Нажмите "Enter" для пропуска содержимого

Угол обзора глаз человека: «Какой угол зрения у человеческого глаза?» – Яндекс.Кью

Угол зрения у человека — что это такое и как его можно определить

Глаз человека – сложный орган, профилактике заболеваний которого нужно уделять достаточное внимание. Статья посвящена рассмотрению такой важной характеристике зрения, как угол зрения.

Сужение поля зрения является симптомом целого ряда опасных офтальмологических заболеваний. Поэтому нужно уделять внимание не только отслеживанию остроты зрения, но и периодическому обследованию поля зрения, с целью оценки состояния периферийного зрения и профилактики возможных проблем.

Зрение

Содержание

Строение глаза

Все оптические приборы в той или иной степени копируют строение человеческого глаза. Под определением «хорошо видеть» подразумевается способность:

  1. Фокусировать взгляд и различать предметы, находящиеся на расстоянии
  2. Ориентироваться в пространстве, оценивать пространство вокруг себя и своё положение в нём.

Мы видим внешнюю среду благодаря сложным процессам преломления света через естественные линзы – роговицу и хрусталик. Изображение, созданное преломлёнными лучами света, попадает на сетчатку.

С сетчатки сигналы уходят в головной мозг, где изображение обрабатывается и анализируется. Это очень упрощенная схема построения зрительного процесса.

Помимо этого, для понимания вопроса полезно также оговорить, что на угол обзора, хоть и незначительно, но влияет специфика расположения глаз. Это парный орган, который разделён естественным разграничителем – носом.

Также глаза имеют индивидуальное для каждого человека размещение на лице, которое характеризует расположением в глазнице и особенностями строения века.

В отличие от определения остроты зрения, где есть безусловный фиксированный стандарт, отклонение от которого однозначно указывает на проходящие в органе патологические процессы, какой у человека угол зрения и является ли это симптомом заболевания, врачи-офтальмологи определяют в каждом случае индивидуально, ориентируясь на стандарты.

Строение глаза

Соотношение понятий «угол зрения» и «поле зрения»

Между этими показателями качества зрения происходит путаница. В среде неспециалистов эти понятия считаются синонимами.

Научное определение звучит так: «угол зрения – это угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через оптический центр глаза». Давайте разбираться на примере из жизни, что это означает на практическом примере.

Вы стоите на улице и ждёте своего знакомого. Увидев его, концентрируете на внимание на нём, и, как только он подойдет на близкое – около метра – расстояние, ведите уже только его.

Когда вы только ожидаете друга, вы «сканируете» всю улицу. Несмотря на то, что цель охватить взглядом всю улицу не стоит, её прекрасно видно. И то, что находится прямо перед лицом, сбоку, линия горизонта, небо.

Это и есть поле зрения – совокупность всех видимых объектов при концентрации внимания на одной точке. То, что можно назвать «видимым пространством».

Но, стоит увидеть приближающегося знакомого, как по мере его приближения» видимое пространство начинает сужаться. При разговоре с человеком, который стоит на близком – от 40 до 100 сантиметров – расстоянии, мы часто видим лишь его «портретную зону» (голову и линию плеч) и всё, что попадает на задний фон.

Угол зрения e xtkjdtrf

Такое уменьшение пространства обусловлено изменением угла, под которым падает взгляд. Величину необходимого угла зрения задают два параметра:

  1. Размер предмета.
  2. Расстояние до предмета.

Широкий угол обзора позволит составить общую картину и об объекте, и о пространстве, в котором он находится. Узкий угол обзора даёт возможность ознакомиться с объектом детально, но восприятие пространства теряется.

Возвращаемся к нашему примеру. Увидев знакомого вдалеке, вы смотрите на него под широким обзорным углом: видите и знакомого, и улицу по которой он идёт, других пешеходов.

Но стоит ему подойти, а вашему зрению перейти на узкий угол обзора, как вы теряете из вида улицу, но можете отметить интересные детали его образа – новую стрижку или интересные пуговицы на рубашке.

Центральное зрение

Вывод: Широкий угол – видно много пространства, но мало деталей, узкий угол – видно мало пространства, но много деталей. Угол зрения человека характеризует поле зрения.

Виды зрения и методы его диагностики

Зрение человека разделяют на 2 вида:

  1. Центральное;
  2. Периферическое.

Центральное зрение – это то, что в простой речи, часто называют «остротой зрения». Отвечает за возможность видеть мелкие детали на расстоянии. Диагностируется посредством таблицы Сивцева (общеизвестная из-за повсеместного применения «ШБ-таблица») и её аналогов для дошкольного возраста.

Наиболее точный результат даст обследование на полностью автоматизированных аппаратах, которыми оснащены офтальмологические клиники.

Периферическое зрение – это пространство, которое видит человек, зафиксировав взгляд. Как можно видеть, определение периферического зрения полностью совпадает с определением поля зрения.

Человек имеет бинокулярное зрение, поэтому диагностика поля зрения проводится для каждого глаза отдельно, как для горизонтальной, так и для вертикальной плоскости.

Нормальный угол обзора для человека, который смотрит прямо перед собой двумя глазами:

  • В горизонтальной плоскости – 180 градусов;
  • В вертикальной плоскости – 150 градусов.

Периферическое зрение

При оценке поля зрения каждого глаза в горизонтальной плоскости это, это значение снижается:

  • До 55 градусов от точки фиксации до носа;
  • До 90 градусов от точки фиксации до виска.

Оценку периферийного зрения можно провести как поверхностную, с целью определения необходимости дальнейшего обследования, так и подробную, с целью составить подробную карту поля.

Для проведения быстрой оценки не требуется никаких особых инструментов. Достаточно наличия любого контрастного на фоне окружающей обстановки предмета: шариковой ручки или карандаша. Пациента просят зафиксировать взгляд, закрыть один глаз рукой, после чего медленно водят ручкой по основным линиям определения поля.

Если поверхностное обследование не выявляет выраженных отклонений от нормы (или подозрений о них), более подробное изучение не проводится.

Если есть необходимость в составлении подробной схемы поля, применяются механические и автоматизированные методы обследования – периметрия. Это наиболее распространённый в медицинских учреждениях общего профиля способ, для определения зрительного поля.

Периметрия

Аппарат, на котором проводят периметрия, чаще всего представляет собой полусферу или выгнутую дугой полосу шириной около 10 сантиметров белого или чёрного цвета, с фиксатором для подбородка и лба.

Сама процедура схожа с описанной выше, но для точной диагностики голова человека фиксируется на расстоянии 30-40 сантиметров от поверхности дуги. Движение указки контрастного цвета происходит по всем направлениям, с последовательным отклонением на 15 градусов. Результаты фиксируются на схеме.

Базовое исследование всегда проводится в бело-чёрной гамме, в случае необходимости тест может проводится с указкой нескольких базовых цветов (желтый, красный, синий, зелёный). Это связано со спецификой восприятия цвета человеческим глазом.

В связи с неравномерным распределением фоторецепторов по поверхности сетчатки глаза поле зрения в каждом цветовом спектре будет своё.

Самый узкое поле зрения у зелёного цвета, затем по мере расширения границ идут красный, жёлтый и синий цвет. Наиболее широкий спектр фиксируется человеческим глазом в чёрно-белом цветовом решении.

Кинетическая периметрия

Изменения в поле зрения: причины и симптомы

Выделяют две группы изменений в зрительном поле:

  1. Сужение угла зрения;
  2. Скотомы (слепые пятна).

Виды сужения по характеру изменения поля:

  1. Концентрическое – происходит сужение угла зрения по всему радиусу поля;
  2. Локальное – изменение происходит на отдельном участке радиуса, то есть в поле происходит локальная деформация.

Очаговая деформация угла обзора (скотома) – непреломление или искаженное преломление света, падающего под определёнными углами на отдельные участки оптического аппарата глаза.

При такой патологии предметы на отдельных участках поля зрения или размыты или просто не видны.

Основные причины, оказывающие влияние на зрительное поле:

  • Аденома гипофиза;
  • Бельмо;
  • Вегетососудистые нарушения;
  • Глаукома;
  • Дистрофия сетчатки;

Дистрофия сетчатки

  • Катаракта;
  • Макулодистрофия;
  • Отслойка сетчатки;
  • Помутнение стекловидного тела;
  • Птеригиум;
  • Склероз сосудов головного мозга.

Приведённый перечень наглядно показывает обширность заболеваний, влияющих на поле зрения. Изменения в углах зрения могут быть вызваны как самостоятельными локальными заболеваниями, так и быть следствием иных патологических процессов – проблем с центральной нервной системой или возникновением новообразований.

Поэтому важно уделять внимание не только остроте зрения, но и его широте, обращать внимание на проблемы с ориентированием в пространстве.

Отслоение сетчатки

Увеличиваем угол зрения

Поле зрения взрослого человека отличается от зрения ребёнка, угол обзора водителя выше, чем у ювелира. Угол зрения, как и многое в нашем организме, со временем адаптируется под конкретные условия жизни и требования профессиональной деятельности.

То есть, с этим показателем в определённых пределах можно работать. Наиболее ярким примером являются набравшие популярность школы скорочтения, главный принцип работы которых заключается в увеличении угла зрения и остроты периферического зрения человека.

Сейчас в практике улучшения угла зрения имеются как восточные, так и европейские методики, самыми распространёнными среди которых являются тибетская «метод ясного зрения» и таблицы Шульте.

Важно! Перед тем, как применять любые упражнения для глаз, стоит проконсультироваться с врачом-офтальмологом. Не все упражнения для глаз рекомендованы к выполнению людьми, имеющими проблемы с внутриглазным давлением.

Угол зрения (поле зрения) глаза человека

глазУгол обзора – это одна из главных функций в зрительной системе человека.

Такие нарушения приводят к развитию астигматизма, дальнозоркости и близорукости.

Люди часто сталкиваются с такими проблемами. Это сопровождается нарушением фиксации зрения на конкретном предмете. Поля зрения отвечают за возможность быстро ориентироваться в пространстве. Значения измеряют в градусах.

Важность поля зрения для человека

Поле зрения человека измеряют с помощью специальной диагностики. Любые нарушения часто развиваются на фоне заболеваний нервной системы или офтальмологических патологий. Локальное сужение возникает нарушением полей в конкретном участке. Границы зрения при этом остаются неизменными.

Развитие сужений различают с учетом степени поражения. Оно может быть незначительным, когда зрение ухудшается постепенно и несильно. При стремительном сужении развивается трубочное зрение. Человек при этом смотрит на предметы, как будто через трубу.

Угол обзора глаз человекаВажно учитывать, что такие нарушения могут поражать один или оба глаза. Разделяют их на симметричные и несимметричные. Причина также скрывается в ограниченном или функциональном зрении. 

Органические сужения полей сопровождаются нарушением ориентации в пространстве. Функционально приводит к нарушению восприятия размеров предметов. Это существенно влияет на трудовую деятельность человека и привычный образ жизни.

Центральное и периферическое зрение

Центральное зрение – одна из основных функций зрительной системы человека. За него отвечает центральная часть сетчатки. Такое зрение необходимо для анализа формы изображения, восприятия мелких деталей и остроту зрения. Оно непосредственно связано с углом зрения. Высокие его показания влияют на снижение остроты.

Периферийное зрение является определенной категорией, которая несет ответственность за определенные места сетчатки. Благодаря этому человек имеет возможность рассматривать предметы в темноте и видеть расположение объектов по бокам. При нормальном состоянии человек видит хорошо. Нарушения сопровождаются снижением остроты бокового зрения. На это могут влиять различные факторы.

В случае пропадания периферического обзора при нормальной остроте зрения человек не имеет возможности самостоятельно передвигаться. При хождении он будет спотыкаться об разные предметы и не сможет их увидеть, если они имеют большой размер.

Нормальные значения полей зрения

У каждого человека показатели полей зрения и угла обзора индивидуальные. На это могут влиять такие факторы:

  • особенности строения зрительных органов;
  • форма и размер век;
  • индивидуальные особенности глазных орбит.

Угол обзора также зависит от величины и расстояния предмета от глаз. Стоит отметить, что строение зрительного аппарата может зависеть от особенностей черепа. Эти показатели заложены природой. Ограничение обзора зависит от строения надбровных дуг, носа.

Что такое выпадение полей зрения

Выпадение полей зрения у каждого человека сопровождается разными симптомами. Иногда при этом может появляться полупрозрачная пленка перед глазами. Причина может скрываться в отслоении сетчатки или нарушениях зрительного нерва. При отслоении сетчатки может искажаться форма предметов. В области выпадений появляются плавающие участки.

Угол обзора глаз человекаМного факторов могут стать причиной нарушений. Это может быть связано не только с органами зрения, но и с нарушениями в головном мозге. К основным причинам относятся:

Определить истинную причину можно только после диагностики и осмотра офтальмолога. Для профилактики необходимо посещать врача 1-2 раза в год.

Как развить угол зрения своих глаз

Такое зрение полезно развивать выполнением специальных упражнений. Они разработаны с целью профилактики нарушений и для укрепления зрительных органов. Такие упражнения будут также полезными для работы головного мозга. Они способствуют развитию его функциональности, поддерживают активность мышления длительное время.

Обязательно рекомендуют выполнять пациентам, которые имеют такие профессии:

  • дальнобойщики;
  • профессиональные спортсмены;
  • военные;
  • преподаватели и воспитатели;
  • полицейские.

Также полезно практиковать людям, у которых трудовая деятельность связана с компьютерами. Упражнения очень простые и не потребуют много времени. Но важно учитывать, чтобы достичь эффективного результата, тренировки надо проводить постоянно.

Полезное видео

Рейтинг автора

Написано статей

Была ли статья полезной?
Оцените материал по пятибальной шкале!

Если у вас остались вопросы или вы хотите поделиться своим мнением, опытом — напишите комментарий ниже.

Что еще почитать

Угол зрения человека: определение границы обзора, нормальные показатели в градусах

Поле зрения – совокупность точек, которые различают человеческие глаза в неподвижном состоянии. Определение границ обзора играет важную роль в диагностике периферического зрения. Последнее отвечает за виденье в темное время суток. При ослаблении бокового виденья проводят периметрию или другие методы исследования, на основании расшифровки которых и устанавливается диагноз и соответствующее лечение.

  • 1. Что обследуют?
  • 2. Нормальные показатели угла зрения у человека

Что обследуют?

Боковое зрение улавливает изменения предметов в пространстве, а именно движения непрямым взглядом. Первоочередно периферический взор необходим для постановки координации и виденья в сумеречное время. Угол зрения – размер пространства, которое охватывает глаз без изменения фиксации взгляда.

Поля зрения

С помощью данных методов диагностики можно обнаружить гемианопсии – патологии сетчатки. Они бывают:

  • гомонимные (нарушение зрения в одном глазу в области виска, в другом – в области носа),
  • гетеронимные (идентичные нарушения с двух сторон),
  • полные (исчезновение половины поля зрения),
  • биназальные (выпадение медиальных или внутренних полей),
  • битемпоральные (выпадения височных областей ведения),
  • квандратная (патология находится в любом из квандрантов рисунка).

Равномерное сужение со всех сторон указывает на патологию зрительных нервов, а сужение в области носа – глаукому.

Нормальные показатели угла зрения у человека

Показатели угла зрения измеряются в градусах. В норме данные должны быть следующими:

  • по наружной границе – 90 градусов,
  • верхней – 50-55,
  • нижней – 65,
  • внутренней – 55-60.

У каждого человека значения будут разными, так как на это влияют некоторые факторы. Это:

  • форма черепа,
  • анатомические особенности глазницы,
  • опущенные брови,
  • посадка глаз,
  • форма, размер век,
  • структура глазного яблока.

В среднем поле зрения по горизонтали равен 190 градусам, а по вертикали – 60-70.

Нормальная линия обзора соответствует комфортному расположению уровня глаз и головы при рассматривании объектов и находится на 15 градусов ниже от горизонтальной линии.

Камера и человеческий глаз

Почему нельзя просто направить камеру на то, что видишь, и снять это? Этот вопрос кажется простым. Тем не менее, на него очень непросто дать ответ, и для этого потребуется изучить не только то, как камера записывает свет, но и то, как работают наши глаза и почему они работают именно так. Разбираясь в этом, можно открыть для себя что-то новое о нашем повседневном восприятии мира — помимо возможности стать лучшим фотографом.

 VS. 

Общие сведения

Наши глаза способны окидывать происходящее взглядом и динамически адаптироваться в зависимости от объекта, в то время как камера записывает одиночное неподвижное изображение. Многие считают это основным преимуществом глаз перед камерой. Например, наши глаза способны компенсировать дисбаланс яркости различных предметов, могут смотреть по сторонам, чтобы получить более широкий угол зрения, а также могут фокусироваться на объектах на различных расстояниях.

Однако результат скорее подобен работе видеокамеры — не фото — поскольку наше сознание собирает несколько взглядов в один мысленный образ. Быстрый взгляд наших глаз был бы более честным сравнением, но в итоге уникальность нашей зрительной системы неопровержима, поскольку:

То, что мы видим, является мысленной реконструкцией объектов на основе образов, предоставленных глазами — отнюдь не тем, что наши глаза в действительности увидели.

Вызывает скепсис? У большинства — по крайней мере поначалу. Следующие примеры демонстрируют ситуации, в которых сознание можно заставить видеть нечто отличное от того, что видят глаза:

ложный цвет полосы Маха

Ложный цвет: наведите курсор на край изображения и смотрите на центральный крест. Отсутствующий кружок будет перемещаться по кругу, и через некоторое время начнёт казаться зелёным — хотя в изображении зелёного цвета нет.

Полосы Маха: наведите курсор на изображение. Каждая из полос покажется чуть темнее или светлее вблизи верхней или нижней границы, соответственно, — несмотря на то, что каждая из них окрашена равномерно.


Впрочем, это не должно помешать нам сравнивать наши глаза и камеры! Во многих случаях честное сравнение всё же возможно, но только если мы принимаем во внимание и то, как мы видим, и то, как наше сознание обрабатывает эту информацию. Последующие разделы проведут границу между этими двумя, насколько возможно.

Обзор различий

Данная статья группирует сравнения по следующим визуальным категориям:

  1. угол зрения
  2. различимость деталей
  3. чувствительность и динамический диапазон

Всё это зачастую считается предметом максимальных отличий глаз от камеры, и как раз по этому поводу возникает больше всего разногласий. Есть и другие характеристики, такие как глубина резкости, объёмное зрение, баланс белого и цветовая гамма, но они не являются предметом данной статьи.

1. Угол зрения

Для камер он определяется фокусным расстоянием объектива (а также размером сенсора). Например, фокусное расстояние телеобъектива больше, чем стандартного потретного, а потому угол зрения меньше:

К сожалению, с нашими глазами не всё так просто. Хотя фокусное расстояние человеческого глаза приблизительно равно 22 мм, эта цифра может ввести в заблуждение, поскольку глазное дно закруглено (1), периферия нашего поля зрения значительно менее детальна, чем центр (2), и к тому же то, что мы видим, является комбинированным результатом работы двух глаз (3).

Каждый глаз по отдельности имеет угол зрения порядка 120-200°, в зависимости от того, насколько строго объекты определены как «наблюдаемые». Соответственно, зона перекрытия двух глаз составляет порядка 130° — она практически настолько же широка, как у объектива типа «рыбий глаз». Однако по эволюционным причинам наше периферийное зрение пригодно только для обнаружения движения и крупных объектов (таких как прыгающий сбоку лев). Более того, настолько широкий угол выглядел бы сильно искажённым и неестественным, будучи снятым камерой.

 левый глаз оба глаза правый глаз

Наш центральный угол зрения — порядка 40-60° — максимально влияет на наше восприятие. Субъективно это соотносится с углом, в пределах которого вы сможете вспомнить объекты, не двигая глазами. Кстати, это близко к углу зрения «нормального» объектива с фокусным расстоянием 50 мм (если совсем точно, то 43 мм) на камере полного кадра или 27 мм на камере с кроп-фактором 1.6. Хотя он и не воспроизводит полный угол нашего зрения, он хорошо передаёт то, как мы видим, достигая наилучшего компромисса между различными типами искажений:

Сделайте угол зрения слишком большим, — и разница в размерах объектов будет преувеличена, ну а слишком узкий угол зрения делает относительные размеры объектов практически одинаковыми, и вы теряете ощущение глубины. Сверхширокие углы к тому же ведут к тому, что объекты по краям кадра оказываются растянуты.

 искажение перспективы 

(при съёмке стандартным/прямолинейным объективом)

Для сравнения, несмотря на то, что наши глаза создают искажённое широкоугольное изображение, мы реконструируем его в объёмный мысленный образ, в котором искажения отсутствуют.

2. Различимость и детальность

Большинство современных цифровых камер имеют 5-20 мегапикселей, что зачастую преподносится как полный провал по сравнению с нашим собственным зрением. Это основано на том факте, что при идеальном зрении человеческий глаз по разрешающей способности эквивалентен 52-мегапиксельной камере (принимая за угол зрения 60°).

Однако эти подсчёты вводят в заблуждение. Лишь наше центральное зрение может быть идеальным, так что в действительности мы никогда не достигаем такой детальности за один взгляд. По мере удаления от центра наши зрительные способности драматически падают — настолько, что всего на 20° от центра наши глаза различают уже всего одну десятую от исходной детальности. На периферии мы обнаруживаем только крупномасштабный контраст и минимум цветов:

Качественное представление визуальной детальности одного взгляда.

Принимая это во внимание, можно утверждать, что один взгляд наших глаз способен различать детали всего лишь сравнимые с 5-15 мегапикселями камеры (в зависимости от зрения). Однако наше сознание в действительности не запоминает образы попиксельно; оно записывает памятные детали, цвет и контраст для каждого изображения по-разному.

В результате, чтобы воссоздать детальный зрительный образ, наши глаза фокусируются на нескольких представляющих интерес предметах, быстро их чередуя. Вот наглядное представление нашего восприятия:

 
исходная сцена   предметы интереса

Конечным результатом является зрительный образ, детальность которого эффективно приоритизируется на основе интереса. Из этого следует важное для фотографов, но часто оставляемое без внимания свойство: даже если снимок максимально использует всю технически возможную детальность камеры, эта детальность не будет иметь особого значения, если сам по себе снимок не содержит ничего запоминающегося.

К прочим важным отличиям того, как наши глаза различают детали, относятся:

Асимметрия. Каждый глаз способен воспринимать больше деталей ниже линии зрения, чем выше, а периферийное зрение гораздо более чувствительно по направлению от носа. Камеры снимают изображения абсолютно симметрично.

Зрение при слабом свете. В условиях очень слабого света, например, лунного или звёздного, наши глаза фактически начинают видеть монохромно. В таких ситуациях наше центральное зрение к тому же становится менее зорким, чем слегка в сторону от центра. Многие астрофотографы в курсе этого и извлекают из этого преимущества, глядя чуть в сторону от неяркой звезды, если хотят разглядеть её невооружённым глазом.

Малые градации. Различимости малейших деталей зачастую уделяется чрезмерное внимание, однако малые тональные градации тоже важны — и похоже, именно по этой части наши глаза и камеры отличаются сильнее всего. Для камеры увеличенную деталь всегда легче передать на снимке — а вот для наших глаз, хоть это и противоречит интуиции, увеличение детали может сделать её менее видимой. На следующем примере оба изображения содержат текстуру с одинаковым контрастом, однако на изображении справа она не видна, поскольку была увеличена.


больше в 16 раз
мелкая текстура
(едва видна)
  грубая текстура
(не видна)

3. Чувствительность и динамический диапазон

Динамический диапазон является одной из характеристик, по которой глаз зачастую рассматривают как имеющий огромное преимущество. Если рассматривать ситуации, в которых наш зрачок расширяется и сужается, адаптируясь к разнице яркостей, тогда да, наши глаза намного превосходят возможности одиночного снимка (и могут иметь диапазон, превышающий 24 f-ступени*). Однако в таких ситуациях наши глаза динамически адаптируются, как это делает видеокамера, так что это, очевидно, нечестное сравнение.

фокус на фоне фокус на переднем плане зрительный образ

Если же вместо этого мы оценим мгновенный динамический диапазон нашего глаза (при неизменной ширине зрачка), то камеры будут выглядеть намного лучше. Аналогию можно получить, глядя на один элемент сцены, дав глазам настроиться и не глядя никуда более. В этом случае как правило говорят, что наши глаза могут воспринимать динамический диапазон порядка 10-14 f-ступеней, что абсолютно перекрывает большинство компактных камер (5-7 ступеней), но на удивление недалеко от возможностей зеркальных камер (8-11 ступеней).

С другой стороны, динамический диапазон нашего глаза зависит также от яркости и контраста предмета, так что вышесказанное справедливо только при обычном дневном свете. При слабом звёздном свете, например, наши глаза могут достичь гораздо более широкого моментального динамического диапазона.

* Динамический диапазон. Наиболее распространённой единицей его измерения в фотографии является f-ступень, так что мы продолжим её использовать. Динамический диапазон описывает соотношение яркостей наиболее яркого и наиболее тёмного предметов в кадре в степенях двойки. То есть, в сцене с динамическим диапазоном в 3 f-ступени белый цвет в 8 раз ярче чёрного (покольку 23 = 2x2x2 = 8).

фиксация движения чувствительность к слабому свету

Авторами левого (спички) и правого (ночное небо) снимков являются lazlo и dcysurfer, соответственно.

Чувствительность. Это ещё одна важная зрительная характеристика, которая описывает способность различать нечёткие или быстродвижущиеся предметы. При ярком свете современные камеры превосходят возможности зрения относительно быстродвижущихся объектов, как показано ниже весьма необычно выглядящим результатом скоростной съёмки. Это зачастую возможно для камер со светочувствительностью ISO свыше 3200; эквивалент светочувствительности ISO для человеческого глаза при дневном свете считается равным всего лишь 1.

Впрочем, при слабом свете чувствительность наших глаз существенно возрастает (если дать им не менее получаса на адаптацию). Астрофотографы часто оценивают её диапазоном ISO 500-1000; всё же не настолько высока, как у цифровых камер, но близко. С другой стороны, камеры имеют преимущество в том, что способны посредством длительной выдержки выявлять и ещё более неяркие объекты, тогда как наши глаза не увидят никаких новых подробностей, рассматривая что-нибудь дольше, чем 10-15 секунд.

Итоги и дополнительная информация

Можно возразить, что рассуждения о том, может ли камера превзойти зрение, непоследовательны, поскольку для камер требуется другой стандарт: они нужны для создания реалистично выглядящих отпечатков. Напечатанный снимок не знает, на каких предметах сфокусируется глаз, так что каждая часть кадра должна быть предельно детальна — просто на случай, если она привлечёт внимание. Это в особенности справедливо для больших или рассматриваемых с близкого расстояния отпечатков. Однако можно и возразить, что дать сравнительную оценку возможностям камеры тоже полезно.

В целом, большинство преимуществ нашей зрительной системы проистекают из того факта, что наше сознание способно разумно интерпретировать информацию, передаваемую глазами, тогда как в случае с камерой всё, что у нас есть, — это результат работы сенсора. Но даже в этом случае современные цифровые камеры справляются на удивление неплохо, а по некоторым визуальным характеристикам даже превосходят наши глаза. По-настоящему выигрывает тот фотограф, который способен разумно собрать несколько снимков — и тем самым превзойти даже изображение, реконструированное сознанием.

Дополнительную информацию по данной теме вы можете найти в следующих статьях:

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

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.

Угол зрения — разбираемся подробно с этой возможностью

Содержание статьи:

Суммарное количество проекций всех пространственных микроточек, попадающих в поле зрения при состоянии фиксирования на одной из точек, в медицинской терминологии носит название «угол зрения». Все предметы, которые в этот момент видны человеку, проектируются на желтое тело сетчатки. Полем зрения называется способность к восприятию собственного положения в подпространстве, измеряется данная величина в градусах.описываем что такое угол зрения и разбираем примеры

Варианты зрения

как видит человек по-настоящемуЗрительный комплекс пациента – сложносоставная структура, с помощью которой объект рассматривает предметы его окружающие, свободно ориентируется на площадях вне зависимости от условий освещения и беспроблемно перемещается в нем.

Офтальмологические исследования подразделили зрение на два основных вида.

  1. Центральное – воспроизводится центральным отделом сетчатки глаза, отвечает за анализ форм видимых предметов, мелкой детализации и остроту зрения. Этот вид нераздельно взаимосвязан с углом зрения – величиной, образующейся между двух, расположенных по краям, точек. Чем выше угол, тем ниже уровень остроты.
  2. Периферическое – помогает оценивать вещи, располагающиеся около места фокусировки глазного яблока. Этот вид отвечает за ориентировку в пространстве при любом варианте освещенности. Острота зрения данного подвида слабее, чем у центрального. Вторичное зрение впрямую взаимосвязано с полем – пространство, фиксируемое без необходимости дополнительного движения глаза.

Оба вида составляют общую картину при попытках рассмотреть окружающие вещи с соотношением их к пространству.

Нормативная размерность

Строение тела любого человека строго индивидуально, за счет чего угол зрения и поле могут отличаться по показателям. Основное влияние на них (на угол зрения и поле) оказывают:

  • специфические особенности личностного построения глазного яблока;
  • форма век, их размерность;
  • индивидуальные особенности в строении глазных орбит.

Угол зрения впрямую зависим от рассматриваемого объекта – от его величины, нахождении на дистанции от глаз (при этом поле зрения расширяется, если объект находится на близком расстоянии).

Естественными ограничителями угла зрения являются анатомические особенности строения лица – веки, надбровная дуга, спинка носа. Эти факторы дают незначительные отклонения, на фоне собранных данных была произведена условная норма угла зрения для всех исследуемых пациентов – 190 градусов.

Методики расширения угла зрения

способы расширения угла зренияПредназначены для увеличения поля зрения для лучшей ориентировки в окружающем пространстве, обширного восприятия и анализа полученной информации. Основным примером служит чтение книг на любых носителях – пациент быстрее и качественнее запоминает просмотренную информацию.

Важным фактором для улучшения этих особенностей служит предварительное лечение возможных заболеваний, послуживших причиной сужения узла или поля зрения. После верно проведенных лечебных мероприятий пациент может заниматься методиками расширения поля зрения. Их же рекомендуют принять во внимание и здоровым людям – для улучшения общего зрительного восприятия.

Основа этих методических действий – изменение расстояния при чтении литературы. Просмотр на различных расстояниях (близком, дальнем) позволит значительно расширить показатели угла зрения.

Диагностические исследования

Процесс выпадения рассматриваемых предметов из поля зрения может происходить как постепенно, так и в ускоренном порядке. В связи с этим всем гражданам рекомендуется проходить ежегодный плановый медицинский осмотр для выявления начальных стадий отклонений.

Современная медицина проводит необходимые для определения отклонений исследования при помощи компьютерной периметрии. Данная методика способна выявить начинающиеся отклонения от общих нормативов, ее проведение является безболезненным для обратившегося.

Диагностирование проводится по следующей схеме:

  1. как диагностировать недостаточность при угле зренияПредварительная консультация – в ходе которой пациенту врачом-офтальмологом объясняются все нюансы проведения процедуры, правила поведения при ее прохождении. Обязательным условием является изучение каждого глаза в отдельности при предварительно снятых очках или контактных линзах.
  2. Заболевший видит перед собой специально обозначенную точку, в процессе исследования прибор начинает создавать дополнительные пункты, при обнаружении которых больной должен включить кнопку на пульте. Тем самым обозначая, что она находится в поле его зрения.
  3. Постоянное местоположения точек изменяется, благодаря действиям компьютерной программы, но имеет свойство повторяться. Дублирование проводится с целью предостережения неверных данных – если пациент моргнул или забыл нажать кнопку.
  4. Время проведения исследования – несколько минут, после которых компьютер выдает проанализированные данные.

При необходимости дополнительной консультации у узкоспециализированного врача, больному на руки выдают результат анализов на носителе или в распечатанном виде.

Недуги, вызывающие болевой синдром в уголках глаз

Болезненные проявления, находящиеся во внешнем или внутреннем уголке глаза, сопровождаются рядом специфических симптомов:

  • гиперемией глазного яблока;
  • ощущением зуда на поверхности кожи;
  • выделениями, скапливаемыми в углах глаз;
  • обильным слезотечением.

Основными причинами подобной симптоматики являются некоторые заболевания.

  • Каналикулит – воспалительный процесс, проходящий в слезных протоках. Причина возникновения – инфекция в полости носа и глаз. Симптоматически проявляется покраснением кожи век, гноеподобными выделениями, постоянным выделением слез. Лечение производится антибактериальными и противовоспалительными фармакологическими средствами (капли для глаз).
  • Непроходимость слезных каналов, частично или абсолютно – первопричина явления – травматизации или опухолевидные образования. Метод излечения – операционный, для восстановления функциональности слезопроводящих протоков.
  • Дакриоцистит – воспалительный процесс в слезном мешке. Лечиться консервативными методиками, иногда показаны хирургические манипуляции.
  • Блефарит – воспалительный процесс на кожице век (в ресничном эпителии), затрагивающий уголки глаз. Может появляться на всей поверхности век или в качестве отдельных изъязвлений. Второй вариант сопровождается болевым синдромом. При блефарите часто появляется выпадение ресниц. Заболевание может быть спровоцировано патогенной микрофлорой или являться результатом отдельных системных болезней.
  • Герпес глаз – поражение данным видом инфекции проявляется отеком век, болезненными ощущениями в глазах, светобоязнью и гиперемией.
  • Вросшие ресницы – проблема определяется исключительно офтальмологом, невооруженным взглядом ее рассмотреть невозможно.
  • Конъюнктивит аллергического происхождения – затрагивает уголки глаз, вызывая боль,
    сопровождается слезотечением и гиперемией. Лечение проводится антигистаминными средствами.
  • Демодекоз – инфекционная болезнь, возникающая при заражении паразитарным клещом. Паразит относится к условно-патогенному виду – при нормативным условиях он спокойно сосуществует на коже хозяина, а при их изменении начинает поражать луковицы ресниц.
  • Неверный подбор очков – неверное расположение носовых подушек вызывает постоянное чувство сдавления, на фоне которого развиваются болезненные проявления в уголках глаза.
  • Состояние зрительной усталости – многочасовые работы за монитором компьютера, чрезмерное увлечение играми и общением в социальных сетях, просмотр информации на телефонах, планшетах, – все это вызывает болезненные всплески в уголках глаз. Лечение симптоматическое – отдых и полноценный сон, снижение времени, проводимого за гаджетами, необходимость в перерывах (каждый час по 10 минут).

нарушения и заболевания, при которых возникает проблема с углом зрения

Все вышеперечисленные заболевания лечатся специализированными средствами, назначенными офтальмологом. В домашних условиях можно облегчить состояние холодными компрессами и увлажняющими глазными каплями. Обращение в медицинское учреждение при первых проявлениях – обязательно.

Ранняя диагностика и вовремя назначенные процедуры помогут избежать осложнений и дальнейшего развития инфекционного и воспалительного варианта заболевания. Длительное применение холодных или теплых компрессов поможет дальнейшему развитию патологических процессов.

Заболевания, определяемые при определении угла зрения

Небольшие отклонения от общепринятых нормативных данных говорят о наличие патологических процессов в организме. После определения угла, поля и обозначения выпадения отдельных участков, медицинским персоналом определяется конкретный недуг, ведущий к развитию дальнейших процессов. Врач определяет:

  • точное место кровоизлияний;
  • наличие опухолей;
  • отслоения сетчатки;
  • воспалительные процессы;
  • ретиниты;
  • глаукомы;
  • экссудаты;
  • геморрагические изменения.

Для подтверждения изменений глазного дна дополнительно используется метод офтальмоскопии. В вариантах, когда измеряется угол зрения у больного, зрительный анализатор выдает часть изображения (вплоть до половины общей картины), появляются подозрения на опухолевидные процессы и обширные кровоизлияния в головном мозге.

Дальнейшее лечение подобных отклонений осуществляется по симптоматически явлениям, общей терапии патологических состояний не существует. Отказ от необходимого лечения осложнит положение дальнейшим развитием опухолей и ухудшением общего состояния после местных кровоизлияний.

Читайте также о туннельном зрении и как оно вредит углу обзора.

Для более полного ознакомления с болезнями глаз и их лечением – воспользуйтесь удобным поиском по сайту или задайте вопрос специалисту.

Что такое FOV, как поменять (увеличить) поле зрения и что это изменит в игре

Посмотрите, как обрастал нюансами процесс выбора монитора: сначала была важна только диагональ — чем больше, тем лучше. Потом я и мои сверстники быстро поняли важность разрешения. Затем мы стали учитывать тип матрицы и частоту обновления — да, TN матрицы были быстрее, но цветопередача и углы обзора IPS решали. Недавно добавилась новая заморочка — FOV.

Что это?

FOV — это поле зрения. Угловое пространство, которое видит человеческий глаз при неподвижной голове и зафиксированном взгляде. Поле зрения среднестатистического человека составляет 55° вверх, 60° вниз, 90° наружу (суммарное поле зрения двумя глазами — 180°) и 60° — внутрь. Из-за особенностей строения человеческий глаз распознает объекты трехмерными в пределах 110°, а полноцветными — в еще меньшем диапазоне. Для сравнения, после зрения некоторых птиц достигает почти 360°.

А в мониторах?

Про-геймеры уже давно игрались со значением FOV, тогда как казуальные игроки обратили внимание на поле зрения с появлением Ultrawide LG мониторов. Точнее, когда LG выпустила доступные массовому потребителю модели.

Все преимущества FOV раскрываются на широкоформатных мониторах с соотношением сторон 21:9. Линейка Ultrawide LG 2017 года целиком состоит из таких моделей, тогда как в линейке Gaming их четыре. Остальные — привычные экраны 16:9. Но всех их объединяют хорошая контрастность, углы обзора и время отклика. Разрешение тоже не отстает: от FullHD на 24 и 27-дюймовых моделях до 2560×1080 на 29/34 дюймах. А у на 38 дюймах — до 3840×1600.

Зачем это?

Мудрые геймеры предпочитают ставить угол обзора больше, чтобы на экране сразу помещалось больше информации. Обратите внимание на отзывы к играм в Steam: игроки, привыкшие к увеличенному значению FOV, часто выделяют как недостаток отсутствие ручной регулировки угла обзора — даже там, где это совершенно не нужно. Такие отзывы копятся и совершенно необоснованно занижают рейтинг игр в Steam. Это особенно фатально для инди — ведь низкий рейтинг напрямую влияет на покупки.

На Ultrawide LG мониторе поле зрения по умолчанию значительно выше. Но, к сожалению, разработчики не всех игр озадачиваются поддержкой мониторов 21:9. Владельцы таких экранов уже добавили в закладки FOV-калькулятор и в курсе значений Vert-/Hor+. Первое — обрезка изображения сверху и снизу (те самые «кинематографичные» полосы), второе — увеличение FOV, которое влечет за собой больше доступного глазу контента по ширине.

Решить проблему поддержки широкоформатных мониторов в играх может адаптивное поле обзора Vert+/Hor+. Почитать об этом методе на примере Quake можно здесь.

Что такое FOV, как поменять (увеличить) поле зрения и что это изменит в игре Что такое FOV, как поменять (увеличить) поле зрения и что это изменит в игре

Ультраширокие экраны по-новому раскрывают компьютеры в работе (мультитаскеры в восторге!) и в играх. Все больше мультимедиа контента выходит под экраны такой формы, и мониторы Ultrawide LG — доступный способ приобщиться.

Где может пригодиться повышенный FOV?

В шутерах вроде Titanfall 2, Overwatch, Call of Duty и сессионных играх типа World of Tanks и PUBG. Поиск оптимального значения FOV в последней — популярная тема на фан-сайтах. С увеличенным полем зрения ощутимо легче заметить врага на периферии, ориентироваться в замкнутых пространствах, заглядывать за угол. Кроме того, не придется так активно елозить мышью, за что в напряженной схватке вы неоднократно поблагодарите новенький монитор с повышенным FOV.

Понял, а минусы есть?

Как и у всего в этом мире, дружище. С увеличенным FOV сложнее различать и попадать во врагов на дистанции, поскольку на экране все выглядит мельче. Также повышенное поле зрения сильнее грузит компьютер, поэтому на бюджетных ПК придется повозиться с настройками в поисках «золотой середины».

Во-вторых, упомянутая выше поддержка. Пока не все игры корректно отображаются в 21:9 и дают регулировать FOV вручную. К экранам 21:9 приходят производители мониторов и даже смартфонов — это значит, что и игровая индустрия тоже скоро подтянется.

Что такое FOV, как поменять (увеличить) поле зрения и что это изменит в игре Что такое FOV, как поменять (увеличить) поле зрения и что это изменит в игре

В итоге-то что?

Ручная регулировка FOV — однозначный мастхэв для игр, претендующих на звание киберспорта. Да и в остальных, кроме однопользовательских со ставкой на режиссуру, можно оставить! С одной стороны, игроки имеют полное право настаивать на регулировке FOV — к хорошему быстро привыкаешь, и отказываться от этого нет ни одной объективной причины. С другой — игры, даже мультиплеерные, не становятся хуже от фиксированного угла обзора. Поэтому и массовая истерия в виде негативных отзывов на Steam — не закономерная реакция, а обыкновенный каприз.

камер против человеческого глаза

Почему я не могу просто навести камеру на то, что вижу, и записать это? Это, казалось бы, простой вопрос. Это также один из самых сложных вопросов, и он требует не только того, как камера записывает свет, но и того, как и почему наши глаза работают так, как они. Решение таких вопросов может выявить удивительное понимание нашего повседневного восприятия мира — в дополнение к тому, чтобы сделать лучшего фотографа.

VS.

ВВЕДЕНИЕ

Наши глаза могут смотреть вокруг сцены и динамически настраиваться в зависимости от объекта, тогда как камеры снимают одно неподвижное изображение. Эта черта объясняет многие из наших общепризнанных преимуществ перед камерами. Например, наши глаза могут компенсировать, когда мы фокусируемся на областях различной яркости, можем оглядываться вокруг, чтобы охватить более широкий угол обзора, или поочередно фокусироваться на объектах на различных расстояниях.

Однако конечный результат похож на видеокамеру, а не на неподвижную камеру, которая собирает соответствующие снимки для формирования мысленного изображения.Быстрый взгляд наших глаз может быть более справедливым сравнением, но в конечном счете уникальность нашей визуальной системы неизбежна, потому что:

То, что мы действительно видим, — это реконструкция нашего разума объектов, основанная на вводе глазами, а не фактический свет, полученный нашими глазами .

Скептически? Большинство из них — по крайней мере, изначально. Приведенные ниже примеры показывают ситуации, когда ум можно обмануть, чтобы увидеть что-то отличное от глаз:

Ложный цвет Мах полос

Ложный цвет : наведите курсор мыши на угол изображения и посмотрите на центральный крест.Недостающая точка будет вращаться вокруг круга, но через некоторое время эта точка станет зеленой — даже если на изображении фактически нет зеленого цвета.

Маха-полосы : наведите курсор мыши на изображение. Каждая из полос будет казаться немного темнее или светлее у ее верхнего и нижнего краев, даже если каждая из них будет равномерно серой.


Однако это не должно отговаривать нас от сравнения наших глаз и камер! При многих условиях справедливое сравнение все еще возможно, но , только если , мы принимаем во внимание и то, что мы видим, и , как наш разум обрабатывает эту информацию.Последующие разделы будут пытаться различить два, когда это возможно.

ОБЗОР ОТЛИЧИЙ

Этот учебник группирует сравнения по следующим визуальным категориям:

  1. Угол зрения
  2. Разрешение и детализация
  3. Чувствительность и динамический диапазон

Выше часто понимают, что наши глаза и камеры отличаются друг от друга, и, как правило, также наиболее разногласия.Другие темы могут включать глубину резкости, стереозрение, баланс белого и цветовую гамму, но это не будет предметом этого урока.

1. УГОЛ ЗРЕНИЯ

В камерах это определяется фокусным расстоянием объектива (вместе с размером датчика камеры). Например, телеобъектив имеет большее фокусное расстояние, чем стандартный портретный объектив, и, следовательно, охватывает более узкий угол обзора:

К сожалению, наши глаза не так просты. Хотя человеческий глаз имеет фокусное расстояние приблизительно 22 мм, это вводит в заблуждение, потому что (i) задняя часть наших глаз искривлена, (ii) периферия нашего поля зрения содержит постепенно меньше деталей, чем центр, и (iii) Сцена, которую мы воспринимаем, — это совокупный результат обоих глаз.

Каждый глаз в отдельности имеет угол обзора 120-200 °, в зависимости от того, насколько строго определяется объект как «видимый». Точно так же область двойного наложения глаз составляет около 130 ° — или почти такая же ширина, как объектив «рыбий глаз». Однако по эволюционным причинам наше экстремальное периферийное зрение полезно только для ощущения движения и крупномасштабных объектов (таких, как прыгающий лев с вашей стороны). Кроме того, такой широкий угол может показаться сильно искаженным и неестественным, если он будет зафиксирован камерой.

Левый глаз Двойное наложение глаз Правый глаз

Наш центральный угол обзора — около 40-60 ° — это то, что больше всего влияет на наше восприятие. Субъективно это будет соответствовать углу, под которым вы можете вспомнить объекты, не двигая глазами. Между прочим, это близко к объективу с нормальным фокусным расстоянием 50 мм на полнокадровой камере (точнее 43 мм) или фокусному расстоянию 27 мм на камере с 1.6X кроп-фактор. Хотя это не воспроизводит полный угол обзора, с которым мы видим, но и хорошо соответствуют тому, что мы считаем лучшим компромиссом между различными типами искажений:

Слишком широкий угол обзора и относительные размеры объектов преувеличены, тогда как слишком узкий угол обзора означает, что все объекты имеют примерно одинаковый относительный размер, и вы теряете чувство глубины. Чрезвычайно широкие углы также приводят к тому, что объекты вблизи краев рамки выглядят растянутыми.

(при захвате объективом стандартной / прямолинейной камеры)

Для сравнения, даже если наши глаза снимают искаженное широкоугольное изображение, мы реконструируем его, чтобы сформировать трехмерное мысленное изображение, которое, по-видимому, не искажено.

2. РАЗРЕШЕНИЕ И ДЕТАЛИ

Большинство современных цифровых камер имеют 5-20 мегапикселей, что часто упоминается как далеко от нашей собственной визуальной системы. Это основано на том факте, что при зрении 20/20 человеческий глаз способен разрешать эквивалент 52-мегапиксельной камеры (при условии угла обзора 60 °).

Однако такие расчеты вводят в заблуждение. Только наше центральное видение — 20/20, поэтому мы никогда не решаем столько деталей одним взглядом. Вдали от центра наши зрительные способности резко снижаются, так что на 20 ° от центра наши глаза разрешают лишь одну десятую детали. На периферии мы обнаруживаем только крупномасштабный контраст и минимальный цвет:

Качественное представление визуальных деталей одним взглядом.

Учитывая вышесказанное, один взгляд наших глаз способен воспринимать только детали, сравнимые с 5-15-мегапиксельной камерой (в зависимости от зрения).Однако наш разум на самом деле не запоминает изображения попиксельно; вместо этого он записывает запоминающиеся текстуры, цвет и контраст на основе изображения.

Чтобы собрать детальный мысленный образ, наши глаза поэтому сосредоточены на нескольких областях интереса в быстрой последовательности. Это эффективно рисует наше восприятие:

Конечным результатом является мысленный образ, чьи детали были эффективно расставлены по приоритетам на основе интересов. Это имеет важное, но часто упускаемое из виду значение для фотографов: даже если фотография приближается к техническим пределам детализации камеры, такие детали в конечном счете не будут иметь большого значения, если само изображение не запоминается.

Другие важные различия в том, как наши глаза разрешают детали, включают:

Асимметрия . Каждый глаз в большей степени способен воспринимать детали ниже линии обзора, чем выше, и их периферийное зрение также гораздо более чувствительно в направлениях от носа, чем к нему. Камеры записывают изображения практически идеально симметрично.

Просмотр при слабом освещении . При очень слабом освещении, например, при лунном или звездном свете, наши глаза начинают видеть в монохромном режиме.В таких ситуациях наше центральное видение также начинает отображать меньше деталей, чем просто вне центра. Многие астрофотографы знают об этом и используют это в своих интересах, глядя прямо в тусклую звезду, если они хотят видеть ее своими глазами.

Тонкие градации . Слишком большое внимание часто уделяется разрешению мельчайших деталей, но тонкие градации тонов также важны, и именно здесь наши глаза и камеры отличаются друг от друга больше всего. С камерой увеличенные детали всегда легче распознать, но нелогично, увеличенные детали могут фактически стать менее видимыми для наших глаз.В приведенном ниже примере оба изображения содержат текстуру с одинаковой контрастностью, но это не видно на изображении справа, поскольку текстура была увеличена.

Тонкая текстура
(едва видимая) →
Увеличенный 16X Грубая текстура
(больше не видно)

3. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН

Динамический диапазон * — это одна из областей, где глаз часто имеет огромное преимущество. Если бы мы рассматривали ситуации, когда наш зрачок открывается и закрывается для разных областей яркости, то да, наши глаза намного превосходят возможности одного изображения камеры (и могут иметь диапазон, превышающий 24 f-стопа).Тем не менее, в таких ситуациях наш глаз динамически настраивается как видеокамера, так что, возможно, это несправедливое сравнение.

Глаз фокусируется на фоне Фокус на глаз Наш Ментальный Образ

Если бы мы вместо этого рассмотрели мгновенный динамический диапазон нашего глаза (где открытие зрачка не изменилось), то камеры работают намного лучше. Это было бы похоже на просмотр одной области внутри сцены, позволяя нашим глазам привыкнуть, и не смотреть больше нигде.В этом случае большинство оценивают, что наши глаза могут видеть где-нибудь с 10-14 f-ступеней динамического диапазона, который определенно превосходит большинство компактных камер (5-7 ступеней), но удивительно похож на цифровые зеркальные камеры (8-11 останавливается).

С другой стороны, динамический диапазон нашего глаза также зависит от яркости и контрастности объекта, поэтому вышеизложенное относится только к типичным условиям дневного света. Например, при низком освещении звезды наши глаза могут приблизиться к еще большему мгновенному динамическому диапазону.

* Количественная оценка динамического диапазона . Наиболее часто используемая единица измерения динамического диапазона в фотографии — это диафрагма, поэтому мы будем придерживаться этого здесь. Это описывает соотношение между самыми светлыми и самыми темными записываемыми областями сцены, в степенях два. Таким образом, сцена с динамическим диапазоном 3 диафрагм имеет белый, который в 8 раз ярче черного (так как 2 3 = 2x2x2 = 8).

Фотографии слева (спички) и справа (ночное небо) от lazlo и dcysurfer соответственно.

Чувствительность . Это еще одна важная визуальная характеристика, которая описывает способность распознавать очень слабые или быстро движущиеся объекты. В условиях яркого света современные камеры лучше распознают быстро движущиеся объекты, о чем свидетельствует необычно выглядящая высокоскоростная фотография. Это часто становится возможным благодаря скоростям ISO, превышающим 3200; считается, что эквивалентный дневной свет для человеческого глаза составляет всего 1,

Однако в условиях слабого освещения наши глаза становятся намного более чувствительными (при условии, что мы позволяем им подстраиваться в течение 30+ минут).Астрофотографы часто оценивают это как близкое к ISO 500-1000; все еще не так высоко, как цифровые камеры, но близко. С другой стороны, у камер есть преимущество в том, что они способны выдерживать более длительные выдержки, чтобы выявлять даже более слабые объекты, тогда как наши глаза не видят дополнительных деталей после того, как смотрят на что-то более 10-15 секунд.

ВЫВОДЫ И ДАЛЬНЕЙШЕЕ ЧТЕНИЕ

Можно утверждать, что способность камеры бить человеческий глаз несущественна, потому что камеры требуют другого стандарта: они должны делать реалистичные отпечатки.Напечатанная фотография не знает, на какие области глаз сфокусируется, поэтому каждая часть сцены должна содержать максимальную детализацию — на тот случай, когда мы сфокусируемся. Это особенно верно для больших или тщательно просматриваемых отпечатков. Однако можно также утверждать, что все же полезно представлять возможности камеры в контексте.

В целом, большинство преимуществ нашей визуальной системы проистекают из того факта, что наш ум способен разумно интерпретировать информацию нашими глазами, тогда как с камерой все, что мы имеем, — это необработанное изображение.Несмотря на это, современные цифровые камеры работают на удивление хорошо и превосходят наши собственные глаза по ряду визуальных возможностей. Настоящим победителем является фотограф, способный интеллектуально собирать изображения с нескольких камер, превосходя, таким образом, даже наш собственный ментальный образ.

Пожалуйста, смотрите следующее для дальнейшего чтения по этой теме:

,

человеческий глаз

телескоп Ѳ ptics.net ▪ ▪ ▪ ▪▪▪▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ СОДЕРЖАНИЕ

◄ 12.4. Окуляр телескопа: сравнительная трассировка лучей ▐ 13.3. Глазные аберрации ►

Свет, проходящий через объектив телескопа и Оптика окуляра фокусируется на сетчатке глаза после который нейронно перерабатывается в визуальный образ. Следовательно, это оптический носитель глаза — роговица, хрусталик и водный жидкость, заполняющая глаз — это определяет окончательную форму волновой фронт достигает фоторецепторов сетчатки. Будучи биоинженерным, глаз Оптика далека от высоких стандартов качества телескопа.Тем не мение, из-за его небольшой апертуры и малого увеличения, значительный генерируемые им аберрации, как правило, не имеют большого эффекта на воспринимаемое качество изображения. Два исключения — расфокусировка глаз ошибка — которая эффективно исправляется путем соответствующей расфокусировки окуляр, таким образом несущественный для пользователя телескопа — и, чтобы в меньшей степени глазной астигматизм.

Размещение глаз на конце окуляра телескопа меняет свои оптические параметры.Это изменение достаточно существенно, чтобы обосновать установление конкретного термина для этого конкретного способа операция: телескопический глаз . Самое важное изменение что его диафрагма теперь является выходным зрачком окуляра, а не радужной оболочкой. Это не только напрямую определяет уровень аберраций глаза из-за до его эффективной апертуры, но также может вызвать дополнительные аберрации в результате смещения стопа. Кроме того, в отличие от «невооруженный» глаз, который непосредственно наблюдает за объектами, телескопический глаз наблюдает дифрагированное изображение этих объектов.В общем, последствия этого не значительны, но должны быть устранены тем не менее.

Нейронный отклик и обработка световых сигналов в глаз значительно варьируется в зависимости от их интенсивности и длины волны, что делает его важной темой для пользователя телескопа.

При оценке свойств телескопического глаза, отправной точкой неизбежно являются оптические свойства глаза в одиночестве.

13,1. Глаз человека: физические свойства, коэффициент пропускания и остроты зрения

Вся цель визуального телескопа состоит в том, чтобы собирать свет от далеких объектов и увеличивать поступающий свет углы, чтобы эти объекты выглядели ярче, крупнее и детальнее на глаз. Дополнительным преимуществом большей апертуры телескопа является уменьшение ограничений на качество изображения, налагаемых дифракция.Поскольку свет проходит через систему телескопа и глаза, оптические свойства последний может повлиять окончательное изображение, созданное мозгом.

Будучи оптическим элементом, глаз, как и объектив телескопа, подвергается воздействию дифракция света и волновой фронт аберраций. Физические и оптические свойства человека глаза различаются индивидуально, часто значительно; представленные здесь основаны на экспериментально определено средние ( фиг.216 ).


РИСУНОК 216
: вид сверху сечение правого глаза человека. Свет, попадающий в глаз, сначала проходит через роговицу (показатель преломления n ~ 1,38), ~ 0,5 мм тонкий отрицательный мениск Радиусы ~ 7,8 / 6,5 мм. Передняя камера, между роговицей и хрусталиком глаза наполненный водянистой влагой , водянистая жидкость с n ~ 1,33. Радужная оболочка — это мышца, которая образует круговое отверстие — зрачок P , апертура глаза — от ~ 2мм до ~ 8 мм в диаметре.Хрусталик глаза двояковыпуклый, изготовлен из тысяч примерно концентрические слои с показателем преломления от ~ 1,38 в центр ~ 1,41 по краям. Изменить в форма линзы, достигнутая благодаря действию цилиарной мышцы, позволяет глазу аккомодация, сохраняя фокус на сетчатке для различных объектов расстояния. При фокусировке на бесконечность объектив имеет толщину ~ 3,6 мм с передний и задний радиусы ~ 10мм и ~ 6мм соответственно и фокусное расстояние ~ 24мм.Глаз фокусируется через стекловидное тело , водянистая жидкость (n ~ 1,33) внутри стекловидного тела, на сетчатка, состоящая из слоев клеток и нейронной проводки, соединяющей фоторецепторы с мозг через зрительный нерв . Небольшое пятно на сетчатке — фовеа centralis — около 4,5 (1,3 мм) в диаметре, 4-8 от оптический центр. Его центральная ~ 1/3 — это фовеола, , самая острая область зрения глаз в условиях дневного света (в отличие от внешней области, очень чувствительный к свету низкой интенсивности).Квадрат справа показывает упрощенную схему сегмента сетчатки. Свет падение на него сначала проходит через плексиформ , внешний слой сетчатки, состоящий из сети нервных клеток и проводки через который мозг управляет функцией фоторецептора и получает световой сигнал от них. Два основных типа фоторецепторы сетчатки колбочек — активные при дневном свете условия, охватывающие всю ямку и большую часть наружной ямки — и стержней , активных в условиях слабого освещения, преобладающих в широкая область сетчатки, окружающая ямки.Последний, третий сетчатка слой сосудистой оболочки , который имеет двойную функцию обеспечения питание для фоторецепторов и поглощение любых оставшихся свет, чтобы предотвратить внутренние отражения.

Ретинальная дуга проходит ~ 32 мм через центральный меридиан. Наружная область сетчатки с относительно низкой чувствительностью к дневному свету желтоватое овальное пятно диаметром ~ 4 мм (около 15) с центром в ~ 3.4мм (почти 12) от оптической оси глаза, называемой макулы , которая приближается к фовеа , самая высокая чувствительность дневного света площадь. От окраин Макулы наружу, около 20 в ширину, простирается кольцевидная зона наибольшей чувствительности к свет низкой интенсивности.

Коэффициент пропускания света глаза является относительно высоким в диапазоне 500-700 нм (и далее, в инфракрасном диапазоне), но быстро падают к сине-фиолетовому концу спектра ( РИС.217 ).

РИСУНОК 217 : (A) Диапазон спектрального пропускания глаза, основанный на нескольких мелкомасштабные исследования. Результаты указывают на широкий индивидуальный различия, хотя это также может быть результатом небольших размеров выборки (четыре девять человек в четырех отдельных исследованиях) и / или различия в процедуры. Неясно, является ли пропускание глаз — конкретно его предпочтение для средних и более длинных волн в визуальном спектр — был выведен из спектрального отклика глаза (чувствительность) кривая.Если не, это будет поверхностно ниже фактический чувствительность глаза у синего / фиолетового по сравнению с чувствительностью у зеленого и красного для и шишки, и палочки. Поскольку относительное изменение коэффициента пропускания в диапазоне длин волн, по-видимому, существенно не меняется с уровнем передачи, это не должно влиять на человека восприятие хроматизма. Вариации пропускания глаза будут в основном влияет на воспринимаемую яркость, с разницей между высоким и низким уровень передачи близок к одной величине, примерно равномерно по видимый спектр (возможное исключение в том, что некоторые люди может иметь способность воспринимать длины волн значительно ниже 400 нм, а некоторые нет).
(B) Столь же важно, как коэффициент пропускания света, и окончательное решение о том, сколько света на самом деле обнаружено в , — это поглощение сетчатки. Здесь также есть индивидуальные вариации, но исследование по 28 предметам должно отражать этот аспект обнаружения света (слева). Разница между общей передачей и поглощением состоит в основном в рассеивании света и поглощении другими средами. Как показывает график, в отличие от общей передачи, которая остается достаточно высокой в ​​инфракрасном диапазоне, поглощение сетчатки постоянно уменьшается от своего максимума примерно до 0.51 микрон к более длинным волнам. С другой стороны, спад очень похож на короткие волны.

Глаз Фоторецепторы клеток , , колбочки и стержней , образуют светочувствительная накладка сетчатки. Нам нужно, чтобы они чувствовали свет, так же, как нам нужны нервы окончания в коже, чтобы ощутить прикосновение. Они варьируются в размерах от ~ 2 мкм до более 10 мкм, как правило, становится больше к внешней области сетчатки, шишки больше, чем палочки.Доминантный ретинал фоторецепторы при средних и малых размерах зрачка (дневное и внутреннее освещение) шишки, в то время как при больших размерах зрачка (в условиях низкой освещенности) Доминирующими фоторецепторами являются стержни. Два значительно отличаются, среди других свойств, их соответствующие пределы разрешения. глаз Уровень разрешения называется , острота . Это зависит от сетчатки, в зависимости от типа и размера рецептора. Это также функция уровень освещенности ( на фиг.218 ).



РИСУНОК 218 : Влево, приблизительное среднее разрешение колбочек и палочек по сетчатка изменяется в зависимости от их размера, плотности и типа нервной системы подключение. Центр ямки (фовеола) населен исключительно с шишками их плотность приближается к 200 000 на мм. за пределами фовеа, плотность конусов быстро уменьшается, а их размер увеличивается, с разрешением конуса, уменьшающимся к доле того в foveola.Пруты достигают своей наивысшей плотности за пределами фовеа; там они почти столько же на мм (что напрямую подразумевает размер индивидуальный рецептор), как фовеальные шишки, но их разрешение является лишь доля разрешения конуса из-за нейронной сходимости сигналы от отдельных рецепторов (в отличие от отдельных обработка сигналов фовеальных конусов). К ПРАВО, разрешение в линий на минуты дуги как функция уровня освещенности, для фотопический (яркий свет), скотопический (слабый свет) и мезопический (переходные) режимы глаза.Максимальное разрешение стержней более 5 минуты дуги, доля максимального разрешения колбочек. Как уже упоминалось, разрешение стержней уступает из-за ввода от нескольких стержней сливаются до того, как они достигают глазного нерва; цель повышенная чувствительность за счет снижения разрешения. Шишки, с другой сторона, направить индивидуальный вклад в глазной нерв, максимизируя разрешение, при этом частично жертвуя чувствительностью. С воздушным диском для типичного 2 мм фотопического зрачка диаметром ~ 1.6 дуги минут, разрешение дифракции (определяется как FWHM PSF, или 0,4 диаметра диска Эйри) находится в диапазоне 0,6–0,7 (в лабораторных условиях; не путать с предел в полевых условиях, который в лучшем случае составляет ~ 1 угловая минута, и обычно несколько больше).

Площадь наибольшей остроты конуса совпадает с площадью их наивысшей плотности и наименьшего индивидуального размера — фовеола. Зона самая высокая острота езды находится за пределами желтого пятна, примерно на ринге в центре ямки, радиус от 10 до 15.

Самый высокий уровень остроты зрения не совпадает с самым высоким качеством изображения, в Условия уровня контраста. Для невооруженного глаза изображения сетчатки имеют высочайшее качество при диаметре зрачка ~ 2 мм (что означает при ярком освещении условия с доминирующими шишками), когда комбинированный эффект Аберрации и дифракция находятся на самом низком уровне. В отношении изображения точки разрешение лучше при размере зрачка ~ 4 мм (при слабом освещении), с конусами, все еще достаточно активными, дифракционный диск составляет половину Размер диска у зрачка 2мм, а уровень аберрации ~ 0.15 волна Среднеквадратичное отклонение по-прежнему не оказывает существенного влияния на размер центральной дифракции. диск, таким образом, ни разрешение почти равных точечных источников интенсивности. Однако для большинства других форм детализации разрешение уступает Размер зрачка 2мм.

Разрешение сетчатки, показанное слева, относится к невооруженному глазу, который формирует свое собственное дифракционное изображение точечного источника. Для телескопического глаза нет точечных источников, так как это изображение (через окуляр) воздушного диска, образованного объективом.Следовательно, с учетом уровня аберрации объектива именно уровень аберраций глаза определяет качество изображения, что в целом способствует уменьшению выходной зрачок окуляра (это, в свою очередь, способствует меньшему отверстию, с меньший выходной зрачок для данного номинального увеличения). Тем не менее, это эффект, после определенного уровня, перевешивается негативными последствиями более высокие увеличения.

13,2. ГЛАЗА В ТЕЛЕСКОПЕ КОНЕЦ

На конце телескопа глаз играет двойную роль; это оптический элемент и фотодетектор.Оптика глаза перед сетчаткой фоторецепторы определяют качество изображения, сформированного на рецепторах, в то время как размер и фоточувствительность рецепторов, в сочетании с режимами нейронной обработки их ввода, определения воспринимается качество его изображения.

Оптическая часть глаза, состоящая из роговицы глаза линза и водная жидкость, это простая 2-х элементная система. Ожидается, это генерирует значительные аберрации, как по оси, так и вне ее.Глаз вне оси аберрации, как правило, не имеют значения, поскольку фиксация на выбранном объект движением глаз переносит этот объект на визуальную ось, с его изображение падает на ямку. Качество изображения в внешнее поле быстро уменьшается, но это несущественно, так как поле высокой остроты является узким, и как увеличение размера, так и объединенная схема наружных рецепторов сетчатки дальше от центральной сетчатки — в отличие от отдельных схем фовеальных рецепторов — фактически установить предел остроты для внешнего поля, а не его уровень собственной аберрации.

С другой стороны, осевая аберрация глаза непропорционально малое влияние на воспринимаемое качество изображения. То есть главным образом следствием низкого эффективного увеличения (то есть небольшого размера Воздушный диск на сетчатке) изображения, образованного глазом. Однако величина аберраций глаза — в частности, расфокусировка и (центральная) астигматизм — обычно достаточно большой, чтобы заметно ухудшить изображение качество в повседневной жизни. К счастью, пользователям телескопов дают два важных перерывы: ошибка расфокусировки глаза эффективно корректируется смещением ошибка в фокусировке окуляра и эффективном зрачке глаза (определяется выходной зрачок окуляра) при больших увеличениях мал, экспоненциально понижающий уровень аберрации глаза.

Помещенный позади окуляра телескопа, глаз смотрит на изображение, сформированное объективом, увеличенным окуляром. соответствующая оптическая схема отличается от таковой для глаза, смотрящего на объект непосредственно ( РИС. 219 ).



РИСУНОК 219
: Упрощенная схема формирования изображения сетчатки через окуляр телескопа, со спинкой Фокальная плоскость объектива почти совпадает с передней фокальной плоскость окуляра.Геометрически свет от каждой точки A в образ, сформированный объективом, превращается в коллимированный карандаш у окуляра Эти карандаши сходятся к выходному зрачку окуляра, расположены на роговице и сфокусированы глазом на сетчатке (A) . С радужной оболочкой больше выходного зрачка, как это обычно бывает, Эффективная апертура глаза равна выходному зрачку окуляра, а стоп апертуры находится примерно на роговице; эффективное фокусное расстояние немного увеличивается, поскольку угол схождения немного меньше, чем соответствующие касательные (т.е.е. высота краевого луча соотношение), примерно так же, как при уменьшении диафрагмы до размера окуляра выходной зрачок. Упрощенный геометрия изображения показывает, что угловой размер α диска Эйри, изображенного на небе, кажется увеличенным в размерах O / E для глаза, наблюдающего свое изображение с расстояния E без окуляра ( O фокусное расстояние объектива), и фактором O / EP наблюдается через окуляр фокусного расстояния EP (эффективно размещает фокальную плоскость на расстоянии, равном длина от глаз).Угловой размер диска Эйри телескопический глаз равен объекту — образ диска Эйри объективом, представленным (увеличенным) в окуляре — задано Mα, где M = O / EP — увеличение телескопа (B) . Это создает вопрос, является ли диск Эйри, представленный в окуляре, квалифицированным как точечный источник для глаза. Поскольку для этого требуется объект не более ~ 1/4 диаметра диска Эйри, вероятный ответ «нет», но последствия, если судить по фактическим характеристикам телескопа, не существенный.Неопределенность заключается в определении доли центрального дифракционные максимумы, которые эффективно представляют объект, когда Воображаемый оптической системой — в данном случае глаз. Изображение яркого диск под углом, равный системе Airy, имеет почти на 90% более широкую ширину FWHM чем у точечного источника, его кольцевая структура почти исчезла. Но распределение интенсивности по области диска Эйри не равномерно; это падает быстро к своим краям, почти к нулю. Принято считать, что эффективный размер центральных дифракционных максимумов представлен его FWHM, что составляет всего около 0.4 диаметр диска Эйри. Объект этого угловой размер лишь слегка увеличит центральные максимумы и слегка подавить структуру кольца — эффект будет трудно заметить в полевые условия.

Поскольку изображение, сформированное объективом, подвергается его дифракция, любая точка в нем заменяется дифракционной картиной формируется целью. Для длины волны 0,55 мкм, угловой размер Эйри Диск, образованный целью — 4.6 / D в минутах дуги, для диафрагмы диаметр D мм. То же относится и к глазу, если D заменяется эффективной апертурой глаза E . Если глаз смотрит на изображение объектива непосредственно E намного меньше, чем D , и дифракционный диск, образованный объективом, всегда эффективно точечный источник для глаза. Через окуляр, эффективное отверстие глаз равен выходному зрачку окуляра, или E = EP / F, где F — фокусное отношение телескопа.Соответствующий угловой Воздушный размер диска составляет 4.6F / EP. Это больше, чем у Эйри диска объектива 4.6 / D с коэффициентом / EP, где — телескоп фокусное расстояние. Поскольку это отношение определяет увеличение телескопа, увеличенная угловая дифракционная картина объектива, представленная на бесконечность в окуляре, равна угловой дифракционной картине телескопический глаз.

Как показано на фиг. , на фиг.219 B , снизу, это подразумевает, что каждая точка дифракционной картины, отображаемой глазом, заменяется собственной дифракционной картиной глаза идентичного углового размера. В практике, любая отдельная точка изображенной дифракционной картины в окуляр слишком слаб, чтобы произвести ощутимые центральные максимумы на сетчатка. Как обычно в случае с расширенными объектами, только кластер точечных источников, с перекрытием их дифракционных картин, генерирует достаточно энергии, чтобы сформировать наименьшее обнаруживаемое пятно изображения. Особенность телескопического глаза состоит в том, что он формирует изображение дифракционное изображение, созданное объективом и увеличенное окуляром. С угловым размером дифракционной картины на этом дифракционном изображении равный телескопическому глазу, последний формирует изображение сетчатки на основе мельчайших объектов, излучающих объекты, несколько больше, чем строгое определение источника-точки есть. Эффект на его изображение, как упоминается, почти ничтожно.

◄ 12.4. Окуляр телескопа: сравнительная трассировка лучей ▐ 13.3. Аберрации глаз ►

Домой | Комментарии

Как далеко может видеть человеческий глаз?

Принимая во внимание многие факторы, влияющие на зрение, а также другие соображения, человеческий глаз может видеть довольно далеко.

Видимые расстояния

  • Исходя из кривой Земли: Стоя на плоской поверхности с глазами в 5 футах от земли, самый дальний край, который вы видите, находится на расстоянии около 3 миль.
  • Обнаружение пламени свечи: Исследователи полагают, что без препятствий человек со здоровым, но средним зрением мог видеть пламя свечи уже с 1.6 миль
  • Без поворота Земли и выше: Возможно, вы сможете идентифицировать объекты на расстоянии десятков, даже сотен миль.

Что, стоя на земле, влияет на то, как далеко люди могут видеть? Это такие вещи, как:

  • ваше зрение, включая здоровье и функции самого глаза
  • размер объекта, который вы просматриваете
  • кривизна Земли
  • любые препятствия на вашей прямой видимости

Давайте посмотрим на эти влияния, чтобы понять, как человеческий глаз может видеть, насколько это возможно.

Фраза «острота зрения» относится к ясности вашего зрения.

Эксперты считают нормальную или здоровую остроту зрения зрением 20/20. Это просто означает, что вы можете ясно видеть что-то в 20 футах от вас, что вы должны видеть с этого расстояния.

Если у вас есть зрение 20/100, вы все равно сможете видеть объект на расстоянии 20 футов, но кто-то с нормальным зрением будет видеть его на расстоянии 100 футов.

И наоборот, если у вас есть зрение 20/12, вы можете ясно видеть что-то на 20 футах, от которого большинству людей должно быть 12 футов, чтобы видеть ясно.

Как глаз обрабатывает изображения?

Когда вы смотрите на что-либо, в глазу и мозге происходит быстрая и сложная последовательность действий:

  • Свет отражается от объекта и проходит через роговицу, которая является прозрачным внешним слоем глаза.
  • Роговица изгибает лучи света, чтобы позволить им проникнуть в зрачок или темный центр глаза.
  • В то же время мышцы радужной оболочки — окрашенная область вокруг зрачка — контролируют размер зрачка, уменьшая его при ярком освещении и увеличивая при более темном.
  • Лучи света затем проходят через линзу, которая обостряет их, когда они достигают сетчатки, тонкого слоя ткани в задней части глаза, который содержит крошечные нервные клетки, известные как палочки и колбочки.
  • Палочки и колбочки преобразуют световые лучи в электрические импульсы, которые проходят от глаза через зрительный нерв к мозгу, который преобразует их в изображения.

Если предположить, что все части тела и процессы, которые необходимы для ясного зрения, работают нормально, то ограничения на то, как далеко вы можете видеть, сводятся к:

  • линии обзора или линии обзора
  • light
  • the размер объекта, который вы просматриваете

Люди часто используют термин «линия взгляда» в театре, чтобы описать линию взгляда от места зрителя до сцены.Но линия взгляда — это любой непрерывный угол зрения от глаз человека к тому, что человек пытается увидеть.

Помимо очевидных визуальных препятствий, таких как деревья, здания и облака, существует один главный фактор, который может уменьшить вашу линию обзора: искривление Земли.

Земля изгибается около 8 дюймов на милю. В результате, на плоской поверхности, находящейся в 5 футах от земли, самый дальний край, который вы видите, находится на расстоянии около 3 миль.

Другими словами, если вы стоите на пляже во Флориде или проезжаете мимо ферм Небраски (оба места, где она относительно ровная), самая дальняя часть горизонта, которую вы можете увидеть, находится на расстоянии около 3 миль.

Углы и линии обзора

Если бы вы лежали на пляже с головой, находящейся менее чем в футе от земли, ваши глаза могли бы видеть примерно милю над водой.

Однако, если ваша точка обзора была намного выше земли, то линия горизонта могла бы быть намного дальше. Кривизна Земли не станет отрезать вещи от вашего взгляда так скоро.

Предположим, что ваше путешествие по Небраске привело вас к Национальному памятнику Скоттс-Блафф, и вы поднялись на вершину на 4659 футов.

Отсюда вы можете увидеть пик Ларами, который находится примерно в 100 милях от Вайоминга, сообщает Служба национальных парков. Это в ясный день. Это не безгранично, но это довольно далеко.

Рассмотрим созвездие Лиры и его самую яркую звезду Вегу, которая находится примерно в 25 световых годах от Земли. Без телескопа или какого-либо другого наглядного пособия Вега выглядит как небольшое пламя свечи в ночном небе.

Это заставило ученых задуматься: как далеко вы можете быть от настоящего пламени свечи на Земле и по-прежнему видеть его таким, каким вы видите Вегу?

Ученые измеряют яркость звезд по величине.Пара исследователей из Техасского университета A & M провела несколько экспериментов и пришла к выводу, что пламя свечи на расстоянии около 1286 футов будет иметь яркость, подобную яркости Веги.

Чтобы продвинуться в своих исследованиях немного дальше — и дальше — ученые экспериментировали, чтобы определить максимальное расстояние, которое вы могли бы пройти от пламени свечи, чтобы увидеть его вообще.

Видение пламени свечи

Исследователи решили, что кто-то со здоровым зрением может обнаружить пламя свечи примерно с 1.6 миль, предполагая, что не было тумана или других препятствий.

Лунное лицо

Луна находится на расстоянии 238 900 миль, и в безоблачную ночь легко увидеть некоторые из ее кратеров, долин и равнин.

С самой высокой вершины

Еще ближе к дому вид с горы Эверест в Гималаях — самой высокой в ​​мире вершины на высоте около 29 000 футов над уровнем моря — предлагает обзор в 211 миль во всех направлениях, по словам пользователя карта.

Хотя из-за возвышенности облака часто заслоняют вид.

Небоскребы

124-й этаж Burj Khalifa в Дубае, который является самым высоким зданием в мире на высоте более 2700 футов, предлагает обзор около 50 миль в ясный день, сообщает Reuters.

Почти буквальный небоскреб может также предоставить посетителям два заката в день, согласно статье в The Daily Mail.

Если вы спуститесь на лифте прямо наверх, вы увидите закат над горизонтом.Затем вы можете снова поймать солнце чуть позже, поскольку искривление Земли и удивительная высота здания способствуют тому, чтобы вы смотрели на запад.

На вынос, запомните этот пример: если вы находитесь в самолете на крейсерской высоте около 35000 футов, то вы почти на 7 миль над Землей.

Тем не менее, при дневном свете вы можете довольно легко смотреть вниз и видеть шоссе, фермы, реки и другие достопримечательности. Ничто не блокирует ваш обзор, а искривление Земли не делает эти ориентиры недоступными для глаз.

В этой ситуации единственным реальным ограничением того, насколько хорошо вы можете видеть, является здоровье ваших глаз и острота зрения.

Как далеко может видеть человеческий глаз? | Человек Острота зрения

Как далеко может видеть человеческий глаз, зависит от того, сколько частиц света или фотонов излучает удаленный объект. Самым дальним объектом, видимым невооруженным глазом, является галактика Андромеды, расположенная на расстоянии 2,6 миллионов световых лет от Земли. 1 триллион звезд галактики в совокупности излучает достаточно света, чтобы несколько тысяч фотонов попадали на каждый квадратный сантиметр Земли каждую секунду; темной ночью этого достаточно, чтобы взволновать наши сетчатки.

Еще в 1941 году ученый по зрению Селиг Хехт и его коллеги из Колумбийского университета сделали то, что до сих пор считается надежным измерением «абсолютного порога» зрения — минимального количества фотонов, которые должны ударить наши сетчатки, чтобы вызвать осознание зрительного восприятия. Эксперимент исследовал порог в идеальных условиях: глаза участников исследования получили время для адаптации к полной темноте, вспышка света, действующая как стимул, имела (сине-зеленую) длину волны 510 нм, к которой наши глаза наиболее чувствительны, и этот свет был направлен на периферию сетчатки, которая является самой богатой в светочувствительных палочковых клетках.

Ученые обнаружили, что для того, чтобы участники исследования воспринимали такую ​​вспышку света более половины времени, субъектам требовалось от 54 до 148 фотонов, чтобы попасть в их глазные яблоки. Основываясь на измерениях поглощения сетчатки, ученые подсчитали, что в 10 раз меньше фотонов фактически поглощается клетками-участницами участника. Таким образом, поглощение от 5 до 14 фотонов или, что эквивалентно, активация всего от 5 до 14 палочек, говорит вашему мозгу, что вы что-то видите.[Почему мы видим в 3D?]

«Это действительно небольшое количество химических событий», — заключил Хехт и его коллеги в своей основополагающей статье на эту тему.

Принимая во внимание абсолютный порог, яркость пламени свечи и то, как светящийся объект тускнеет в соответствии с квадратом расстояния от него, ученые видят, что можно различить слабый проблеск пламени свечи до 30 миль.

Но как далеко мы можем воспринимать, что объект — это нечто большее, чем просто мерцание света? Чтобы что-то казалось пространственно расширенным, а не точечным, свет от него должен стимулировать, по крайней мере, две соседние клетки конуса — элементы в наших глазах, которые производят цветовое зрение.В идеальных условиях объект должен выдерживать угол, по крайней мере, 1 угловую минуту или одну шестидесятую градуса, чтобы возбуждать соседние конусы. (Эта угловая мера остается неизменной независимо от того, находится ли объект рядом или далеко; удаленные объекты должны быть намного больше, чтобы иметь такой же угол, что и близкие объекты). Полная луна имеет 30 угловых минут в поперечнике, тогда как Венера едва разрешима как расширенный объект на расстоянии около одной угловой минуты.

Объекты человеческого масштаба можно рассматривать как протяженные объекты на расстоянии чуть менее 2 миль (3 км).Например, на таком расстоянии мы могли бы разглядеть две разные фары на автомобиле.

Следите за Натали Вулчовер в Твиттере @nattyover. Следите за Маленькими Тайнами Жизни в Твиттере @llmysteries, затем присоединяйтесь к нам в Фейсбуке.

,

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о