Ay sadece 60 piksel mi?

Vizyon araştırması yaparken, "20/20" vizyonunun, detayları 1 büyüklüğünde, çoğu insanın 20/15 civarında görme yeteneğine sahip olduğunu ve fizyolojinin sınırlarından dolayı olduğunu görmeme keskinliğine karşılık geldiğini öğrendim. temelde hiç kimse 20/10 görüşünden daha iyi bir görüşe sahip değildir. Bu, büyüklüğü yaklaşık 0.5 arcminute olan detayların çözülmesinde üst sınırdır.

Wikipedia'ya göre, çıplak gözle görüldüğünde ay yaklaşık 30 yay genişliğindedir .

Bunları bir araya getirin ve çıplak gözle aya bakarken, hiç kimsenin ayın 60 × 60 görüntüsünde

göründüğünden daha fazla ayrıntı göremediğini ve ortalama bir insandan daha fazla ayrıntı göremediğini söylüyor gibi görünüyor. 40 × 40 versiyonunda

Bunlar monitörümde çok küçük görünüyor. Bu gerçekten ayın üzerinde çıplak gözle görebildiğim tüm detaylar olabilir mi?

Bana o kadar uzak gelmedi. İnsan gözü ve bilgisayar monitörü arasındaki farklar nedeniyle, birkaç piksel uzakta olabilirsiniz, ancak büyüklük sırası doğru görünüyor - resimlerinizdeki, yakından bakıldığında, az ya da çok gördüğümde detaylar dolunağa bak.

Elbette, kendiniz kolayca test edebilirsiniz: ay doluyken karanlık bir geceye dışarı çıkın ve çıplak gözünüzle görünmeyen herhangi bir ayrıntıyı (büyütme altında bile) ölçeklendirebilir misiniz? görüşünüzü eşleştirin. Görmen mümkün olabilir şüpheli bazı ama çok daha fazlası, (ay mükemmel dolu değilse, özellikle terminatör yakın) fazladan detay.

Daha objektif bir test için, teleskopun icadından önce gökbilimciler tarafından yapılan ayın eski haritalarını veya eskizlerini aramaya çalışabiliriz ki bu muhtemelen çıplak insan gözünün çözebileceği sınırını temsil etmelidir. ( O günlerde bir astronom olmak için iyi bir görüş sahibi olmanız gerekiyordu .)

Ne yazık ki, erken 1600'lerde teleskobun icadı onlar gördüklerini her astronom teleskopla aya bakıp eskiz için acele Galileo kendisi başlayarak, ay çizimler gerçek bir sel getirdi ederken, çıkıyor çok az astronomik (tamamen sanatsal olanın aksine) ayın çizimleri bu dönemin öncesinden bilinmektedir. Görünüşe göre, bu ilk astronomlar dikkat çekici derecede doğru yıldız çizelgeleri derlemek ve çıplak gözle gezegensel hareketleri izlemekle meşgulken, ayın nasıl göründüğünü bilmek istiyorsanız, ayın doğru bir resmini çekmenin önemli olduğu düşünülmeyen bir şey var. tek yapman gereken kendine bakmaktı.

Belki de bu davranış kısmen, Aristoteles'in etkisiyle, dünyevi yolsuzluk ve kusurların aksine cenneti düzen ve mükemmellik bölgesi olarak kabul eden o zamanki felsefi görüşlerle açıklanabilir. Dolayısıyla, ayın karşısındaki açıkça görülebilen “noktalar” esasen felsefi utanç verici bir şey olarak kabul edildi - çalışılacak veya kataloglanacak bir şey değil, sadece açıklanacak bir şey.

Aslında, çıplak gözle yapılan gözlemlere dayanarak çizilen ilk ve son bilinen "ay haritası" William Gilbert (1540-1603) tarafından çizildi ve ölümünden sonra yayınlanan eseri De Mundo Nostro Sublunari'ye dahil edildi . Yukarıda gösterilen küçük 40 x 40 piksel görüntüyle karşılaştırıldığında haritasının gerçekte ne kadar az ayrıntı içerdiği oldukça dikkat çekicidir:

^{Solda: William Gilbert'in The Galileo Project'ten ayın haritası ; Sağ: dolunay fotoğrafı, 320 piksele kadar geriye ve geriye 40 piksele kadar ölçeklendi.}

Gerçekten de, Galileo Galilei'nin 1610'da ünlü Sidereus Nuncius'unda , teleskopik gözlemlerine dayanarak dikkat çeken Ay'ın çizimleri bile daha iyi değil; Terminatörün yanında çok az ayrıntı gösterirler ve buradaki birkaç detay hayali sınırsızdır. Belki de, doğru astronomik tasvirlerden ziyade "sanatçının izlenimleri" olarak kabul edilirler:

^{Galileo'nun, eski teleskopik gözlemlere dayanan, Sidereus Nuncius'tan (1610) Wikimedia Commons aracılığıyla yaptığı ay çizimleri . Tasvir edilen detaylardan herhangi biri varsa, gerçek ay özelliklerine güvenle eşleştirilebilir.}

Erken teleskopik gözlemlere de dayanan ayın çok daha doğru çizimleri, aynı zamanda Thomas Harriott (1560-1621) tarafından üretildi, ancak çalışmaları ölümünden çok uzun zamana kadar yayınlanmadan kaldı. Harriott'ın haritası gerçekte yaklaşmaya başlar ve bazı açılardan, örneğin Maria'nın şekillerini göreceli olarak doğru bir şekilde gösteren yukarıdaki 60 piksel fotoğrafın detay seviyesini aşıyor. Bununla birlikte, birkaç ay döngüsü boyunca teleskop kullanan geniş gözlemlere dayandığı tahmin edilmektedir (örneğin kraterlerin sonlandırıcıya yakın olduklarında daha net görülebilmesine olanak tanımaktadır):

^{Sol: Thomas Harriott'un ay haritası, tarihsiz fakat muhtemelen çizilen c. Chapman, A.'dan alıntılanan ilk teleskopik gözlemlere dayanan 1610-1613'te "Yeni bir algılanan gerçeklik: Thomas Harriot'un Ay haritaları" , Astronomi ve Jeofizik 50 (1), 2009; Sağ: dolunay'ın yukarıdaki gibi aynı fotoğrafı, 60 piksele kadar ölçeklendirildi ve 320 piksele kadar geri çekildi.}

Dolayısıyla, bu tarihsel basıma dayanarak, yukarıdaki soruda gösterildiği gibi ayın 40 piksel görüntüsünün gerçekten de yardımsız bir gözlemcinin görebileceği detay seviyesini oldukça doğru bir şekilde temsil ettiği, 60 piksel görüntüsünün ise detay ile eşleştiği sonucuna varabiliriz. 1600'lerin başlarında ilkel bir teleskop kullanarak bir gözlemcinin görebildiği seviye.

Kaynaklar ve daha fazla okuma:

• Kopal, Zdeněk (1969). "Ayın En Eski Haritaları" . Ay , Cilt 1, Sayı 1, sf. 59–66. SAO / NASA Astrofizik Veri Sistemi'nin (ADS) izniyle.
• Van Helden, Al (1995). "Ay" . Galileo Projesi (web sitesi).
• Ay ve Selenography hakkındaki Wikipedia makaleleri .

Evet ve hayır.

Evet, Ay'ın görünen büyüklüğünün 30 yay olduğu doğrudur. Çoğu insanın görme keskinliğinin 1 ark olduğu doğrudur. Dolayısıyla, Ay'da görebileceğiniz en küçük ayrıntıların açısal boyutunu alırsanız ve düz bir sıraya dizilmiş olanlardan bir demet koyarsanız, bir düzine bir düzine kadar bir Ay çapına yayılabiliyorsunuz. Bu anlamda haklısın.

Ancak, durumu bir bilgisayar ekranında yeniden oluşturmaya çalıştığınızda, karşılaştırma bozulur. Öncelikle, göz "piksel" olarak görmüyor. Çoğu optik sistemde olduğu gibi, çok küçük detaylar alan ve onları daha büyük bir noktaya sürükleyen nokta yayma işlevi vardır . Gözün çözünürlüğü piksel boyutu değil, nokta yayma fonksiyonundan çıkan zil eğrisinin boyutu, yumuşak kenarları olan ve yuvarlak olan ve her yerde ve sabit olmayan, kenar eğrisidir.

Karşılaştırmada, daha büyük olan bu noktanın boyutunu dijital ekrandaki piksel boyutuyla özümsersiniz. Ama bu aynı değil. Bu küçük resimlerdeki piksel ızgarası sabittir, yani pikseller arasına düşenler sonsuza dek kaybolur. Aliasing, orjinal görüntüde olmayan eserleri müdahale eder ve yaratır. Monitörün dinamik aralığı, gözün dinamik aralığı ile aynı değil (göz çok daha iyi). Monitördeki renk ve parlaklık seviyeleri ayrıyken, göz bunları bir devamlılık olarak görüyor. Son olarak, beyninizdeki görsel merkez, canlı düzeltme için akıllı düzeltme algoritmaları uygulayan güçlü bir bilgisayar gibidir.

Liste uzayıp gidiyor. Sonuç olarak, tüm bu efektler birleştirir ve gönderdiğiniz ölü, donmuş küçük resimlerden biraz daha zengin bir canlı görüntü algılamanıza izin verir. Çok daha iyi değil, biraz daha iyi. Gözün sınırlamaları "çözebileceği" gibi değil, ancak büyük bir görüntüyü bilgisayar ekranındaki küçük bir sabit piksel ızgarasına küçültürken çok fazla kaybedeceğiniz gibi.

Bir bilgisayar ekranında gerçekliği yeniden oluşturmak çok zor. Çok daha iyi bir yol, 2000px'in 2000px'lik Ay görüntüsünü almak, onu büyük bir süper HD monitöre koymak ve bu görüntünün görünen boyutunun 30 arkmin olduğu noktaya geri götürmek olacaktır. Bunun orijinal sorgunuz bağlamında tatmin edici görünmediğini biliyorum, ancak bu çok daha iyi bir simülasyon.

Herhangi bir sürekli optik sistemin (teleskop gibi) çözünürlüğünü sabit bir dijital ızgaraya (kamera gibi) eşleştirmeye çalıştığınızda da benzer sorunlar ortaya çıkar.

Diyelim ki piksel boyutu 4 mikron olan bir sensör kullanıyorsunuz. Teleskopunuzun ana odakta 4 mikrona eşit doğrusal çözünürlüğe sahip olduğunu varsayalım. Söylemeye özendirilmiş olabilirsiniz - harika, sensör teleskopla eşleşiyor, değil mi?

Şey, tam olarak değil. Bu olduğunda, aslında biraz çözünürlük kaybedersiniz. Görüntü iyi, ancak gerçekten olması gerekenden biraz daha yumuşak. Bir süre önce çektiğim Ay görüntüsünü, yukarıda belirtilen parametreleri tam olarak gösteren bir sistemle aşağıya bakın.

Biraz yumuşak olduğunu söyleyebilirsin, aslında piksel kadar değil. Türbülans ayrıca bir rol oynar, ancak sorunun bir kısmı doğrusal çözünürlüğün piksel boyutuna eşit olmasıdır.

Aşağıdaki resme tıklayın ve yeni sekmede açın; tarayıcınız tekrar pencereye sığacak şekilde küçülürse, tam boyuta genişletmek için büyük resmi sol tıklayın - tam çözünürlüklü resmi görmek ve bahsettiğim etkileri fark etmek için bunu yapmanız gerekir. Buradaki küçük sürümde belirsizlik görünmüyor:

Örnek olarak, bu fenomenin etrafındaki yollardan biri, ana odakta doğrusal çözünürlük kamera piksel boyutundan çok daha büyük, belki 4x daha büyük olana kadar teleskoptaki görüntüyü bir korkaklıkla havaya uçurmaktır. Tüm işlemlerinizi yaparsınız, sonra isterseniz geri çekersiniz, daha net bir görüntü elde edersiniz. Birden fazla çerçeveyi istifleme ile birleştirdiğinizde genel kalite teleskopun teorik performansını% 100'e yakınlaştırabilir.

TLDR: Sürekli optik sistemler ve ayrık piksel ızgaraları çok farklı şeylerdir ve kolayca karşılaştırılamazlar.

Aya "canlı" baktığınızda, durağan bir görüntü göremezsiniz. Bir "video" görüyorsunuz: retinanız zaman içinde birden fazla görüntü topluyor. Bu pikseller dikkate alınmalıdır; Fazladan pikselleri tutarlar.

60x60 piksel görüntülerin hafifçe titreyen tripoda monte edilmiş bir kamera kullanarak bir sahnenin çekildiğini varsayalım. Çoklu görüntülerden daha yüksek çözünürlüklü bir görüntü yeniden oluşturulabilir.

Kare kare duraklatıldığında veya adım adım ilerlerken keskin görünümlü bir videonun nasıl bulanık görünebileceğini hiç fark ettiniz mi?

Bir kenara, hatırlanması gereken bir başka şey de, bir pikselin bir bilgi birimi olmadığıdır; Kaç tane bitin bir pikseli kodladığını belirtmezseniz. Farz edelim ki 60x60 puan, ancak sürekli genlik çözünürlüğü ve sıfır gürültü ile. 60x60 piksel görüntü daha sonra sonsuz bilgiler içerir (elbette, bitişik ayrıntıları çözme yeteneği hala sınırlıdır).

Tüm bu astronomik cevaplardan sonra bir tane bilgisayar ekleyeceğim.

Piksel, tüm monitörlerde aynı değildir. 1990'ların monitörünü alın ve en son akıllı telefon ekranını alın, 60 piksel aynı olmayacak.

Görme doğruluğuna göre piksel boyutunu nasıl hesapladınız?