İnsan gözü, modern kameralarla ve merceklerle nasıl karşılaştırılır?


23

Fotoğrafçılığın çoğunda amaç, o anda orada olan bir kişinin görebileceğini andıran bir manzara sunmaktır. Bunun dışında bilerek çalışırken bile insan vizyonu fiili temeldir.

Bu nedenle, gözün kamera teknolojimizle nasıl karşılaştırılacağı hakkında bir şeyler bilmek faydalı görünüyor. Psikoloji, örüntü tanıma ve renk algısı konularını mümkün olduğunca bir kenara bırakmak (çünkü bu ayrı bir soru!), İnsan gözü modern bir kamera ve mercekle nasıl karşılaştırılır?

Etkili çözünürlük nedir? Görüş alanı? Maksimum (ve minimum) açıklık? ISO denkliği? Dinamik aralık? Deklanşör hızına eşdeğer bir şeyimiz var mı?

Hangi yapılar bir kamera ve merceğin parçalarına doğrudan benzemektedir (öğrenci ve iris, örneğin) ve hangi özellikler benzersiz bir şekilde insandır (veya kameralarda bulunur ancak biyoloji yoktur)?


+1 de ilgileniyorum. Sorunun bazı kısımları daha başka bazı özel sorularda zaten cevaplandı!
JoséNunoFerreira

1
İlk soruyu yaptım, ancak bazı kullanıcılar öznelliklerinden şikayet etmeye başladıkları için kendimi sildim. Hiç kimsenin şikayet etmeyeceği şekilde aynı soruyu sorabildiğinize sevindim!
tomm89,

1
Bu ilginç bir sorudur ama sonuçta elmaları ve portakalları karşılaştırmak gelir. İnsan gözü, insanların binlerce yıl boyunca karşılaştığı gündelik durumlarla başa çıkmak için büyük ölçüde gelişmiştir. Ayrıca, göz kendi başına, modern bir kamera / mercek sistemine benzemez - beynini de eklemelisin (bu çok daha fazla benzemez), bu noktada kameranın uyum, hız, kullanışlılık gerekçesiyle kaybedeceği, Ayrıca, bir kameranın ürettiği şeyin gözle / beyin olmadan anlamlı bir şey olarak yorumlanmasında yararsız olduğunu da unutmayalım.
Nick

2
@Nick - Kesinlikle! Sorunun amacı bu kadar. Elma ve portakal, unutma olabilir birçok farklı anlamlı şekillerde karşılaştırılabilir. Farklı renkler, farklı lezzetler, farklı
dokulara

1
Bu soruların tümü konu dışı olarak işaretlendi, ancak bunun doğru olduğundan emin değilim. Vizyon, her fotoğrafçının çalışmasında kilit bir faktördür ve herkes bu konulara ilgi duymasa da, çoğumuz. Özellikle bu forumlarda birçok teknik ve bilim türümüz olduğu göz önüne alındığında konuyla ilgili bir tartışma olduğunu düşünüyorum. Sorular özellikle fotoğrafçılıkla ilgilidir, insanlar onlara cevap veriyor ve kapatılacak oy yok.
jrista

Yanıtlar:


11

İnsan gözü , modern kamera lensleriyle karşılaştırıldığında gerçekten berbat.

İnsan görsel sistemi ise modern kamera sistemlerini (objektif, sensör, bellenim) çok uzak.

  • İnsan gözü sadece merkezde keskindir. Aslında, fovea olarak bilinen çok küçük bir noktada sadece keskin , bu da çapı toplam görüş açımızın yüzde birinden az. Bu yüzden bazı ciddi köşe yumuşaklığı oluyor.

    Bununla birlikte, insan beyni bunu düzeltebilir. Göze bir sahnenin her yerinde çok hızlı hareketler yapma talimatını verir, böylece ortadaki keskin kısım dart alır. Daha sonra beyin vücutta harika bir görüntü sabitleme özelliğine sahiptir, çünkü tüm bu hızlı hareketleri alır ve onları keskin, keskin bir sahne yapmak için bir araya getirir - en azından etraftaki dart sırasında gözlerin indiği tüm bitler keskin olacaktır.

  • İnsan gözü ışığa karşı oldukça hassastır, ancak düşük ışık seviyelerinde hiçbir renk bilgisi mevcut değildir. Buna ek olarak, merkezdeki keskin kısım (fovea) ışığa karşı daha az hassastır.

    Teknik olarak, göz, üç renk (kırmızı, yeşil, mavi) için koni adı verilen ayrı fotoğraf alanlarına ve yalnızca siyah beyaza yakalayan, ancak çok daha etkili olan çubuklar adı verilen farklı türde bir fotoğraf alanına sahip olduğu için.

    Beyin gün boyunca mükemmel bir tam renkli görüntü oluşturmak için bunları birbirine bağlar, ancak gerçekten, gerçekten karanlık olsa bile, tüm çubukların yaptığı yumuşak, renksiz bir görüntü ortaya çıkar.

  • Gözde yalnızca bir mercek elemanı bulunur ve mor saçak şeklinde korkunç renk sapmaları oluşturur.

    Aslında, bu saçak, hepsi ışığın çok kısa dalga boylarında. İnsan görsel sistemi bu mavilere ve menekşelere karşı en az hassastır. Buna ek olarak, birkaç şekilde var olan saçaklamayı da düzeltebilir. Birincisi, çünkü insan görme sistemi sadece ortada keskin ve en az renk sapmalarının olduğu yer burası. Ve ikincisi, çünkü renk çözünürlüğümüz (foveanın dışında) parlaklık özünürlükten çok daha düşüktür ve beyin parlaklığı belirlerken mavi kullanma eğiliminde değildir.

  • Üç boyutta görebiliriz. Bu kısmen çünkü iki gözümüz var ve beyin aralarındaki yakınsama ile ilgili şaşırtıcı hesaplamalar yapabiliyor. Ancak, bundan daha da ileri; Stereo görüşten elde ettiğiniz "3D efekti" nin yanı sıra, beyin sahnenin iki boyutlu bir fotoğrafına bakarken bile sahneleri üç boyutlu olarak yeniden oluşturabilir. Bunun nedeni tıkanma, gölgeler, perspektif ve boyut ipuçları gibi ipuçlarını anlaması ve tüm bunları sahneyi 3B alan olarak bir araya getirmek için kullanmasıdır. Uzun bir koridorun fotoğrafına baktığımızda, stereo vizyonumuz olmasa da, koridorun bizden uzağa uzandığını görebiliriz, çünkü beyin perspektifi anlar.


Kör nokta bahsetmek de ilginçtir
clabacchio

10

( Wikipedia makalesinden çok yardımı ile )

Gözlerimiz 2 lens sistemidir, birincisi dıştaki gözümüz, ikincisi de gözümüzün içindeki lens. Gözlerimizin odak uzaklığı yaklaşık 22-24 mm'dir. Merkeze yakın kenarlardakinden çok daha yüksek çözünürlük var. Çözünürlük, görüntünün neresine baktığınıza bağlı olarak önemli ölçüde değişir, ancak merkezi bölgede yaklaşık 1,2 yay / çizgi çifti civarındadır. Yaklaşık 6-7 milyon sensörümüz var, bu yüzden 6-7 megapikselimiz var, ancak bunlar biraz farklı. Renk detektörlerinin deseni çok düzgün değildir, merkezde çevresel görüşe göre farklı renk algılama yetenekleri vardır. Görüş alanı merkezden yaklaşık 90 derecedir.

İlginç bir nokta, insan gözünün hiçbir zaman tam bir “Anlık Görüntü” oluşturmaması, ancak daha çok sürekli bir sistem olmasıdır. Bunu söylemek çok zor olabilir, çünkü beynimiz bunu düzeltmekte çok iyidir, ancak sistemimiz fotoğrafçılığa bir sızdıran kova yaklaşımından daha fazladır, ancak bir dijital video kameraya tam olarak benzemez.

"Normal" lens genellikle insan odağının birincil alanını temsil etmek üzere seçilir, bu nedenle farklılıklarını açıklar.

Kameraların farklı sensör türleri vardır, ancak bunlar genellikle sensörün etrafına eşit bir şekilde yayılır. Sensör daima düzdür (İnsanın sensörü kavislidir), potansiyel olarak kenar bozulmalarına neden olur. Çözünürlük, insan vizyonunun verildiği biçimde elde edilmesi zor ve bir şekilde merceğe bağlı, ancak insan gözünün odağının merkezinde daha fazla çözünürlüğe sahip olduğu, ancak çevre alanlarda daha az olduğu güvenli bir şekilde söylenebilir.


1
Diğer cevaplarımdan biri üzerinde biraz tartışılan çözüme ilişkin olarak, bir derecenin 1 / 60'ı (1 arcminute) 20/20 vizyonu içindir. Bu çoğu insan için “normal” olsa da, 20/10 yetişkin olarak gören milyonlarca insan var. Çocuklar ayrıca daha iyi bir keskinliğe, 20/10 veya 20/8 aralığında, yani 0,4 - 0,75 civarındadır.
jrista

Dış gözün düşük performans göstermesi o kadar da değil, farklı bir iş yapıyor. Görüş alanının merkezi, ince görüşümüzün olduğu yerdir, dıştaki göz ise düşük ışıklı durumlar için daha iyidir.
Zachary K

5

Pixiq konuyla ilgili çok ilginç bir makale yayınladı, birkaç gün önce yayınlandı: http://web.archive.org/web/20130102112517/http://www.pixiq.com/article/eyes-vs-cameras

ISO denkliği, odaklanma, diyafram açıklığı, enstantane hızı vb. Hakkında konuşuyorlar. Tartışmaya tabi, ama yine de okumak ilginç.

Gözün kendisi iyi bir teknoloji parçası ama beyin parçaları bir araya getirme işinin çoğunu yapıyor. Örneğin, çok büyük bir dinamik aralığı algılayabiliriz, ancak bunun nedeni, beynin farkına varmadan, farklı bölgeleri bir araya getirmesidir. Çözünürlük için aynı, göz merkezde iyi çözünürlüğe sahip, ancak gerçekten her yerde yeterince performans sergiliyor. Beyin bizim için detayları toplar. Renkler için aynı, sadece merkezdeki renkleri algılıyoruz, ancak beyin merkez kapsamı dışına çıktığında renk bilgisini önbelleğe alarak bizi kandırıyor .


1

Size bir soru sorayım: Vinil plakun bit hızı ve bit derinliği nedir?

Kameralar, CCD'lerine yansıtılan görüntüyü mümkün olduğu kadar inançlı şekilde üretmek için tasarlanmış cihazlardır. İnsan gözü, amacı sadece hayatta kalmayı geliştirmek olan gelişmiş bir cihazdır. Oldukça karmaşık ve çoğunlukla sezgisel olarak davranıyor. Çok az benzerlikleri var:

  • Işık odaklama için optik yapı
  • Yansıtılan ışığı algılamak için alıcı bir zar

Retinanın fotoreseptörleri

Gözün kendisi olağanüstü değil. Milyonlarca fotoreseptörümüz var, ancak beynimize fazladan (ve aynı zamanda belirsiz!) Girdiler sağlıyorlar. Çubuk fotoreseptörleri ışığa karşı oldukça hassastır (özellikle spektrumun mavimsi tarafında) ve tek bir fotonu algılayabilir . Karanlıkta, scotopic vision adı verilen bir modda oldukça iyi çalışırlar. Alacakaranlıkta olduğu gibi parlaklaştıkça, koni hücreleri uyanmaya başlar. Koni hücreleri ışığı algılamak için minimum 100 foton gerektirir. Bu parlaklıkta, hem çubuk hücreler hem de koni hücreleri, mezopik görme denilen bir modda aktiftir. Rod hücreleri şu anda az miktarda renk bilgisi sağlar. Parlaklaştıkça, çubuk hücreleri doygun hale gelir ve artık ışık detektörleri olarak işlev göremez. Buna fotografik görme denir ve sadece koni hücreleri işlev görür.

Biyolojik materyaller şaşırtıcı şekilde yansıtıcıdır. Hiçbir şey yapılmazsa, fotoreseptörlerimizden geçen ve gözün arkasına çarpan ışık, açılı olarak yansıtacak ve çarpık bir görüntü oluşturacaktır. Bu, melanin kullanarak ışığı emen retinadaki son hücre tabakası ile çözülür. Mükemmel gece görüşü gerektiren hayvanlarda, bu katman kasıtlı olarak yansıtıcıdır, bu nedenle fotoreseptörleri özleyen fotonlar geri dönerken onları vurma şansına sahiptir. Bu yüzden kedilerin yansıtıcı retinası var!

Bir kamera ve göz arasındaki diğer bir fark, sensörlerin bulunduğu yerdir. Bir kamerada, hemen ışık yolunda bulunurlar. Gözünde her şey geriye doğru. Retina devredir arasındaki fotonlar, tüm hücreleri sıralar ve kan damarlarının bir tabakası boyunca geçmeden önce son olarak bir çubuk ya da koni isabet gerekir, böylece, ışık ve fotoreseptörleri. Bu, ışığı hafifçe bozabilir. Neyse ki, gözlerimiz otomatik olarak kendilerini kalibre ediyor, bu yüzden ileri ve geri sıçrayan parlak kırmızı kan damarlarıyla bir dünyaya bakıp kalmıyoruz!

Gözün merkezi, tüm yüksek çözünürlüklü alımların gerçekleştiği yerdir, çevre giderek daha az ve daha az renk körü (az miktarda ışığa ve harekete daha duyarlı olmasına rağmen) daha az ve daha az hassas olur. Beynimiz, dünyadan en fazla ayrıntıyı alabilmemiz için gözlerimizi çok karmaşık bir düzende hızlı bir şekilde hareket ettirerek ele almaktadır. Bir kamera aslında benzer, ancak bir kas kullanmak yerine, her bir CCD reseptörünü sırayla hızlı bir tarama düzeninde örnekler. Bu tarama sakkadik hareketimizden çok daha hızlı, ancak bir seferde sadece bir piksel ile sınırlı. İnsan gözü daha yavaştır (ve tarama ilerici ve ayrıntılı değildir), ancak bir kerede çok daha fazla zaman alabilir.

Retinada ön işleme

Retinanın kendisi aslında oldukça fazla ön işleme yapıyor. Hücrelerin fiziksel düzeni, en alakalı bilgileri işlemek ve çıkarmak için tasarlanmıştır.

Bir kameradaki her piksel 1: 1 oranında saklanan dijital pikseli haritalayana (en azından kayıpsız bir görüntü için) sahip olsa da, retinamızdaki çubuklar ve koniler farklı davranır. Tek bir "piksel" aslında alıcı alan adı verilen bir fotoreseptör halkasıdır. Bunu anlamak için, retinanın devrelerinin temel bir anlayışı gereklidir:

retina devresi

Ana bileşenler, her biri tek bir bipolar hücreye bağlanan ve ardından optik sinirden beyine ulaşan bir gangliona bağlanan fotoreseptörlerdir. Bir ganglion hücresi, bir orta çevre alıcı alan adı verilen bir halkada, birden fazla bipolar hücreden girdi alır. Halka ve halkanın çevresinin karşıt gibi davranması durumunda merkez. Merkezi aktive eden ışık gangliyon hücresini uyarır , oysa çevreleyen aktive edici ışık onu inhibe eder (merkezde, çevresel olmayan bir alan). Bunun ters çevrildiği ganglion hücreleri de vardır (merkezden uzak, ortada).

alıcı alanlar

Bu teknik keskin bir şekilde kenar algılamayı ve kontrastı iyileştirerek işlemdeki keskinliği feda eder. Bununla birlikte, alıcı alanlar arasındaki örtüşme (tek bir fotoreseptör, çoklu ganglion hücrelerine girdi olarak davranabilir), beynin gördüklerini ekstrapolasyon yapmasına izin verir. Bu, beyne doğru ilerleyen bilgilerin zaten, optik sinire doğrudan bağlanan bir beyin-bilgisayar arayüzünün tanıyabildiğimiz hiçbir şeyi üretemediği noktaya kadar yüksek oranda kodlandığı anlamına gelir. Bu şekilde kodlanmıştır, çünkü diğerlerinin de söylediği gibi, beynimiz inanılmaz post-işlem kabiliyeti sağlar. Bu doğrudan gözle ilgili olmadığı için, onları fazla ayrıntılandırmayacağım. Temelleri, beynin, her biri korteksin daha derin bölgelerinde, her bir çizgiyi (kenarları), daha sonra uzunluklarını, sonra hareket yönlerini tespit etmesidir,sırasıyla yüksek çözünürlüklü renk ve hareketi işlemeye yarayan ventral dere ve dorsal dere .

kenar kontrastı

Fovea centralis Diğerleri işaret olarak bizim keskinliğinin en nereden geldiğini olduğu, gözün merkezi olup. Yalnızca koni hücreleri içerir ve retinanın geri kalanından farklı olarak gördüğümüze 1: 1 eşlemesi vardır. Tek bir koni fotoreseptörü, tek bir gangliyon hücresine bağlanan tek bir bipolar hücreye bağlanır.

Gözün özellikleri

Göz bir kamera olarak tasarlanmadığından, bu soruların birçoğunu istediğiniz gibi cevaplamanın bir yolu yok.

Etkili çözünürlük nedir?

Bir kamerada oldukça düzgün bir doğruluk var. Çevre, merkez kadar iyidir, bu yüzden bir kamerayı mutlak çözünürlükle ölçmek mantıklıdır. Öte yandan göz sadece bir dikdörtgen değildir, aynı zamanda gözün farklı kısımları da farklı doğrulukta görür. Çözünürlük ölçmek yerine gözler en çok VA'da ölçülür . Ortalama 20/20 VA. 20/200 VA, sizi yasal olarak kör eder. Diğer bir ölçüm LogMAR'dır , ancak daha az yaygındır.

Görüş alanı?

Her iki göze de bakıldığında, 210 derece yatay görüş alanına ve 150 derece dikey görüş alanına sahibiz. Yatay düzlemde 115 derece dürbün görme yeteneğine sahiptir. Ancak, yalnızca 6 derece yüksek çözünürlüklü görüş sağlar.

Maksimum (ve minimum) açıklık?

Tipik olarak, öğrenci 4 mm çapındadır. Maksimum aralığı 2 mm ( f / 8,3 ) ila 8 mm'dir ( f / 2,1 ). Bir kameradan farklı olarak, pozlama gibi şeyleri ayarlamak için açıklığı manuel olarak kontrol edemiyoruz. Gözün arkasındaki küçük ganglion, siliyer ganglion, göz bebeğini ortam ışığına göre otomatik olarak ayarlar.

ISO denkliği?

Her birini farklı hassasiyete sahip iki fotoreseptör tipimiz olduğundan, bunu doğrudan ölçemezsiniz. En azından, tek bir fotonu tespit edebiliyoruz (bu, retinaya isabet eden bir fotonun bir çubuk hücreye çarpacağını garanti etmiyor). Ek olarak, 10 saniye boyunca herhangi bir şeye bakarak hiçbir şey kazanmıyoruz, bu nedenle ekstra pozlama bizim için çok az şey ifade ediyor. Sonuç olarak, ISO bu amaç için iyi bir ölçüm değildir.

Astrofotograflardan tahmin edilen bir oyun sahası tahmini 500-1000 ISO gibi görünüyor, gün ışığı ISO değeri 1 kadar düşük. Ancak yine de bu, göze uygulanacak iyi bir ölçüm değil.

Dinamik aralık?

Gözün dinamik aralık kendisi farklı faktörler scotopic, mezopik ve fotopik vizyon için devreye giriyor gibi dinamiktir. Bu , insan gözünün dinamik aralığı dijital kameralarla karşılaştırıldığında nasıl iyi bir şekilde araştırılıyor gibi görünüyor. .

Deklanşör hızına eşdeğer bir şeyimiz var mı?

İnsan gözü daha çok bir video kamera gibi. Her şeyi bir kerede alır, işler ve beyne gönderir. Deklanşör hızına (veya FPS) en yakın eşdeğeri , Titreme Füzyon Hızı olarak da adlandırılan CFF veya Kritik Füzyon Frekansı'dır. Bu, artan temporal frekanslı kesintili ışığın, tek bir katı ışığa karıştığı geçiş noktası olarak tanımlanır. CFF, çevremizde daha yüksektir (bu nedenle bazen eski floresan ampullerin titremesini yalnızca dolaylı olarak bakarsanız titreşir), ve parlak olduğunda daha yüksektir. Parlak ışıkta, görsel sistemimiz 60 civarında bir CFF'ye sahiptir. Karanlıkta, 10'a kadar düşebilir.

Yine de bu bütün hikaye değil, çünkü bunun çoğu beyindeki görsel sebattan kaynaklanıyor . Gözün kendisi daha yüksek bir CFF'ye sahiptir (şu anda bir kaynak bulamıyorum, ancak 100'ün büyüklüğünde olduğunu hatırlıyor gibiyim), ancak beynimiz işlem yükünü azaltmak ve bize daha fazla zaman vermek için bir araya geliyor geçici bir uyarıcıyı analiz etmek.

Bir kamerayla gözü karşılaştırmaya çalışıyor

Gözler ve kameralar, yüzeysel olarak aynı şeyi yapsalar bile, tamamen farklı amaçlara sahipler. Kameralar kasıtlı olarak belirli ölçüm türlerini kolaylaştıran varsayımlar etrafında inşa edilmiştir, oysa gözün evrimi için böyle bir plan yapılmamıştır.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.