

Любая мобильная матрица со сверхвысоким разрешением (от 48 Мп и выше) устроена примерно одинаково. Это прямоугольная пластинка, на которой размещаются те самые «пиксели» небольшими группами.

Дело в том, что пиксели не способны воспринимать цвет, поэтому над каждым из них нужно дополнительно разместить фильтр — стекляшку, окрашенную в один из 3 основных цветов. И когда весь свет от объектива проходит через такой фильтр, на пиксель попадает только его часть определенного цвета:

То есть, мы как бы раскладываем весь поступающий свет на составляющие части: красную, зеленую и синюю. У нас получается мозаика из 3 цветов. А затем, когда нужно восстановить оригинальный цвет на фотографии, мы снова собираем эти составляющие части в один цвет. Или, говоря профессиональным языком, делаем демозаику.

Но в матрицах с высоким разрешением «стекляшка» (фильтр) устанавливается не над каждым пикселем, а сразу над группой пикселей. Например, в первой 108-Мп матрице Samsung HMX цветные фильтры накрывали сразу 4 пикселя (технология Tetracell), а уже во второй версии Samsung HM1 — 9 пикселей (технология Nona-binning):

И в таком объединении пикселей некоторые пользователи видят подвох. Ведь фактически, если считать по цветам, то у нас нет 108 мегапикселей. Матрица Tetracell выдает 27 Мп (108/4), а Nona-binning вообще видит только 12 цветных мегапикселей (108/9).

Конечно, в реальности всё сложнее, так как есть много алгоритмов и вариантов получить гораздо больше цветов, по-разному складывая пиксели. Но этот подвох — сущий пустяк в сравнении с тем, как устроена «матрица» глаза!

Реальный размер «матрицы»

Сетчатка глаза (аналог матрицы) не прямоугольная, как в камере смартфона, а сделана в виде «полусферы», растянутой на задней внутренней стенке глазного яблока:

Схема глаза в разрезе, вид сбоку

На иллюстрации выше сетчатка показана серым цветом. С учетом того, что она покрывает около 72% всей площади глазного яблока, мы получаем просто гигантскую матрицу в сравнении с матрицей смартфона. Даже если речь идет о самой крупной 108-Мп матрице, ее площадь минимум в 10-14 раз меньше сетчатки.

Но если со смартфоном весь подвох заключался в объединении пикселей, то с глазом всё куда серьезнее.

Начнем с того, что за цвет отвечают только «пиксели» под названием колбочки, которых в глазу не более 7 млн. То есть, даже чисто теоретически наш глаз способен выдать цветную картинку в разрешении всего 7 Мп. А это уже даже не уровень 4K!

Вы можете себе представить огромную фотографию, занимающую всё поле зрения, которая состоит всего лишь из 7 Мп? Конечно же, с таким низким разрешением размер матрицы уже не играет никакой роли. Снимки будут в любом случае отвратительного качества.

Но почему же тогда картинка, которую мы видим, настолько чёткая?

Всё дело в том, что большая часть колбочек (цветных светочувствительных «пикселей») собрана в крохотной ямке по центру сетчатки. Здесь же полностью отсутствуют палочки («пиксели», воспринимающие только яркость). Фактически, «матрица» нашего глаза, фиксирующая максимально четкое цветное изображение, выглядит вот так:

Согласитесь, теперь уже смартфон кажется куда более серьёзным и качественным инструментом на фоне этого незначительного кусочка сетчатки.

И только в этом месте изображение на сетчатке максимально резкое. Это примерно кусочек изображения 2×2 см на расстоянии вытянутой руки. Вся остальная картинка очень размыта и чем дальше от этого центрального кусочка, тем плачевнее ситуация.

Естественно, это справедливо именно для одного «снимка». Если вы захотите проверить эту информацию и посмотреть чуточку левее, то уже в этой точке будет максимальная резкость, а участок правее окажется смазанным. Просто ваших глаза сфокусируют новую область изображения на центральную ямку.

Но и это еще не все!

«Биннинг пикселей» на матрице глаза

Как уже было сказано выше, на мобильных матрицах пиксели объединяются в группы по 4 или 9 штук. Эта технология называется биннингом пикселей и главная ее цель — улучшить качество снимка, сократив количество шумов или увеличив отношение сигнал/шум.

Точно такая же технология используется и в «матрице» нашего глаза. Только там объединяются не 4 или 9 «пикселей» в одну нервную клетку, а десятки, сотни и даже тысячи палочек и колбочек! Если брать в среднем, то можно считать, что «пиксели» глаза объединяются по 100 штук.

И здесь, в отличие от смартфона, мы имеем дело с реальным физическим объединением сигнала. То есть, мы не можем считать сигнал с одной палочки, которая объединена в группу из 1000 палочек/колбочек. Считывается только общий сигнал всей группы (как одна точка). Просто у нас физически только около миллиона «проводков», выходящих из глаза и идущих в мозг.

На смартфоне же каждый пиксель подключен отдельным проводом и мы считываем по отдельности каждый из 108 миллионов пикселей, даже если собраны в группы и накрыты одним цветным фильтром. А объединение сигнала происходит уже после его считывания. Таким образом:

Реальное разрешение глаза приближается к цифре в 1.3 Мп! А это уровень кнопочного телефона 15 летней давности…

И практически вся эта детализация уходит на крошечный «центр кадра», так как именно в центральной ямке колбочки не объединяются в группы, чтобы картинка оставалась максимально четкой.

Дыра в матрице!

Казалось бы, что еще можно придумать, чтобы испортить матрицу глаза? Может добавить «мертвые зоны» на матрицу? Так и есть!

Примерно по центру каждого глаза, недалеко от главного резкого участка (центральной ямки), находится место, куда выходят все «провода» (аксоны) от наших пикселей и одним общим «кабелем» (оптический нерв) идут в мозг:

В этом месте нет никаких светочувствительных элементов и поэтому «слепые пятна» находятся прямо у нас перед глазами.

Если вы читаете эту статью с монитора компьютера (с большого экрана), тогда просто закройте, например, правый глаз и посмотрите левым глазом с расстояния ~20-30 см на плюсик, изображенный справа. В этот момент огромный черный кружок слева просто исчезнет, так как он попадет прямо на слепое пятно:

Естественно, вы не должны никуда переводить взгляд, иначе глаз снова проделает свой трюк — сфокусирует эту область в центральную ямку.

Можно поступить еще проще. Вытяните левую руку вперед и посмотрите левым глазом на свой большой палец, выставленный вверх. Теперь не отводя взгляд в сторону, медленно отводите руку в лево и в какой-то момент (где-то левее на 20 см от центральной точки) большой палец просто исчезнет, попав в «слепую зону».

Эти слепые пятна на глазах присутствуют постоянно, но когда мы смотрим двумя глазами — правый глаз добавляет картинку в слепое пятно слева и наоборот. А когда смотрим только одним глазом, мозг пытается как-то незаметно зарисовать пятно чем угодно, например, цветом, окружающим слепое пятно).

Но и это еще не все! Не забывайте, что сетчатку глаза нужно как-то питать, а значит на ней должны быть сосуды. Эти сосуды действительно есть, и они отбрасывают тень на «фотографию». Но мы не видим эти тени, так как мозг к ним уже давно привык и понял, что их нужно не показывать сознанию, а зарисовывать, как в фотошопе.

Думаю, теперь вы готовы увидеть пример снимка, который выдает 1.3-Мп матрица глаза. Если вы ожидали увидеть качество хотя бы на уровне кнопочной Nokia 15-летней давности, то всё еще хуже:

Конечно, это лишь наглядный пример, сделанный на компьютере, но он хорошо передает основной смысл.

Мы видим маленькую четкую область по центру, слепое черное пятно справа, тени, отбрасываемые сосудами. И крайне низкое качество 1.3-Мп снимка. Да и цвета по краям практически отсутствуют, так как там мало колбочек и много палочек. Единственный нюанс — здесь не показан нос, который постоянно присутствует в кадре и мешает просмотру, но мозг его «вытирает» на снимках.

А еще забавный факт заключается в том, что мобильные телефоны уже давно перешли на технологию BSI, суть которой заключается в том, что вся обвязка пикселей (провода) размещается позади светочувствительных элементов. То есть, ничего не препятствует движению света:

Новые (слева) и старые (справа) пиксели

Но глаз был разработан гораздо раньше появления технологии BSI. Поэтому здесь светочувствительные элементы находятся в самом низу, за несколькими слоями проводов (нервов) и других клеток (по большей части прозрачных):

И прежде, чем мы поймем почему же вопреки всему этому мы видим окружающий мир так хорошо, давайте еще сравним производительность матриц при плохом освещении.

Матрица смартфона против сетчатки при плохом освещении

Когда света становится очень мало, каждый фотон на счету! Фотон — это мельчайшая неделимая порция света. На матрицу смартфона или сетчатку не может упасть половина или четверть фотона.

Когда фотон поглощается пикселем матрицы, кусочек кремния высвобождает 1 электрон (подробнее). Чем больше фотонов поглотится, тем больше электронов появится. А чем больше электронов — тем ярче будет эта точка на итоговом снимке.

И здесь важно использовать все фотоны максимально эффективно. То есть, желательно, чтобы каждый фотон, попавший на пиксель, привел к появлению электрона. Хотя это не всегда так.

Представьте, насколько ужасной была бы матрица, поглощающая только каждый десятый фотон?! Их и так очень мало при плохом освещении, а здесь еще и 90% фотонов просто тратятся впустую.

Знаете ли вы какая эффективность современных матриц на 64 или 108 мегапикселей? Примерно 120%! То есть, если на матрицу попадает 100 фотонов, они могут «создать» до 120 электронов. Это превосходный показатель.

А теперь посмотрим на наш глаз. Чтобы активировать хотя бы одну колбочку («цветной пиксель»), нужно гораздо больше фотонов, чем требуется для активации одной палочки («пиксель», учитывающий только яркость). Поэтому в темноте недостаточно света для активации колбочек и мы «делаем снимки» только черно-белыми палочками.

Если в матрице смартфона фотоны поглощают кусочки кремния, то в палочках этим занимаются специальные молекулы под названием родопсин. Одна молекула родопсина может поглотить 1 фотон света.

Вот как выглядит такая палочка:

Черно-белый пиксель (палочка)

Обратите внимание на «полку» с дисками. В каждом таком диске находится 10 тыс. молекул родопсина. То есть, каждый диск способен поглотить 10 тысяч фотонов. А теперь следите за цифрами:

• На сетчатке глаза 120 млн палочек
• В каждой палочке 1000 дисков
• В каждом диске 10 тыс. молекул родопсина

Итого, «матрица» глаза способна поглотить около 1.2 квадриллиона фотонов (1 квадриллион — это миллион миллиардов). А 108-Мп матрица смартфона с самыми современными эффективными пикселями может поглотить около 600 миллиардов фотонов, что примерно в 2000 раз меньше.

Но проблема в том, что этих фотонов ночью очень мало. Днем такое преимущество дает гораздо лучший динамический диапазон, но как быть ночью?

Всего одного фотона достаточно для того, чтобы активировалась одна палочка. Но эта палочка не отправит никакого сигнала в мозг и мы не увидим картинку. Для этого нужно активировать хотя бы 10 палочек. И здесь мы возвращаемся к вопросу об эффективности «матрицы» глаза.

Если у смартфона она превышает 100%, то для глаза этот показатель не дотягивает и до 20%. То есть, из 100 фотонов, попавших на сетчатку, палочками поглотится в лучшем случае 20 фотонов. Остальное будет «утилизировано» специальным слоем, который предотвращает хаотическое движение фотонов внутри глаза, чтобы не возникало никаких отражений, «засветки» и прочих проблем.

Именно из-за такого поглощения всех «лишних» фотонов наш зрачок кажется черным. Оттуда просто не возвращается свет. А если бы возвращался, мы бы видели кровь в сосудах задней части глаза.

Собственно, иногда это и происходит, когда мы используем вспышку (яркий источник света) при плохом освещении. Зрачки не успевают отреагировать на мощный поток света и прикрыть «диафрагму объектива». Слишком много фотонов залетает в глаз и, отражаясь, вылетает оттуда.

Процессор как секрет успеха! Или что нас ждет дальше?

Возможно, вы уже догадались, что весь секрет качественного изображения заключается в мощнейшем «процессоре» обработки фотографий. Мозг действительно получает плохую картинку, если сравнивать ее с тем, что выдает смартфон.

Но глаза работают не покадрово. Они непрерывно ритмично совершают очень мелкие движения (саккады), сканируя сцену своими жалкими 1.3 мегапикселями.

Мозг объединяет две плоские картинки с двух глаз и строит трехмерное изображение. Он убирает тени от сосудов, силуэт носа, разукрашивает слепые пятна, делает догадки и превращает их в «реальную» картинку.

Чтобы вы осознали масштаб его художественной самодеятельности, скрытой от вашего сознания, просто посмотрите на луну или солнце. Вы замечали, какие они громадные над горизонтом и мелкие в зените?

Бывало ли у вас такое, что вы даже говорили кому-то полюбоваться большой и красивой луной (и желательно сделать это быстрее, пока она не поднялась вверх и не стала маленькой)?

Что же это за такое загадочное физическое явление? Может всё дело в орбитах? Или в атмосфере, которая как-то не так преломляет свет и увеличивает размеры небесных тел?

На самом деле, ни солнце, ни луна никак не изменяют своих размеров, будь они в зените или над горизонтом. Это просто ваш мозг так развлекается, «делая снимок» маленькой луны над горизонтом, а затем в своем «фотошопе» увеличивает ее до захватывающих размеров и демонстрирует результаты своей работы вашему сознанию.

Вы поражаетесь его талантам, звоните знакомым и советуете посмотреть на эту красоту. Но объективно никакой красоты нет. Ваши знакомые посмотрят на крохотную луну, а их мозг точно также «отфотошопит» снимок, сделав луну покрупнее и поэффектнее. И вы вместе насладитесь несуществующим пейзажем!

Просто осознайте весь это сюрреализм.

Те жалкие 1.3 Мп, которые фактически поступают в мозг — это лишь незначительный процент от той картинки, которую мы видим. Всё остальное — это, если так можно выразиться, вычислительная фотография. И именно по этому пути пошло развитие смартфонов.

Разница лишь в том, что смартфон должен делать четким весь снимок, а не только его кусочек в центральной части, как это делает мозг. Поэтому матрица смартфона в целом выдает гораздо более качественное и четкое изображение, нежели сетчатка глаза. И в этом плане технологии давно опередили биологию.

Будет интересно наблюдать за реакцией людей, когда все смартфоны будут проделывать тот же трюк с луной, что и наш мозг. И не только с луной!

Эстеты будут выражать свое недовольство тем, что смартфоны больше не передают реальность, а занимаются ерундой: «Зачем мне фотошоп!? Я хочу видеть натуральный снимок! Где старые-добрые времена, когда в камере была главной физика, а не алгоритмы!?»…

И эти же люди даже не будут догадываться, что «реальность» — это плод их воображения, рисунки, жестко обработанные «фотошопом» мозга.

Алексей, глав. редактор Deep-Review

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на наш научно-популярный сайт о мобильных технологиях, чтобы не пропустить самое интересное!

Если вам понравилась эта статья, присоединяйтесь к нам на Patreon — там еще интересней!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии. ..

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Фотография Clarkvision — Разрешение человеческого глаза

Фотография Clarkvision —
Разрешение человеческого глаза

Содержание

Примечания о разрешении человеческого глаза
Острота зрения и детали разрешения на отпечатках
Сколько мегапикселей эквивалентно глазу?
Чувствительность человеческого глаза (эквивалент ISO)
Динамический диапазон глаза
Фокусное расстояние глаза
См. также серию статей о цвете ночного неба

Примечания о разрешении человеческого глаза

Каково разрешение человеческого глаза, или глаз плюс мозг
сочетание у людей? Там вроде много разных
указаны цифры.

Острота зрения определяется как 1/а, где а —
ответ в х/угл.минут. Проблема в том, что различные
исследователи определили x как разные вещи. Однако, когда
разные определения нормализованы к одному и тому же,
результаты совпадают. Вот проблема:

Обычно используется решетчатый тестовый образец, поэтому x определяется как
циклы в узоре. Разные исследователи использовали линию,
пара строк и полный цикл как определение x.
Таким образом, они сообщают, казалось бы, разные значения визуального
резкость и разрешение. Легко пересчитать остроту
к общему стандарту, когда исследование определяет, что было использовано.

Поэтому, когда мы определяем x как пару прямых, как это обычно делается в
современной оптики значение 1/а составляет 1,7 при хорошем освещении.
Впервые это определил Кениг (1897 [да, это 1897] в
«Die Abhangigkeit der Sehscharfe von der Beleuchtungsintensitat»,
С. Б. акад. Висс. Берлин, 559–575.
Также в: Hecht (1931, «Процессы сетчатки, связанные со зрительным восприятием»).
Острота и цветовое зрение», Бюллетень № 4 лаборатории Хоу.
офтальмологии, Гарвардская медицинская школа, Кембридж, Массачусетс.)
Сводный график многочисленных субъектов остроты зрения как функции
яркости появляется Пиренн (1967, «Видение и око».
Чепмен и Холл, Лондон, стр. 132).

Острота = 1,7, когда уровень освещенности превышает примерно 0,1 Ламберта.
Ламберт — это единица измерения яркости, равная 1/пи канделы на квадратный сантиметр.
Кандела — это одна шестидесятая силы света.
квадратный сантиметр черного тела при температуре затвердевания
платина. Точечный источник силой в одну канделу излучает один
люмен в телесный угол в один стерадиан согласно фотонике
толковый словарь

http://www.photonics.com/dictionary.

Острота 1,7 соответствует 0,59 угловой минуты НА ПАРУ ЛИНИЙ.
Я не могу найти никаких других исследований, которые каким-либо образом противоречат этому.

Таким образом, на пару строк нужно два пикселя, а это означает, что пиксель
интервал 0,3 угловой минуты!

Блэквелл (1946) получил разрешение глаза, которое он
называют критическим углом зрения в зависимости от яркости и
контраст. При ярком свете (например, при обычном офисном освещении до полного
солнечного света), критический угол зрения равен 0,7 угловой минуты (см. Кларк, 1990,
для дополнительного анализа данных Блэквелла).
Приведенное выше число, 0,7 угловой минуты, соответствует разрешению
пятно как неточечный источник. Снова вам нужно два пикселя, чтобы сказать
это не точка, поэтому пиксели должны быть 0,35 угловой минуты (или меньше)
на пределе остроты зрения, в точном соответствии с парами линий.
Пары линий обнаружить легче, чем пятна, так что это тоже
последовательно, но ближе, чем я думал, что это будет.

В современных исследованиях, таких как Curcio et al. (1990), измеряется острота
в циклах на градус. Курсио и др. выведено 77 циклов на градус,
или 0,78 угловой минуты/цикл.
Опять же, вам нужно как минимум 2 пикселя для определения цикла, поэтому пиксель
интервал составляет 0,78/2 = 0,39 угловой минуты, что близко к приведенным выше числам.

Острота зрения и разрешение деталей на отпечатках

Сколько пикселей необходимо для соответствия разрешению
человеческий глаз? Размер каждого пикселя не должен превышать 0,3 угловой минуты.
Рассмотрим распечатку размером 20 x 13,3 дюйма, просмотренную на
20 дюймов. Печать образует угол 53 х 35,3 градуса,
таким образом требуется 53*60/. 3 = 10600 x 35*60/.3 = 7000 пикселей,
в общей сложности ~ 74 мегапикселя, чтобы показать детали в пределах
острота зрения человека.

10600 пикселей на 20 дюймов соответствуют 530 пикселям на дюйм,
который действительно казался бы очень резким. Примечание в недавнем тесте принтера
Я показал, что отпечаток с разрешением 600 пикселей на дюйм имеет больше деталей, чем отпечаток с разрешением 300 пикселей на дюйм.
на принтере HP1220C (1200×2400 точек печати). я провел несколько
слепые тесты, в которых зритель должен был отсортировать 4 фотографии (150, 300, 600 и 600
отпечатки ppi). Два 600 ppi были напечатаны с разрешением 1200×1200 и 1200×2400 dpi.
До сих пор все получили правильный порядок от самого высокого до самого низкого ppi
(включая людей до 50 лет).
Видеть:

http://www.clarkvision.com/articles/printer-ppi

Сколько мегапикселей эквивалентно глазу?

Глаз — это не единичный кадр фотоаппарата. это
больше похоже на видеопоток. Глаз быстро перемещается в мелких
угловые величины и постоянно обновляет изображение в своем
мозг, чтобы «нарисовать» деталь. У нас также есть два глаза, и наши
мозг комбинирует сигналы для дальнейшего увеличения разрешения.
Мы также обычно перемещаем взгляд по сцене, чтобы собрать
Дополнительная информация. Из-за этих факторов глаз плюс мозг
собирает изображение с более высоким разрешением, чем это возможно с
количество фоторецепторов в сетчатке. Итак, мегапиксель
эквивалентные числа ниже относятся к пространственным деталям изображения.
это было бы необходимо, чтобы показать то, что может видеть человеческий глаз
при просмотре сцены.

На основании приведенных выше данных для разрешающей способности человеческого глаза примем
сначала попробуйте «маленький» пример. Рассмотрите вид перед собой, который
90 градусов на 90 градусов, как если бы вы смотрели сквозь
открытое окно на сцене. Количество пикселей будет
90 градусов * 60 угловых минут/градус * 1/0,3 * 90 * 60 * 1/0,3 = 324 000 000 пикселей.
(324 мегапикселя).
В любой момент вы на самом деле не замечаете, что
много пикселей, но ваш взгляд перемещается по сцене, чтобы увидеть все детали, которые вы
хочу. Но человеческий глаз действительно видит большее поле зрения, близкое к 180.
градусов. Давайте будем консервативны и используем 120 градусов для поля зрения.
Тогда мы увидим
120*120*60*60/(0,3*0,3) = 576 мегапикселей.
Для полного угла человеческого зрения потребуется еще больше мегапикселей.
Для записи таких деталей изображения требуется камера большого формата.

Чувствительность человеческого глаза (эквивалент ISO)

При низком уровне освещенности,
человеческий глаз интегрирует примерно до 15 секунд (Блэквелл,
Дж. опт. Society America, v 36, p624-643, 1946). ИСО
изменяется с уровнем освещенности за счет увеличения родопсина в сетчатке.
Этот процесс занимает у нас полчаса, и это
предполагает, что вы не подвергались воздействию яркого солнечного света во время
день. Предполагая, что вы носите солнцезащитные очки и хорошо адаптируетесь к темноте,
Вы можете увидеть довольно слабые звезды вдали от города. Исходя из этого
можно сделать разумную оценку глаза, адаптированного к темноте.

В тестовой экспозиции я использовал Canon 10D и 5-дюймовую диафрагму.
объектив, цифровая зеркальная фотокамера может записывать звезды 14 звездной величины за 12 секунд.
при ISO 400. Вы можете увидеть звезды 14-й величины за несколько секунд
с такой же светосилой объектива.
(Кларк, Р. Н., Визуальная астрономия глубокого неба, Кембриджский университет.
Press and Sky Publishing, 355 страниц, Кембридж, 1990 г.)

Таким образом, я бы оценил светочувствительность глаза, адаптированного к темноте, примерно в 800 единиц ISO.

Обратите внимание, что при ISO 800 на 10D коэффициент усиления составляет 2,7 электрона/пиксель.
(ссылка:

http://clarkvision.com/articles/digital.signal.to.noise)
что было бы подобно глазу, способному увидеть пару
фотоны для обнаружения.

Днем чувствительность глаза значительно ниже, более чем в 600 раз.
меньше (Middleton, Vision Through the Atmosphere, U. Toronto Press,
Торонто, 1958), что соответствует эквиваленту ISO примерно 1.

Динамический диапазон глаза

Человеческий глаз способен функционировать при ярком солнечном свете и
увидеть слабый звездный свет, диапазон более 100 миллионов к одному.
Данные Блэквелла (1946) охватывают диапазон яркости 10 млн.
и не включал интенсивности ярче, чем при полной Луне.
Полный диапазон приспособляемости составляет порядка миллиарда к 1.
Но это все равно, что сказать, что камера может работать в аналогичном диапазоне.
путем регулировки усиления ISO, диафрагмы и времени экспозиции.

В любом ракурсе глаз может видеть более 10 000 единиц в
обнаружение контраста, но это зависит от яркости сцены,
с уменьшением диапазона с более низкими контрастными целями.
Глаз — это детектор контраста, а не абсолютный детектор.
как датчик в цифровой камере, отсюда и различие.
(См. рис. 2.6 у Кларка, 1990 г.;
Blackwell, 1946, и ссылки там).
Диапазон человеческого глаза больше, чем у любой пленки или потребительского
цифровая камера.

Вот простой эксперимент, который вы можете провести. Выйдите со звездной картой на
ясная ночь при полной луне. Подождите несколько минут, пока глаза привыкнут.
Теперь найдите самые тусклые звезды, которые вы можете обнаружить, когда вы можете видеть их полностью.
Луна в поле твоего зрения. Попробуйте ограничить луну и звезды внутри
около 45 градусов вертикально вверх (зенит). Если у вас чистое небо
вдали от городских огней вы, вероятно, сможете увидеть звезды величиной 3.
Полная Луна имеет звездную величину -12,5. Если вы можете видеть величину
2,5 звезды, диапазон величин, которые вы видите, составляет 15. Каждые 5 звездных величин
является коэффициентом 100, поэтому 15 равно 100 * 100 * 100 = 1 000 000. Таким образом, динамика
диапазон в этих условиях относительно низкой освещенности составляет примерно 1 миллион к одному,
(20 остановок) возможно и выше!

Другой тест — использовать телескоп, чтобы увидеть самую яркую звезду в
ночное небо, Сириус А и его близкий компаньон, Сириус Б. Расстояние
от Сириуса А до Сириуса В варьируется по своей орбите, но варьируется примерно от
от 3 до 12 угловых секунд, поэтому всегда близко, даже в большие телескопы.
Тем не менее, с хорошей (с низким уровнем бликов) оптикой и чистой атмосферой можно увидеть и то, и другое.
Сириус А имеет яркость -1,47 звездной величины, а Сириус В 8,44 звездной величины.
величины, для диапазона яркости 10,28 величины или яркости
диапазон 12,900, или 13,7 стопа. Обнаружение слабых звезд вблизи ярких
звезда может быть ограничена бликом объектива/телескопа. Но на больших расстояниях
чем Сириус A и B, более слабые звезды могут быть обнаружены в том же виде, что и
яркие звезды, при этом динамический диапазон составляет более 13,7 ступеней. Использовать
звездная карта (например, стеллариум) и телескоп и посмотрите, какие тусклые звезды
вы можете видеть вокруг Сириуса.

Мое собственное тестирование Я провел эксперимент, в котором было видно яркое облако
за окном, а детали в темной комнате измерялись с помощью светового
метр и оказались на 14 ступеней слабее. Несколько человек могли видеть
детализация как в облаке, так и в темной комнате на одном и том же виде.

Фокусное расстояние глаза

Что такое фокусное расстояние глаза? я сделал гугл
поискал и нашел много «ответов» от 17мм до 50мм
(50 это вообще абсурд). Для правильного ответа есть
Ссылка: Light, Color and Vision, Hunt et al., Chapman and Hall, Ltd.
Лондон, 1968 г., стр. 49 для «стандартного европейского взрослого»:

Фокусное расстояние объекта глаза = 16,7 мм
Фокусное расстояние изображения глаза = 22,3 мм

Фокусное расстояние объекта указано для лучей, выходящих ИЗ ГЛАЗА.
Но для изображения на сетчатке фокусное расстояние изображения — это то, что
один хочет. Например. видеть:

http://galileo.phys.virginia.edu/classes/531.cas8m.fall04/l11.pdf.

Таким образом, это объясняет часто упоминаемое фокусное расстояние ~ 17 мм,
но правильное значение фокусного расстояния ~ 22 мм

Тогда это имеет больше смысла для f/ratio: с апертурой
7 мм, f/ratio = 22,3/7 = 3,2.

Конечно, эти значения варьируются, с указанными значениями от 22 до 24 мм,
то же самое с диафрагмой. Максимальная диафрагма также уменьшается
с возрастом.

Максимум диафрагмы в астрономическом сообществе указан на
f/3.5 для человеческого глаза, адаптированного к темноте. С максимальной апертурой 7 мм,
это подразумевает фокусное расстояние около 25 мм. Астрономический телескоп
минимальное увеличение обычно называют световым конусом f / 3,5,
это означает, что если вы смотрите через более быструю систему, глаз f / 3,5
оптика не может собрать весь свет.

Спектральный отклик глаза

Также смотрите сериал «Цвет ночного неба»:

Да, вы можете видеть цвет в ночном небе.

• 2а) Цвет ночного неба
• 2b) Цвет звезд
• 2c) Цвет туманностей и межзвездной пыли в ночном небе
• 2d) Проверка естественных цветов на изображениях ночного неба и понимание хорошей и плохой постобработки
• 2e) Проверка рабочего процесса обработки астрофотографических изображений в естественных цветах с учетом светового загрязнения
• 2f) Истинный цвет трапеции в M42, Большая туманность в Орионе
• 6b) Цветовое зрение ночью

Ссылки

Блэквелл, Дж. Оптическое общество Америки, т. 36, стр. 624-643, 1946 г.

Курсио, К.А., Слоан, К.Р., Калина, Р.Е. и Хендриксон, А.Е.,
Топография фоторецепторов человека. Журнал сравнительного
Неврология 292, 497-523, 1990.

Кларк, Р. Н., Визуальная астрономия глубокого неба ,
Издательство Кембриджского университета и
Sky Publishing, 355 страниц, Кембридж, 1990.

Острота зрения, http://webvision.med.utah.edu/KallSpatial.html

Глаз и камера, http://www.luminous-landscape.com/columns/eye-camera.shtml.
(Интересная статья о сравнении изображения камеры и глаза.)

http://www. clarkvision.com/articles/human-eye/

Впервые опубликовано в январе 2005 г.
Последнее обновление: 28 декабря 2018 г.

Какое разрешение у человеческого глаза? [Все, что вам нужно знать]

Наши глаза не идеальны.

Особенно по сравнению со зрением некоторых животных наше слишком слабо развито, чтобы конкурировать.

А как насчет цифровых изображений ? По крайней мере, это картина, которую мы можем видеть и напрямую сравнивать.

Все мы слышали о мегапикселях и разрешениях , но достигнем ли мы когда-нибудь качества изображения , сравнимого с нашим зрением ?

Какое разрешение у человеческого глаза?

Ответ намного сложнее, чем вы думаете.

Почему?

Во-первых, нам нужно понять, что такое разрешение.

Что такое Разрешение ?

Проще говоря, разрешение — это уровень детализации, который изображение может отображать . Что касается цифровых экранов, то это число отдельных пикселей 9.0235 дисплей держится.

Сразу же вы можете обнаружить первую проблему.

Человеческий глаз не имеет пикселей, так как он обрабатывает изображения совершенно по-другому.

Однако разрешение цифрового изображения зависит и от других факторов, а не только от плотности пикселей.

Один экземпляр резкость изображения . Размытое изображение может иметь то же количество пикселей, что и HD-фотография, но разрешение по-прежнему ниже .

Но это еще не все.

Световое освещение, размер сенсоров камеры и их расстояние от объекта — все это играет роль. Итак, количественная оценка изображения разрешение — это сложное , поскольку это не просто число, которое можно измерить.

Какое разрешение у человеческого глаза ?

При этом определить разрешение человеческого глаза еще сложнее.

Однако мы можем обойти это, запросив другой вопрос :  

Сколько пикселей потребуется дисплею, чтобы заполнить поле зрения человека без видимой пикселизации?

Ответ?

576 мегапикселей.

Верно, экран с таким количеством пикселей будет достаточно большим, чтобы заполнить весь конус вашего зрения . Если вам интересно, при преобразовании в типичный широкоэкранный дисплей это составит 32000×18000 разрешение .

Ограничения

Дело закрыто, верно?

Нет, не совсем так.

Потому что, видите ли, человеческое зрение работает не так, как камера. Наши глаза не делают мгновенного идеального изображения нашего окружения. На самом деле подавляющее большинство того, что мы можем видеть, размыто и бесцветно.

Но как это возможно?

Человеческий глаз, в отличие от фотокамеры, имеет центральное и периферийное зрение . центральные два градуса нашего поля зрения попадают в то, что называется ямкой . Четкое зрение 20/20 происходит только в этой крошечной колбочке. Все, что выше этого, — это периферийное зрение, которое намного размытее.

Хорошо, но почему мы не видим ничего из этого ?

Потому что, когда глаз движется, наш мозг принимает всю собранную фовеальную информацию и отфильтровывает размытость.

При этом помните те 576 мегапикселей, что были раньше? Это число применимо только в том случае, если мы предполагаем, что все наше поле зрения такое же четкое, как и наше фовеальное зрение.

Это не так.

На самом деле, только около семи мегапикселей было бы достаточно, чтобы заполнить две степени центрального фовеального зрения. Все остальное не имело бы большого значения, так как выглядело бы размытым.

Кроме того, каждый глаз имеет слепое пятно , где зрительный нерв соединяет сетчатку с нашим мозгом. Мы буквально ничего не видим в этом пространстве. Причина, по которой мы этого не замечаем, заключается в том, что опять же мозг отфильтровывает это.

Подведение итогов

Как видите, измерить разрешение человеческого глаза сложно.

Во-первых, потому что наш прицел настолько в отличие от традиционных камер . Наш мозг обрабатывает информацию, собранную глазным яблоком, чтобы создать гораздо более четкое изображение , чем мы можем видеть на самом деле.

Дополнительно глаз не видит в мегапикселях .

Но что, если бы мы построили экран, достаточно большой, чтобы заполнить все наше поле зрения? Тогда этот экран потребует 576 миллионов пикселей и разрешение 32000×18000 .

Конечно, у этого есть ограничения.

Эти цифры не учитывают наших слепых зон или периферийного зрения.

Так какое же разрешение имеет человеческий глаз?

Если бы мы проигнорировали эти условия, то число 576-мегапикселей было бы самым близким к окончательному ответу.

Оставить комментарий

Ваш адрес электронной почты не будет опубликован.

Комментарий

Ваше имя

Ваш адрес электронной почты

Является ли «разрешение» человеческого глаза «бесконечным»? – Неврологизм

Никакая измеримая физическая величина не может быть бесконечной. Другими словами, только теоретические понятия могут быть окончательно названы бесконечными. Но это, возможно, эпистемологическое утверждение, которое здесь не нужно. Итак, давайте углубимся в мельчайшие детали того, как на самом деле измеряется визуальное «разрешение». Как мы увидим, количество светочувствительных клеток в сетчатке не говорит нам о «разрешении» зрительной системы в целом. В некоторых случаях наше визуальное «разрешение» превосходит разрешение глаза, рассматриваемого изолированно.

Острота зрения [1] — это острота, с которой мы можем различать световые узоры на сетчатке глаза. Это зависит от точного местоположения света, падающего на сетчатку.

Острота зрения измеряется с использованием углов, а не пикселей. Это связано с тем, что пиксели изображения не говорят нам, насколько далеко изображение находится от зрителя во время тестирования. Если мы смотрим на изображение с блочными пикселями, чем дальше оно находится, тем сложнее становится разрешить различия между соседними пикселями. Что остается примерно постоянным, так это наименьший угол, под которым объект находится перед глазом, для которого этот объект распознается. Этот угол измеряется оптометристом с помощью диаграммы, подобной приведенной ниже.

Размер самой маленькой буквы, которую вы можете разобрать, измеренный в дюймах или сантиметрах, не является стабильным измерением. Если вы отодвинете диаграмму, этот размер увеличится. Но угол, образуемый буквой у глаза, остается более или менее постоянным по мере того, как вы отдаляете диаграмму. Это просто еще один способ сказать, что для того, чтобы видеть детали объектов вдали, объекты должны быть намного больше, чем они должны были бы быть, если бы они были прямо перед вами.

На приведенной ниже диаграмме показано, как относительная острота зрения («обратная величина угла зрения в градусах, деленная на фовеальную величину») одного глаза зависит от положения изображения на сетчатке:

«Бесконечное разрешение» означало бы, что относительная острота зрения взлетела бы до бесконечности в центральной ямке — это невозможно, потому что это означало бы, что люди могли бы различать сколь угодно малые промежутки (приближающиеся к нулю градусов) между объектами. Мы знаем, что это неправда.

«Разрешение» центральной ямки, измеряемое как количество колбочек на единицу площади мозаики сетчатки, является ключевым фактором, определяющим остроту зрения. (Число колбочек конечно, и это еще одна причина, по которой зрительная система не имеет бесконечного разрешения.)

Не случайно диаграмма остроты зрения хорошо коррелирует с графиком плотности колбочек в зависимости от угла зрения от сетчатки — синяя линия на рисунке ниже.

На странице Википедии, посвященной остроте зрения, приведены некоторые соответствующие цифры:

.

«Максимальное угловое разрешение человеческого глаза – 28 угловых секунд или 0,47 угловых минуты, [18] это дает угловое разрешение 0,008 градуса, а на расстоянии 1 км соответствует 136 мм. Это равно 0,94 угловых минуты на пару линий (одна белая и одна черная линия), или 0,016 градуса. Для пары пикселей (один белый и один черный пиксель) это дает плотность пикселей 128 пикселей на градус (PPD)».

Но острота зрения — это еще не все. У людей есть то, что известно как повышенная острота зрения[2] — наша зрительная система в некоторых обстоятельствах может превышать ограничения «разрешения» сетчатки.

Сверхактуальность зависит от типа задачи визуального различения, которую вы выполняете. Один тип задач включает в себя измерение остроты зрения по нониусу[3] — нашей способности определить, выровнены ли два сегмента линии или нет.

Наименьший угол зрения, разделяющий две линии, которые мы оцениваем как «несовмещенные», меньше угла, который вы получаете при измерении нормальной остроты зрения. Удивительно, но этот феномен, несмотря на то, что он известен с конца 1800-х годов, до сих пор не получил адекватного объяснения нейробиологией [4].

Этот отрывок из статьи [5] о сверхостроте зрения показывает, насколько ошеломляющей на самом деле является эта способность:

«В то время как в некоторых задачах (например, при различении двух соседних точек) пороги находятся в диапазоне 30–60 угловых секунд, в других задачах, таких как нониус, порог может быть всего 5 угловых секунд. Пороговое значение в 5 угловых секунд означает, что наблюдатель надежно различает детали размером менее 0,02 мм на расстоянии 1 м или размером с монету в четверть доллара на расстоянии 17 км! Можно лучше оценить поразительную точность этого представления, рассмотрев оптические свойства глаза. В пространственно наиболее чувствительной области сетчатки — центральной ямке — диаметр фоторецепторов находится в пределах 30—60 угловых секунд, а размеры рецептивных полей ганглиозных клеток сетчатки могут быть еще больше. Таким образом, люди могут различать детали с точностью лучше, чем одна пятая размера самого чувствительного фоторецептора. Г. Вестгеймер ввел термин сверхострота зрения для описания таких показателей (Westheimer, 19).81)». [курсив добавлен]

Таким образом, угловое разрешение зрительной системы человека (в отличие от глаза) лучше, чем можно было бы ожидать, если бы мы просто провели измерения чувствительности светочувствительных клеток глаза. Это разрешение не бесконечно, но, тем не менее, оно довольно удивительно.

Примечание

В статье, которую я только что процитировал, есть очень интересный абзац, который лежит в основе моей проблемы с концепцией «разрешения», когда речь идет о зрительной системе (или любой сенсорной системе):

«Сверхострота зрения изучается экспериментаторами уже более ста лет, первое сообщение о верньерной сверхостроте относится к 1892 году. К настоящему времени, вероятно, наиболее интересным моментом в отношении сверхостроты является то, что это не должно вызывать удивления, если рассматривать его в контекст вычислительной нейробиологии зрительной системы. Во-первых, благодаря функции точечного рассеяния оптики глаза очень маленькая световая точка, проецируемая на сетчатку, может активировать до 40 различных фоторецепторов. Таким образом, нет никаких априорных оснований ожидать простой связи между остротой зрения, проявляемой системой, и расстоянием между соседними фоторецепторами. Во-вторых, нет оснований ожидать одинаковых порогов для разных задач, если только не предположить, что первая стадия видения, общая для всех последующих процессов обработки, сводится к внутренней реконструкции внешнего мира каким-то уникальным и достоверным образом». [курсив добавлен]

Последний пункт, который я выделил, имеет решающее значение: человеческое зрение — это не какая-то обработка информации уже «данного» изображения на сетчатке. В отличие от камеры, визуальная информация активно конструируется зрительной системой, в значительной степени на основе того, что делает организм. С этой точки зрения термин «ретинальное изображение» несколько вводит в заблуждение. Свет, падающий на отсоединенную сетчатку, не создает «внутреннего» изображения. И если глаз не совершает постоянно крошечных движений (называемых микросаккадами) по отношению к внешнему образу, внутренний образ в конечном итоге исчезает из-за нейронной адаптации[6] . Зрение — это гораздо больше, чем просто передача изображения от глаза к мозгу. Строго говоря, изображения «в» глазу нет.

Сноски

[1] Острота зрения – Википедия

[2] Сверхострота (научный термин) – Википедия

[3] Острота зрения – Википедия

[4] Как человеческий глаз обрабатывает ] Повышенная острота зрения [pdf]

[6] Микросаккады противодействуют угасанию зрения во время фиксации

Первоначально этот пост был опубликован 17 декабря 2019 г.