Разрешение человеческого глаза: «Острее, чем человеческий глаз». Samsung нацелилась на создание 600-мегапиксельной матрицы

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».

Может ли человеческий глаз видеть в 8K?

Кажется, что в наши дни технологии развиваются с угрожающей скоростью, и это, безусловно, верно, когда речь идет о бытовой электронике. Когда было объявлено, что в этом году «Большая игра» будет транслироваться в формате 8K, мы начали задаваться вопросом: могут ли наши глаза вообще видеть в 8K?

Итак, вот краткое изложение того, что на самом деле означает 8K и не пора ли вам инвестировать в новый телевизор.

Разница между пикселями и разрешением

Важно понимать, что существует разница между пикселями и разрешением. При просмотре телевизоров HD, 4K, а теперь и 8K, чем выше вы поднимаетесь, тем выше разрешение или общее количество пикселей. Пиксели — это отдельные световые точки, составляющие цифровое изображение. Например, телевизор 8K имеет 33 177 600 пикселей. Следует отметить, что термин 8K относится к количеству пикселей (около 8000), отображаемых по горизонтали в строке.

Однако в человеческом зрении глаза не содержат пикселей. Самым близким сравнением будут палочки и колбочки в ваших глазах, которые помогают вам видеть. Более того, то, что вы решаете , — это картина, которую вы можете составить своими глазами и мозгом, а не то, что обязательно существует в реальности.

Каково разрешение человеческого глаза?

Поскольку человеческий глаз вообще не видит пиксели, их довольно сложно сравнивать с цифровым дисплеем.

Но пытливые умы хотят знать, если вы может сравнить их, сколько пикселей, вероятно, будет иметь человеческий глаз? Оказывается, кто-то умный использовал довольно сложную математику и (при условии зрения 20/20) получил 576 мегапикселей. 576 мегапикселей — это примерно 576 000 000 отдельных пикселей, поэтому на первый взгляд может показаться, что мы можем увидеть гораздо больше, чем может предложить 8K-телевизор. Но это не так просто. Например, мы видим в разрешении 576 мегапикселей, когда наши глаза двигаются, но один взгляд будет только около 5-15 мегапикселей.

Более того, у ваших глаз от природы много недостатков, которых нет у камеры или цифрового экрана. Например, у вас есть встроенное слепое пятно, где зрительный нерв встречается с сетчаткой. У вас также могут быть нарушения рефракции, такие как близорукость или дальнозоркость. Вы также могли родиться с (на первый взгляд) сверхмощными глазами, как у тетрахроматов: у людей с четырьмя колбочками в глазах вместо трех. Это означает, что они могут видеть гораздо больше цветовых оттенков и, следовательно, при взгляде на телевизор потенциально могут различать гораздо больше, чем средний человек.

Стоит ли покупать новый 8K-телевизор или подождать?

Наверное, первый вопрос, который мы должны были задать: есть ли что смотреть в 8K? Ответ не очень. Голливудские режиссеры использовали камеры 8K, и даже было выпущено несколько фильмов 8K, которые можно было посмотреть в кинотеатрах, например, Guardians of the Galaxy Vol. 2 . В Японии сеть NHK TV иногда вещает в формате 8K, но их можно увидеть только в некоторых кинотеатрах по всей стране.

На выставке Consumer Electronics Show 2018 (CES) бренды с 8K-телевизорами должны были отображать статические изображения или очень короткие зацикленные видеоролики, чтобы продемонстрировать весь эффект 8K, поскольку готового контента для показа было не так много.

Можем ли мы видеть дальше 8К?

Итак, если вам интересно, могут ли ваши потенциально сверхвысокие 576-мегапиксельные глаза видеть больше, чем может предложить 8K-телевизор, рассмотрите этот эксперимент: представьте, когда вы находитесь на пляже. Если вы посмотрите на ближайший к вам песок, вы легко сможете сосчитать отдельные песчинки, верно? Но чем дальше вы смотрите, тем сложнее или невозможным это становится. Это потому, что расстояние играет огромную роль в нашем разрешении.

Поскольку в игру вступает очень много переменных, нет однозначного ответа «да» или «нет» на вопрос «можем ли мы видеть в 8K?» Теоретически на некотором расстоянии это возможно, да. Если вы хотите получить общее представление о том, каким может быть это расстояние, вы можете указать размер экрана вашего телевизора в калькуляторе домашнего кинотеатра Карлтона Бэйла. Например, для 50-дюймового 8K-телевизора вам нужно будет сидеть на расстоянии не более двух футов от него, чтобы полностью оценить его воздействие.

Хотя то, что технологии продолжают совершенствоваться, впечатляет, есть много вещей, которые нужно учитывать, прежде чем тратить деньги на этот новый телевизор, здоровенный ценник (более 15 000 долларов!), возможно, он является одним из них!

Если вы в настоящее время носите очки или контактные линзы, вы можете получить встроенную четкость HD всего за 490 долларов за глаз. Узнайте, заказав у нас бесплатную, ни к чему не обязывающую консультацию.

Фотография Clarkvision — Разрешение человеческого глаза

Фотография Clarkvision —
Разрешение человеческого глаза

Содержание

Примечания о разрешающей способности 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 было определено Кенигом (1897 [да, это 1897 год] 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
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), острота зрения измеряется
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.
(Справка:

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.