Интересные факты о зрении — рассказывают специалисты клиники «Эксимер»

Как люди и животные воспринимают цвет? Кошкам не доступен красный цвет и мир вокруг себя они видят совсем не ярким, зато различают целых 25 оттенков серого цвета. Ведь во время охоты на мышей им очень важно точно определить их окраску. Собаки совсем не различают красный, оранжевый и желтый цвет, зато отчетливо видят синий и фиолетовый. Самый редкий цвет глаз у людей — зеленый. Им могут похвастаться только 2% населения нашей планеты. Человек рождается с условно светло-серыми глазами, а их «истинный» цвет появляется к 2-3 годам. Благодаря огромному количеству светочувствительных клеток — более 130 миллионов — глаз человека способен воспринимать около 5 миллионов цветовых оттенков. Пчела не видит красный цвет и путает его с зеленым, серым и даже черным. Отчетливо она различает только желтый, сине-зеленый, синий, пурпурный, фиолетовый. Зато очень хорошо воспринимает ультрафиолетовое излучение. Среди бледных, белых лепестков может разглядеть яркие сине-фиолетовые узоры, указывающие, где искать нектар. Цвет глаз зависит от пигмента радужной оболочки, который называется «меланин». Большое количество пигмента определяет формирование темного цвета радужной оболочки глаза (черные, карие, светло-карие), а меньшее количество — светлые (серые, зеленые, голубые). В отличие от большинства животных, у человека три базовых воспринимаемых цвета — красный, синий и зеленый, смешивая которые, получаются все цвета, видимые глазом. Красный цвет глаз встречается только у альбиносов. Он связан с полным отсутствием в радужной оболочке меланина, поэтому определяется кровью в сосудах радужной оболочки. Вопреки распространенному представлению, коровы и быки не различают красного цвета. Многие уверены, что во врем корриды быка раздражает плащ торреодора, но как оказывается это не так. Быка провоцирует не цвет, так как он не видит красного, а сам факт движения. Поскольку быки еще и близоруки, то мелькание тряпки понимается ими, как вызов и агрессия со стороны противника. У 1% людей на Земле цвет радужки левого и правого глаза неодинаков. Принято считать, что дальтонизм — сугубо мужская «участь». В той или иной мере им страдают порядка 8% мужчин и всего лишь 1% женщин. Жители Прибалтики, северной Польши, Финляндии и Швеции считаются самыми светлоглазыми европейцами. А наиболее количество людей с темными глазами живет в Турции и Португалии. Далеко гляжу! Собаки хорошо видят на расстоянии, не ближе 35-50 см. А более близкие объекты выглядят для них расплывчатыми и бесформенными. Острота зрения у собаки составляет примерно одну треть от человеческой. Зато их глаза утроены таким образом, что они с легкостью могут определить дистанцию до объекта. Стрекоза — самый зоркий представитель насекомых. Она может различать предметы размером с маленькую бусинку на расстоянии в 1м. Глаз стрекозы состоит из 30 000 отдельных глазков, такие глаза называются «фасеточными». Каждый из них выхватывает из окружающего пространства одну точку, а уже в ее мозгу все складывается в единую мозайку. Сложно представить, но глаз стрекозы воспринимает до 300 изображений в секунду. В тех случаях, когда человек увидит промелькнувшую тень, стрекоза будет отчетливо видеть движущийся предмет. Если принять остроту зрения орла за 100%, то обычное зрение человека составляет всего 52% от орлиного зрения. Сокол способен разглядеть цель величиной в 10 см. , с высоты 1,5 км. Гриф различает мелких грызунов с расстояния до 5 километров. Лягушки видят только движущиеся предметы. Чтобы рассмотреть неподвижный предмет, ей самой необходимо начать двигаться. У лягушки почти 95% зрительной информации поступает сразу же в рефлекторный отдел, то есть видя движущийся предмет, лягушка реагирует на него молниеносно, как на потенциальную пищу. У человека угол обзора составляет 160 до 210°. У козлов и зубров зрачки — горизонтальные и прямоугольные. Такие зрачки расширяют им поле обзора до 240°.Они видят почти все вокруг, в буквальном смысле этого слова. Глаза лошади расположены так, что ее обзор составляет 350°. Острота зрения у них почти такая же, как и у человека. У кошки угол обзора — 185°, а у собаки — всего лишь 30-40°. Кто лучше всех видит в темноте? Самая известная птица с хорошим ночным зрением — сова. Кошки видят в темноте в 6 раз лучше, чем люди. В темное время суток их зрачки заметно расширяются, достигая 14-миллиметрового> диаметра, а вот в яркий солнечный день — сужаются, превращаясь в тоненькие щелки. Это происходит потому, что обилие света может повредить чувствительные клетки сетчатки, а имея такие узкие зрачки, кошачьи глаза хорошо защищены от ярких солнечных лучей. Для сравнения, у человека максимальный диаметр зрачка не превышает 8 миллиметров. Совы бодрствуют по ночам и в темное время суток видят гораздо лучше, чем днем. В безлунную ночь они с легкостью могут разглядеть пробирающуюся в траве мышь, скрывающуюся среди листвы птичку или забравшуюся на мохнатую ель белку. Днем совы видят плохо и дожидаются сумерек в укромном уголке. Лошади обладают хорошим панорамным зрением, развитой способностью видеть в темноте и оценивать расстояние до предметов. Единственное, в чем зрение лошадей уступает человеческому — это восприятие цвета. Глаза и их особенности Движения глаз хамелеона совершенно независимо друг от друга: один может смотреть вперед, другой — в бок. Некоторые виды скорпионов имеют до 12 глаз, а многие пауки — по восемь. Знаменитая новозеландская ящерица туатара, которую считают современницей динозавров, так и называется — «трехглазая». Третий глаз ее находится во лбу! Диаметр глазного яблока взрослого человека составляет около 24 миллиметров. Он одинаков у всех людей, различается лишь в долях миллиметра (без наличия глазных патологий). У коз, овец, мангустов и осьминогов прямоугольные зрачки. У страуса глаза по объему больше, чем его мозг. У пауков-скакунов восемь глаз — два больших и шесть маленьких. Глазные яблоки совы занимают практически всю черепную коробку и из-за больших размеров они не могут вращаться в орбитах. Но этот недостаток искупает исключительная подвижность шейных позвонков — сова может поворачивать голову на 180°. У морских звезд по одному глазу на конце каждого луча и по всей поверхности тела разбросаны отдельные светочувствительные клетки, однако эти обитатели морей способны лишь различать светлое и темное. Глаз крупных китов весит около 1 кг. Рисунок радужки глаза у человека — индивидуален. По нему можно идентифицировать личность. Глаза креветки-богомола — сложная система. Одновременно они видят в оптическом, инфракрасном, ультрафиолетовом, а также в поляризационном свете. Чтобы человеку увидеть во всех этих диапазонах, нужно носить с собой около 100 кг. разной электронной аппаратуры. Среди обитателей морей самые совершенные глаза у головоногих моллюсков — осьминогов, кальмаров, каракатиц. Знаете ли Вы что… Человек в среднем моргает каждые 10 секунд, время моргания 1-3 секунд. Можно подсчитать, что за 12 часов человек моргает 25 минут. Женщины моргают примерно в два раза чаще, чем мужчины. У человека 150 ресниц на верхнем и нижнем веке. В среднем женщины плачут 47 раз в год, а мужчины — 7. Чихнуть с открытыми глазами невозможно. При работе за компьютером в течение дня глаза фокусируются с экрана на бумагу порядка двадцати тысяч раз. Крокодилы, поедая мясо, плачут. Таким образом, через специальные железы возле глаз, они выводят избыток солей из организма. Этот факт был экспериментально подтвержден американскими учеными. Глаза привыкают к темноте за 60-80 минут. Побыв в темноте порядка минуты, чувствительность к свету возрастает в 10 раз, а уже через 20 минут — в 6 тысяч раз. Именно поэтому, выйдя на свет, после нахождения в темном помещении, мы всегда чувствуем сильный дискомфорт. Оценка статьи: 4.5/5 (154 оценок) Оцените статью Запись оценки… Спасибо за оценку

Фокусное расстояние 50мм — не поле зрения человека | Сайт профессионального фотографа в Киеве

Только что попал на очередную статью с распространённой

ересью о том, что 50мм соответствует углу человеческого зрения.

Часто полтинник позиционируется как стандартный объектив. Его можно, конечно, использовать как стандартный. Но угол зрения объектива 50мм совершенно не соответствует человеческому зрению.

Давайте подумаем о то, как видит человек, чтобы окончательно разобраться в этом вопросе.

Википедия нам сообщает, что человек двумя глазами видит перед собой примерно на 190 градусов во всех направлениях. Угол зрения объектива 50мм на полном кадре примерно соответствует 50-55 градусам. Соответственно, чтобы полтинник соответствовал углу зрения человека, человек должен будет одеть на себя шоры. Тогда это будет справедливо.

Картинка ниже примерно иллюстрирует человеческое поле зрения.

Чтобы объектив соответствовал нашему полю зрения он должен быть широкоугольным. Если брать полный охват периферического зрения, то это должен быть объектив с фокусным расстоянием примерно 14мм. Если же говорить о зоне комфортного зрения, то фокусное расстояние должно быть примерно 28мм. Но никак на 50мм. Полтинник — это объектив, который существенно сужает видимую область перед собой. Этим можно и нужно пользоваться, но не стоит говорить о полном поле зрения человека.

Если нужен объектив, чтобы ходить и счёлкать перед собой всё «как есть», нужен именно ширик. Недаром камеры во всех смартфонах снабжаются объективом около 30мм.

Есть другой важный нюанс.

Полтинник действительно соответствует человеческому зрению в плане передачи перспективы.

• Если одеть объектив с фокусным расстоянием меньше 50мм, перспектива в кадре будет расширятся. Дальние объекты будут выглядеть дальше, чем мы их видим своими глазами.
• Если же мы будем использовать телеобъектив, то есть с фокусным расстояниям более 50мм, то объекты вдалеке будут казаться ближе, чем они есть.
• И именно 50мм — это золотая середина, которая даёт нам правильную трёхмерную картину в плане перспективы.

Перспектива и угол зрения — разные вещи и не нужно их путать.

Мысли о полтиннике как портретном объективе

Сколько градусов обзор у человека?

Сегодня мы расскажем о том, сколько градусов обзор у человека. Вернее, сколько градусов составляет обзор тех предметов, которые человек может видеть, как прямым, так и боковым зрением. Для этого сначала нужно определиться с терминологией.

Тот вопрос, который мы озвучили в начале статьи, если задать его правильно, будет звучать следующим образом, какое поле зрения имеет человек? Сразу скажем, что поле зрения зависит от того, какого цвета у человека глаза. Например, при всех прочих равных условиях, поле зрения человека с голубыми глазами (именно такие люди имеют наибольший градус обзора) будет больше, чем у человека с зелеными глазами (обладатели этого цвета глаз имеют наименьшее поле зрения), на десятые долги градуса. Конечно, данное различие будет незаметным, и замерить его можно только в лабораторных условиях.

Сколько же градусов обзор у человека?

Дадим определение поля зрения – это то угловое пространство, которое человек может видеть в том случае, если у него находится голова в неподвижном состоянии, а взгляд устремлен строго вдаль. Итак, какое же поле зрения у человека в идеале:

• вверх – 55^о;
• вниз — 60^о;
• наружу (каждый глаз) – по 90^о. То есть, суммарный показатель бокового зрения — 180 ^о.

Но следует помнить, что данные показатели верны только для ахроматического зрения (то есть, черно-белого). В глазах человека нет специальных колбочек по краям сетчатки, именно поэтому, различить цвета периферическим зрением, человек не в состоянии. Боковое зрение – только черно-белое.

Проще говоря, градус обзора ахроматического зрения человека составляет 180 ^о. Если речь идет о том, в границах какого обзора поля зрения, человек видит трехмерные объекты – в рамках 110 ^о. Если же идет речь о том, чтобы воспринимать цвета, то поле зрения человека еще меньше. Теперь вы, уважаемые читатели нашего блога знаете, сколько градусов обзор у человека.

Поле зрения — Field of view

Объем наблюдаемого мира, видимого в любой момент

Вертикальный угол обзора Угол обзора можно измерять по горизонтали, вертикали или диагонали. 360 градусов панорамы на Млечном Пути на Very Large Telescope . Такая панорама показывает все поле зрения (FOV) телескопа на одном изображении. На снимке Млечный Путь выглядит как звездная дуга, тянущаяся от горизонта до горизонта, с двумя звездными потоками, которые кажутся каскадными водопадами.

Поле зрения ( FoV ) является степень наблюдаемого мира , который рассматривается в данный момент. В случае оптических инструментов или датчиков это телесный угол, через который детектор чувствителен к электромагнитному излучению .

Люди и животные

В контексте зрения человека и приматов термин «поле зрения» обычно используется только в смысле ограничения того, что видно с помощью внешних устройств, например, при ношении очков или очков виртуальной реальности . Обратите внимание, что движения глаз разрешены в определении, но не изменяют поле зрения.

Если провести аналогию с сетчаткой глаза, работающей как датчик, соответствующая концепция у человека (и большей части зрения животных) — это поле зрения . Он определяется как «количество градусов угла зрения при стабильной фиксации глаза». Обратите внимание, что движения глаз исключаются из определения. У разных животных разные поля зрения, в том числе в зависимости от расположения глаз. У людей горизонтальная дуга поля зрения, обращенная вперед, составляет чуть более 210 градусов, в то время как у некоторых птиц есть полное или почти полное поле зрения на 360 градусов. Вертикальный диапазон поля зрения человека составляет около 150 градусов.

Диапазон зрительных способностей неоднороден по полю зрения и варьируется у разных видов . Например, бинокулярное зрение , которое является основой стереопсиса и важно для восприятия глубины , охватывает 114 градусов (по горизонтали) поля зрения человека; остальные периферические 40 градусов с каждой стороны не имеют бинокулярного зрения (потому что только один глаз может видеть эти части поля зрения). У некоторых птиц бинокулярное зрение ограничено от 10 до 20 градусов.

Точно так же цветовое зрение и способность воспринимать форму и движение различаются по полю зрения; у людей цветовое зрение и восприятие формы сосредоточены в центре поля зрения, в то время как восприятие движения лишь немного снижается на периферии и, таким образом, имеет здесь относительное преимущество. {\ circ}} \ cdot A \ приблизительно 17,45 \ times A}

Машинное зрение

В машинном зрении фокусное расстояние объектива и размер датчика изображения устанавливают фиксированное соотношение между полем зрения и рабочим расстоянием. Поле зрения — это область контроля, зафиксированная на тепловизоре камеры. Размер поля зрения и размер тепловизора камеры напрямую влияют на разрешение изображения (один из определяющих факторов точности). Рабочее расстояние — это расстояние между задней частью объектива и целевым объектом.

Томография

В томографии поле зрения — это площадь каждой томограммы. Например, в компьютерной томографии объем вокселей может быть создан из таких томограмм путем объединения нескольких срезов вдоль диапазона сканирования.

Дистанционное зондирование

В области дистанционного зондирования , то телесный угол , с помощью которого детекторный элемент (датчик пикселей) является чувствительным к электромагнитному излучению в любой момент времени, называется мгновенное поле зрения или IFOV. Мера пространственного разрешения системы визуализации дистанционного зондирования, часто выражается как размеры видимой области земли для некоторой известной высоты датчика . Однопиксельный IFOV тесно связан с концепцией разрешенного размера пикселя , разрешенного расстояния до земли , расстояния до наземной точки и функции передачи модуляции .

Астрономия

В астрономии поле зрения обычно выражается в виде угловой области, просматриваемой инструментом, в квадратных градусах или, для инструментов с большим увеличением, в квадратных угловых минутах . Для справки: канал с широким полем поля на усовершенствованной камере для съемок на космическом телескопе Хаббл имеет поле зрения 10 кв. Угловых минут, а канал высокого разрешения того же инструмента имеет поле зрения 0,15 кв. минут. Наземные обзорные телескопы имеют гораздо более широкое поле зрения. Фотопластинки, используемые телескопом Шмидта в Великобритании, имели поле зрения 30 кв. Градусов. Телескоп Pan-STARRS длиной 1,8 м (71 дюйм) с самой совершенной на сегодняшний день цифровой камерой имеет поле зрения 7 кв. Градусов. В ближнем инфракрасном диапазоне WFCAM на UKIRT имеет поле зрения 0,2 кв. Градуса, а телескоп VISTA имеет поле зрения 0,6 кв. Градуса. До недавнего времени цифровые камеры могли покрывать лишь небольшое поле зрения по сравнению с фотопластинками , хотя они превосходили фотопластинки по квантовой эффективности , линейности и динамическому диапазону, а также были намного проще в обработке.

Фотография

В фотографии поле зрения — это та часть мира, которая видна через камеру в определенном положении и ориентации в пространстве; объекты за пределами поля зрения во время съемки не записываются на фотографии. Чаще всего выражается как угловой размер конуса обзора, как угол обзора . Для обычного объектива диагональное поле зрения можно рассчитать как:

F О V знак равно 2 × арктан ⁡ ( размер сенсора 2 ж ) {\ displaystyle \ mathrm {FOV} = 2 \ times \ arctan \ left ({\ frac {\ text {размер датчика}} {2f}} \ right)}

где — фокусное расстояние . ж {\ displaystyle f}

Микроскопия

Диаметр поля зрения в микроскопии

В микроскопии поле зрения с большим увеличением (обычно с 400-кратным увеличением, когда упоминается в научных статьях) называется полем с большим увеличением и используется в качестве точки отсчета для различных схем классификации.

Видеоигры

Поле зрения в видеоиграх — это поле зрения камеры, смотрящей на игровой мир, которое зависит от используемого метода масштабирования.

Смотрите также

Рекомендации

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:

Какое фокусное расстояние объектива наиболее близко напоминает перспективу человеческого глаза?

Я помню, как смотрел в видоискатель одним глазом, а вокруг — другим, полагая, что он будет соответствовать «естественному» размеру. Это было около 55 мм. Но это не обязательно правильно …

Плюс это зависит от характера печати! Посмотрите на окончательный вариант. Скажем, фото 4 на 6, на расстоянии чтения. Держите его так, чтобы расстояние до глаза оставалось одинаковым, и оно должно выглядеть точно так же, как проволочная рама (окно) в исходном положении.

Так что это зависит от размера отпечатка и расстояния просмотра. Обрезка изменяет это, а это означает, что вам понадобится более короткая линза, если вы планируете поля для обрезки позже. Современный компьютерный просмотр, вероятно, отличается от «печати», и даже 4 на 6 — это не то, что использовалось для этого.

Если вы хотите, чтобы люди не выглядели смешно, используйте определенную длину телефото.

Задняя часть глаза не является плоской, и проекция не «корректируется» (но отображение того, какой пиксель находится там, где не действует эффект проецирования), так что на самом деле такой вещи нет без специального оборудования. Однако на расстоянии считывания сканирование макулы над «окном» дает эффект, довольно близкий к плоскому, за исключением того, что у вас два глаза, и они не могут совмещаться одновременно, а восприятие корректируется с учетом расположения глаз. против оси вращения головы, и это показывает видимые различия, если вы прослеживаете окно против удержания обычной фотографии.

Но чтобы быть точным в том, что имеется в виду, и чтобы показать, что это правильно, «окно» — это определение, которое нужно использовать. Это то, что делают режиссеры, когда они протягивают руку, чтобы определить углы кадра.

Если отпечаток удерживается таким образом, что лицо человека в натуральную величину (поместите его там, где должно быть окно), оно выглядит нежелательным, если вы находитесь ближе к отпечатку / окну, чем если бы вы обычно смотрели на человека.

Факты о зрении — Полезная информация «Оптик Центр»

Средняя частота моргания человеческого глаза составляет 1 раз в 10 секунд. Процесс длится до 3 секунд. За 12 часов мы можем проморгать до 25 минут. Это необходимо для увлажнения глаз, сохранения нормального зрения. В случае ухудшения этой функции пациенты могут пройти полное комплексное обследование у квалифицированного офтальмолога. Интересно, что частота моргания выше у женщин.

Похожая ситуация обстоит со слезами. Дамы плачут около 47 раз за год, а мужчины — всего 7. Повышенное слезотечение может быть признаком ухудшения зрения или других патологий глаза. В нашей клинике существует множество современных лечебных программ для детей и взрослых.

На верхнем и нижнем веке человека находится примерно 150 ресниц. 

Когда мы работаем за компьютером, процесс фокусировки повторяется до 20 тысяч раз. 

Реакция на свет

Привыкание глаз к темноте происходит за 1-1,5 часа. Если вы находились в темноте не меньше минуты и вышли на свет, то зрительная чувствительность увеличится в 10 раз. Вот почему, мы часто испытываем дискомфорт, покидая темные помещения. Яркий солнечный свет наносит вред глазам. Купить очки, оправы и контактные линзы по низким ценам можно в наших салонах.

Способность различать цвета

Представители семейства кошачьих не могут различать красный цвет. Они видят мир не ярким, но имеют способности идентификации 25 тонов серого. Эта полезная способность помогает им при охоте на мышей. 

Собаки не видят оттенки теплого спектра, такие как красный, оранжевый и желтый. При этом они хорошо различают синий и фиолетовый. 

Дальтонизмом страдает порядка 1% женщин и 8% мужчин. В глазах человека от 130 миллионов светочувствительных клеток. Они позволяют нам различать порядка около 5 миллионов цветов. Если вы замечаете ухудшение цветовосприятия, можете записаться к нашему офтальмологу для проверки зрения и подбора очков.

Цвет глаз

Большинство людей имеют карий цвет глаз. Меньше всего человек с зелеными глазами. Количество зеленоглазого населения не превышает 2%. У всех новорожденных условно светло-серые глаза. Они приобретают собственный оттенок, когда малышу исполняется 2 года. Цвет глаз зависит от концентрации меланина на радужной оболочке. При изобилии пигмента они приобретают темный цвет (черные, карие), при минимальном количестве становятся светлыми (серые, голубые, зеленые).

Красноглазыми могут быть только альбиносы, у которых нет меланина в радужке. Существует 1% людей с разными оттенками глаз.

Самые глазастые

Собаки лучше видят на расстоянии, чем вблизи. Они отлично различают предметы, расположенные за 35-50 см. Собаки прекрасно рассчитывают дистанцию до цели. Самым зорким насекомым является стрекоза. Она может разглядеть бусину на расстоянии 1 м. Зрительные органы стрекозы включают 30 000 отдельных глазков, которые складывают картинки в единую мозаику.

Лягушки воспринимают только движущиеся предметы. Чтобы увидеть статичные объекты, им требуется начать двигаться самим.

Кто лучше всех видит в темноте

Сова отличается наилучшим ночным зрением. Эти птицы спят днем и бодрствуют ночью. В светлое время суток острота зрения совы падает.

Кошки превосходят человека в способности ориентироваться в темноте в 6 раз. Размер их зрачков меняется в зависимости от степени освещенности помещения. Узкие зрачки – защитная реакция сетчатки.

Лошади имеют отличное панорамное зрение. Угол обзора составляет 350°. Угол обзора у человека составляет 160-210°.

Строение глаз

Масса китовых глаз составляет примерно 1 кг. Самыми совершенными органами зрения наделены головоногие моллюски.

Диаметр глазного яблока людей достигает 24 мм. У всех взрослых здоровых мужчин и женщин он одинаков. Различия в долях миллиметра могут появляться при возникновении офтальмологических нарушений.

Каждый человек имеет персональный рисунок радужной оболочки. Она служит одним из средств идентификации личности.

Камера против человеческого глаза

Эта статья началась после того, как я следил за онлайн-дискуссией о том, дает ли объектив 35 мм или 50 мм на полнокадровой камере поле зрения, эквивалентное нормальному человеческому зрению. Это конкретное обсуждение сразу же погрузилось в оптическую физику глаза как камеры и объектива — понятное сравнение, поскольку глаз состоит из переднего элемента (роговицы), кольца диафрагмы (радужная оболочка и зрачок), линзы и датчика. (сетчатка).

Несмотря на всю впечатляющую математику, которую обсуждали в оптической физике глазного яблока, обсуждение не имело логического смысла, поэтому я много читал по этой теме.

Эта статья не принесет никакой прямой выгоды, которая позволит вам сбежать и сделать более качественные снимки, но она может вам показаться интересной. Вы также можете найти это невероятно скучным, поэтому сначала я дам вам свой вывод в виде двух цитат из Гарри Виногранда:

Фотография — это иллюзия буквального описания того, как камера «увидела» кусок времени и пространства.

Фотография — это не предмет фотографирования. Речь идет о том, как эта штука выглядит на снимке .

В основном, проводя все эти исследования о том, как человеческий глаз похож на фотоаппарат, я действительно узнал, что человеческое зрение не похоже на фотографию. В каком-то смысле это объяснило мне, почему я так часто нахожу фотографии намного красивее и интереснее, чем сама сцена.

Глаз как система камеры

На первый взгляд довольно логично сравнивать глаз с фотоаппаратом.Мы можем измерить длину глаза спереди назад (около 25 мм от роговицы до сетчатки) и диаметр зрачка (2 мм сужен, от 7 до 8 мм расширен) и вычислить числа, похожие на линзы, на основе этих измерений.

Тем не менее, вы найдете несколько других цифр, указанных для фокусного расстояния глаза. Некоторые из них основаны на физических измерениях анатомических структур глаза, другие — на основе оптометрических расчетов, некоторые учитывают, что хрусталик глаза и сам размер глаза изменяются при сокращении различных мышц.

Вкратце, однако, одно из часто называемых фокусных расстояний глаза составляет 17 мм (это рассчитывается на основе значения оптометрической диоптрии). Однако более общепринятое значение составляет от 22 до 24 мм (рассчитывается на основе физической рефракции в глазу). В определенных ситуациях фокусное расстояние может быть больше.

Поскольку мы знаем приблизительное фокусное расстояние и диаметр зрачка, относительно легко рассчитать апертуру (диафрагму) глаза. При фокусном расстоянии 17 мм и зрачке 8 мм глазное яблоко должно функционировать как f / 2.1 линза. Если мы используем фокусное расстояние 24 мм и зрачок 8 мм, оно должно быть f / 3,5. На самом деле в астрономии был проведен ряд исследований по измерению диафрагмы человеческого глаза, и полученное число оказалось от f / 3,2 до f / 3,5 (Миддлтон, 1958).

В этот момент вы оба, кто дочитал до этого места, вероятно, задались вопросом: «Если фокусное расстояние глаза составляет 17 или 24 мм, почему все спорят о том, 35 ​​или 50 мм линзы — это то же поле зрения, что и человеческий глаз?»

Причина в том, что измеренное фокусное расстояние глаза не является тем, что определяет угол зрения человеческого зрения.Я расскажу об этом более подробно ниже, но главное, что только часть сетчатки обрабатывает основное изображение, которое мы видим. (Область основного зрения называется конусом зрительного внимания, остальное, что мы видим, — «периферическое зрение»).

Исследования измерили конус зрительного внимания и обнаружили, что его ширина составляет около 55 градусов. На 35-миллиметровой полнокадровой камере 43-миллиметровый объектив обеспечивает угол обзора 55 градусов, так что фокусное расстояние обеспечивает точно такой же угол обзора, что и у людей.Блин, если это не на полпути между 35 мм и 50 мм. Итак, первоначальный аргумент окончен, реальный «нормальный» объектив на 35-мм зеркальной фотокамере — это не 35 мм и не 50 мм, это что-то среднее между ними.

Глаз — это

, а не — Система камеры

Получив ответ на первоначальное обсуждение, я мог бы оставить все в покое и уйти с еще одной довольно бесполезной мелочью, чтобы поразить моих онлайн-друзей. Но НЕЕЕЕЕТ. Когда мне нужно выполнить кучу работы, я почти всегда предпочитаю потратить еще пару часов на чтение статей о человеческом зрении.

Возможно, вы заметили, что в приведенном выше разделе не учтены некоторые аналогии с камерой, потому что, как только вы пройдете простые измерения диафрагмы и объектива, остальные сравнения не будут так хорошо соответствовать.

Рассмотрим датчик глаза, сетчатку. Сетчатка почти такого же размера (диаметр 32 мм), что и сенсор полнокадровой камеры (диаметр 35 мм). Однако после этого почти все изменилось.

Сетчатка человеческого глаза

Первое различие между сетчаткой и сенсором вашей камеры довольно очевидно: сетчатка изогнута вдоль задней поверхности глазного яблока, а не плоская, как кремниевый сенсор в камере.Кривизна имеет очевидное преимущество: края сетчатки находятся примерно на том же расстоянии от линзы, что и центр. У плоского сенсора края дальше от объектива, а центр ближе. Преимущество сетчатки — она ​​должна иметь лучшую «угловую резкость».

Человеческий глаз также имеет намного больше пикселей, чем ваша камера, около 130 миллионов пикселей (вы, владельцы 24-мегапиксельных камер, сейчас чувствуете себя скромными?). Однако только около 6 миллионов пикселей глаза являются конусами (которые видят цвет), остальные 124 миллиона видят только черно-белое изображение.Но снова преимущество сетчатки. Долгое время.

Но если посмотреть дальше, различия станут еще более заметными…

На сенсоре камеры каждый пиксель отображается в виде регулярной сетки. Каждый квадратный миллиметр сенсора имеет одинаковое количество пикселей и одинаковый узор. На сетчатке есть небольшая центральная область размером около 6 мм (макула), которая содержит самую плотную концентрацию фоторецепторов в глазу. Центральная часть макулы (ямка) плотно заполнена только колбочками (цветочувствительными) клетками.Остальная часть макулы вокруг этой центральной «цветной» области содержит как палочки, так и колбочки.

Макула содержит около 150 000 «пикселей» в каждом квадрате 1 мм (сравните это с 24 000 000 пикселей, распределенных по сенсору 35 x 24 мм в 5DMkII или D3x) и обеспечивает наше «центральное зрение» (конус зрительного внимания 55 градусов, упомянутый выше) . В любом случае, центральная часть нашего поля зрения имеет гораздо большую разрешающую способность, чем даже лучшая камера.

Остальная часть сетчатки имеет гораздо меньше «пикселей», большинство из которых являются только черно-белыми.Он обеспечивает то, что мы обычно считаем «периферическим зрением», то есть то, что мы видим «краем глаза». Эта часть очень хорошо распознает движущиеся объекты, но не обеспечивает достаточного разрешения, например, для чтения книги.

Общее поле зрения (область, в которой мы можем видеть движение) человеческого глаза составляет 160 градусов, но за пределами конуса визуального внимания мы не можем распознавать детали, только широкие формы и движение.

Преимущества человеческого глаза по сравнению с камерой немного уменьшаются, когда мы покидаем сетчатку и возвращаемся к мозгу.Камера отправляет данные каждого пикселя с датчика на компьютерный чип для обработки в изображение. Глаз имеет 130 миллионов датчиков в сетчатке, но зрительный нерв, передающий сигналы этих датчиков в мозг, имеет только 1,2 миллиона волокон, поэтому менее 10% данных сетчатки передаются в мозг в любой момент времени. (Отчасти это связано с тем, что химическим датчикам света в сетчатке требуется время, чтобы «перезарядиться» после стимуляции. Отчасти потому, что мозг все равно не мог обработать такой объем информации.)

И, конечно же, мозг обрабатывает сигналы иначе, чем фотоаппарат. В отличие от прерывистых щелчков затвора камеры, глаз посылает в мозг постоянное видео, которое преобразуется в то, что мы видим. Подсознательная часть мозга (латеральное коленчатое ядро, если вы должны знать) сравнивает сигналы от обоих глаз, собирает наиболее важные части в трехмерные изображения и отправляет их в сознательную часть мозга для распознавания изображений и далее. обработка.

Подсознательный мозг также посылает сигналы в глаз, слегка перемещая глазное яблоко по схеме сканирования, так что резкое зрение желтого пятна перемещается по интересующему объекту. В течение нескольких секунд глаз фактически отправляет несколько изображений, а мозг обрабатывает их в более полное и детальное изображение.

Подсознательный мозг также отклоняет большую часть входящей полосы пропускания, отправляя в сознательный мозг лишь небольшую часть своих данных. Вы можете контролировать это до некоторой степени: например, прямо сейчас ваш сознательный мозг говорит латеральному коленчатому ядру: «пришлите мне информацию только из центрального зрения, сосредоточьтесь на набранных словах в центре поля зрения, двигайтесь слева направо. правильно, чтобы я мог их прочитать ».Прекратите читать на секунду и, не двигая глазами, попытайтесь увидеть то, что находится в вашем периферийном поле зрения. Секунду назад вы не «видели» этот объект справа или слева от монитора компьютера, потому что периферическое зрение не передавалось в сознательный мозг.

Если вы сконцентрируетесь, даже не двигая глазами, вы хотя бы сможете сказать, что объект находится там. Однако, если вы хотите видеть его ясно, вам придется послать другой мозговой сигнал в глаз, переместив конус визуального внимания на этот объект.Заметьте также, что вы не можете одновременно читать текст и видеть периферийные объекты — мозг не может обработать такой объем данных.

Мозг не работает, когда изображение достигает сознательной части (называемой зрительной корой). Эта область прочно связана с участками памяти мозга, что позволяет вам «узнавать» объекты на изображении. Мы все пережили тот момент, когда что-то видим, но не осознаем, что это такое, на секунду или две. После того, как мы это узнали, мы задаемся вопросом, почему, черт возьми, это не стало очевидным сразу.Это потому, что мозгу потребовалась доля секунды, чтобы получить доступ к файлам памяти для распознавания изображений. (Если вы еще не испытали этого, просто подождите несколько лет. Будет.)

На самом деле (и это очень очевидно) человеческое видение — это видео, а не фотография. Даже глядя на фотографию, мозг делает несколько «снимков», перемещая центр фокуса по изображению, складывая и собирая их в окончательное изображение, которое мы воспринимаем. Посмотрите на фотографию в течение нескольких минут, и вы поймете, что подсознательно ваш взгляд скользил по ней, получая обзор изображения, сосредотачиваясь на деталях здесь и там, и через несколько секунд осознавая некоторые вещи в нем, которые не были очевидны на первый взгляд.

Так в чем же смысл?

Что ж, у меня есть некоторые наблюдения, хотя они далеки от того, «какой объектив имеет поле зрения, наиболее схожее с человеческим зрением?». Эта информация заставила меня задуматься о том, что меня так привлекает в одних фотографиях, а не в других. Я не знаю, верны ли какие-либо из этих наблюдений, но это интересные мысли (по крайней мере, для меня). Все они основаны на одном факте: когда мне действительно нравится фотография, я провожу минуту или две, глядя на нее, позволяя своему человеческому зрению сканировать ее, улавливая детали или, возможно, размышляя о деталях, которые не видны.

Фотографии, сделанные с «нормальным» углом зрения (от 35 до 50 мм), кажутся, сохраняют свою привлекательность независимо от их размера. Даже изображения веб-формата, снятые с таким фокусным расстоянием, сохраняют суть кадра. Снимок ниже (сделанный на 35 мм) имеет гораздо больше деталей, если смотреть на большое изображение, но суть очевидна даже на маленьком. Возможно, мозгу удобнее распознавать изображение, которое он видит в обычном поле зрения. Возможно, это потому, что мы, фотографы, склонны подсознательно подчеркивать композицию и объекты на фотографии с «нормальным» углом зрения.

Фотография выше демонстрирует кое-что еще, о чем я всегда интересовался: происходит ли наше увлечение и любовь к черно-белой фотографии, потому что это один из немногих способов, которыми плотные конические (только цветные) рецепторы в нашей макуле вынуждены отправлять изображение в оттенках серого? в наш мозг?

Возможно, нашему мозгу нравится смотреть только на тон и текстуру, без того, чтобы данные о цвете забивали узкую полосу пропускания между глазным яблоком и мозгом.

Как и снимки «под обычным углом», телефото и макро снимки часто отлично смотрятся на небольших отпечатках или веб-форматах JPG.У меня есть глаз слона размером 8 × 10 и макро-отпечаток паука такого же размера на стене моего офиса, который даже на другом конце комнаты выглядит великолепно. (По крайней мере, мне они кажутся великолепными, но вы заметите, что они висят в моем офисе. Я повесил их еще в паре мест в доме, и мне тактично сказали, что «они действительно не идут с мебелью для гостиной », так что, может быть, они не всем так хорошо смотрятся.)

Нет хорошей композиции или других факторов, которые могли бы сделать эти фотографии привлекательными для меня, но я все равно нахожу их интересными.Возможно, потому, что даже при небольшом размере мое человеческое зрение может видеть детали на фотографии, которые я никогда не мог увидеть, глядя на слона или паука «невооруженным глазом».

С другой стороны, когда я получаю хороший широкоугольный или живописный снимок, я даже не удосуживаюсь опубликовать изображение веб-размера или сделать небольшой отпечаток (и я не собираюсь начинать эту статью). Я хочу напечатать БОЛЬШОЙ. Я думаю, возможно, так что мое человеческое зрение может сканировать изображение, выявляя мелкие детали, которые полностью теряются при его уменьшении.И каждый раз, когда я делаю большой отпечаток, даже сцены, в которой я был десяток раз, я замечаю на фотографии вещи, которых никогда не видел, когда был там лично.

Возможно, «видео», которое мой мозг делает при сканировании отпечатка, дает гораздо больше деталей, и я считаю его более приятным, чем композиция фотографии, когда она напечатана небольшого размера (или которую я видел, когда действительно был на месте происшествия).

И, возможно, подсознательное «сканирование», которое мое зрение производит на фотографии, объясняет, почему такие вещи, как «правило третей» и выборочная фокусировка, привлекают мой взгляд к определенным частям фотографии.Возможно, мы, фотографы, просто выяснили, как мозг обрабатывает изображения, и воспользовались этим на практике, не зная всей науки.

Но я думаю, что мой единственный реальный вывод таков: фотография — это НЕ совсем то, что мой глаз и мозг видели на месте происшествия. Когда у меня получается хороший снимок, это что-то другое и нечто лучшее, как то, что сказал Виногранд в двух цитатах выше, а также в этой цитате:

Вы видите, что что-то происходит, и начинаете это делать.Либо вы получаете то, что видели, либо что-то еще — и в зависимости от того, что лучше, вы печатаете.

---

Об авторе : Роджер Чикала — основатель LensRentals. Эта статья изначально была опубликована здесь.

---

Изображение предоставлено : мой глаз крупным планом с помощью machinecodeblue, глаз Ниха через глаз камеры от моих глаз к вашим глазам 🙂 от slalit, Схема человеческого глаза полностью субъективно, Сетчатка моего левого глаза от Ричарда Мейсонера / Cyclelicious, Хроматическая аберрация (вроде) по moppet65535

2.1.1. Поле зрения человека: (а) вертикальное, (б) горизонтальное (из [Heil92]).

Контекст 1

… диаграмма ясно показывает, что человеческое зрение обеспечивает большую часть информации, передаваемой в наш мозг, и захватывает большую часть нашего внимания. Поэтому стимуляция зрительной системы играет основную роль в «обмане органов чувств» и стала предметом исследований. Второе по важности чувство — это слух, который также довольно часто принимается во внимание (см.3 для подробностей). Сенсорное касание в целом не играет значительной роли, за исключением задач точного манипулирования, когда оно становится действительно важным (подробности см. В разделах 2.3.3 и 2.5.2). Запах и вкус еще не учитываются в большинстве систем виртуальной реальности из-за их второстепенной роли и сложности в реализации. Нельзя забывать и о других аспектах: системная синхронизация (то есть синхронизация всех стимулов с действиями пользователя), которая в основном способствует болезни симулятора (подробности см. В разделе 2.2.2) и, наконец, проблемы проектирования (т.е. с учетом психологических аспектов), отвечающих за глубину присутствия в виртуальных средах [Slat93, Slat94]. Как уже упоминалось ранее, визуальная информация — самый важный аспект в создании иллюзии погружения в виртуальный мир. В идеале мы должны иметь возможность генерировать обратную связь, равную или превышающую пределы зрительной системы человека [Helm95]. К сожалению, сегодняшние технологии не способны на это, поэтому нам придется рассмотреть множество компромиссов и их влияние на качество получаемых виртуальных сред.Человеческий глаз имеет как вертикальное, так и горизонтальное поле зрения (FOV) примерно 180 ̊ на 180 ̊. Вертикальный диапазон ограничен щеками и бровями примерно до 150 ̊. Горизонтальное поле зрения также ограничено и составляет 150: 60 ̊ в сторону носа и 90 в сторону [Heil92]. Это дает 180 ̊ общего диапазона обзора по горизонтали с бинокулярным перекрытием 120 ̊ при фокусировке на бесконечность (см. Рис. 2.2.1.1). Для сравнения: монитор с диагональю 21 дюйм, просматриваемый с расстояния 50 см, покрывает примерно 48 ̊ поля зрения, типичный HMD поддерживает поле зрения от 40 ̊ до 60 ̊.Некоторые дисплеи с широкоугольной оптикой могут поддерживать до 140 ̊ FOV. Острота зрения определяется как резкость просмотра. Он измеряется как доля пикселя, который охватывает одну угловую минуту по горизонтали [Cruz92]. Острота зрения меняется в зависимости от расстояния дуги от линии прямой видимости. Для объектов, которые достаточно освещены и лежат на оси (и поэтому проецируются на ямку — часть сетчатки, которая может разрешать мельчайшие детали изображения [Wysz82]) острота зрения является наилучшей: глаз может разрешить разделение одного угловая минута.Зона максимальной остроты зрения охватывает область около двух градусов по прямой видимости. Резкость изображения быстро ухудшается за пределами этой центральной области (например, при 10 ̊ внеосевого эксцентриситета она падает до десяти угловых минут [Helm95]). Даже лучшие настольные дисплеи далеки от достижения этого качества — 21-дюймовый монитор с разрешением 1280×1024 при просмотре с расстояния 50 см поддерживает разрешение 2,8 угловой минуты. Типичный HMD предлагает гораздо худшее разрешение дуги — оно варьируется от четырех до шести угловых минут.Временное разрешение глаза относится к феномену мерцания, воспринимаемому людьми при просмотре экрана (например, ЭЛТ), который обновляется повторяющимися импульсами. Слишком низкая частота обновления, особенно для более ярких и больших дисплеев, вызывает ощущение мерцания. Чтобы избежать этого плохого эффекта, необходимо использовать частоту обновления экрана выше критической (от 15 Гц для маленьких экранов и низких уровней освещенности до 50 Гц для больших экранов и высоких уровней освещенности) [Wysz82]. Сегодняшняя технология полностью поддерживает это требование — доступные в настоящее время на рынке ЭЛТ-мониторы поддерживают частоту обновления 76 Гц и более, и в случае современных ЖК-дисплеев эта проблема не возникает, поскольку экран постоянно обновляется.Человеческий глаз имеет динамический диапазон в десять порядков [Wysz82], что намного больше, чем может поддерживать любой из доступных на сегодняшний день дисплеев. Более того, ни один из мониторов не может охватить всю цветовую гамму. Поэтому для достижения наилучшего качества изображения необходимо использовать специальные методы отображения цвета [Fers94]. Чтобы генерировать информацию о глубине и стереоскопические изображения, мозг извлекает информацию из изображений, которые видят глаза, и из фактического состояния глаз. Эти биты информации называются сигналами глубины.Все признаки глубины можно разделить на две группы: физиологические (например, аккомодация, конвергенция или стереоскопический вид) и психологические (например, перекрытие, размер объекта, параллакс движения, линейная перспектива, градиент текстуры или высота в поле зрения) [Sche94]. Все они участвуют в генерации информации о глубине, но нужно быть осторожным, чтобы не дать пользователю противоречивых сигналов. Источников симуляционной болезни потенциально много. Несовершенство оборудования может способствовать возникновению болезненных ощущений, поскольку не обеспечивает идеальных стимулов для человеческих чувств.Однако есть и другие важные проблемы дизайна: задержка системы и вариации частоты кадров. Этой проблеме был посвящен ряд исследований, что указывает на ее смысл и значимость. Исследования [Kenn92, Rega95] пытаются сгруппировать и выяснить интенсивность всех видов болезней, возникающих при использовании авиасимуляторов и систем виртуальной реальности. Наиболее часто наблюдаемые симптомы: глазодвигательные дисфункции (например, напряжение глаз, трудности с фокусировкой, помутнение зрения), психические расстройства (например, полнота головы, трудности с концентрацией внимания, головокружение) или физиологические дисфункции (например, общий дискомфорт, головная боль, потливость, повышенное слюноотделение, тошнота. , ощущение желудка или даже рвота) [Kenn92].Однако, хотя эти показания звучат очень пугающе, важно отметить, что когда 61% исследованных субъектов сообщили о некоторых симптомах болезни, только 5% испытали умеренное и 2% тяжелое заболевание [Rega95]. Успех иммерсивных приложений зависит не только от качества изображений, но и от естественности моделирования. Желательным свойством внутреннего моделирования является быстрое, плавное и синхронизированное реагирование системы. Основной компонент задержки создается при рендеринге [Mine95b, Mazu95a], следовательно, частота обновления кадров имеет наибольшее влияние на ощущение присутствия и эффективность выполняемых задач в виртуальных средах [Brys93d, Paus93a, Ware94, Barf95].Низкие задержки (менее 100 мс) мало влияют на производительность имитаторов полета [Card90], а частота кадров 15 Гц кажется достаточной для удовлетворения ощущения присутствия в виртуальных средах [Barf95]. Тем не менее, более высокие значения (до 60 Гц) предпочтительны [Deer93b], при выполнении быстрых движений или когда требуется идеальная регистрация (например, в дополненной реальности) [Azum94]. Каковы физиологические причины болезни симулятора, вызванной латентным периодом? Одна из гипотез состоит в том, что болезнь возникает из-за несоответствия между визуальными сигналами движения и информацией, которая отправляется в мозг вестибулярной системой [Helm95].Это может быть как для систем виртуальной реальности, основанных на движении, так и для статических. Эта гипотеза кажется правильной, поскольку люди без функционирующей вестибулярной системы не подвержены симуляционной болезни [Eben92]. Непостоянная частота кадров может негативно повлиять на ощущение присутствия, а также вызвать тошноту в симуляторе. Люди просто приспосабливаются к медленной реакции системы, и когда обновление не приходит в ожидаемую (даже с задержкой) отметку времени, наши чувства и мозг дезориентируются.Поэтому разработаны алгоритмы с постоянной частотой кадров [Funk93] (см. Также раздел 2.4). Абсолютный минимум информации, необходимой для иммерсивной виртуальной реальности, — это положение и ориентация головы зрителя, необходимые для правильной визуализации изображений. Кроме того, можно отслеживать другие части тела, например, руки — для взаимодействия, грудь или ноги — для графического представления пользователя и т. Д. Трехмерные объекты имеют шесть степеней свободы (DOF): координаты положения (смещения x, y и z. ) и ориентации (например, углы рыскания, тангажа и крена).Каждый трекер должен поддерживать эти данные или их часть [Holl95]. В общем, существует два типа трекеров: те, которые предоставляют абсолютные данные (общие значения положения / ориентации), и те, которые предоставляют относительные данные (то есть изменение данных из последнего состояния). Наиболее важными характеристиками трекеров 6DOF, которые необходимо учитывать при выборе подходящего устройства для данного приложения, являются [Meye92, Bhat93, Holl95]: • частота обновления — определяет, сколько измерений в секунду (измеряется в Гц) выполняется. Более высокие значения частоты обновления обеспечивают более плавное отслеживание перемещений, но требуют большей обработки.• задержка — время (обычно измеряемое в мс) между реальным (физическим) действием пользователя и началом передачи отчета, представляющего это действие. Более низкие значения способствуют лучшей производительности. • точность — мера погрешности в сообщенном положении и ориентации. Обычно определяется в абсолютных значениях (например, в мм для положения или в градусах для ориентации). Меньшие значения означают лучшую точность. • разрешение — наименьшее изменение положения и ориентации, которое может обнаружить трекер.Измеряется как погрешность в абсолютных величинах. Меньшие значения означают лучшее …

Камеры по сравнению с человеческим глазом

Почему я не могу просто направить камеру на то, что я вижу, и записать это? Это, казалось бы, простой вопрос. Это также один из самых сложных ответов, и он требует не только того, как камера записывает свет, но и того, как и почему наши глаза работают именно так. Ответ на такие вопросы может раскрыть удивительное понимание нашего повседневного восприятия мира — в дополнение к тому, что вы станете лучшим фотографом.

VS.

ВВЕДЕНИЕ

Наши глаза могут осматривать сцену и динамически настраиваться в зависимости от объекта, в то время как камеры фиксируют одно неподвижное изображение. Эта черта объясняет многие из наших общепринятых преимуществ перед камерами. Например, наши глаза могут компенсировать это, когда мы фокусируемся на областях с различной яркостью, можем смотреть вокруг, чтобы охватить более широкий угол зрения, или можем поочередно фокусироваться на объектах на разных расстояниях.

Однако конечный результат сродни видеокамере, а не фотоаппарату, которая собирает соответствующие снимки для формирования мысленного образа. Быстрый взгляд наших глаз может быть более справедливым сравнением, но в конечном итоге уникальность нашей визуальной системы неизбежна, потому что:

То, что мы действительно видим, — это реконструкция объектов нашим разумом на основе информации, поступающей от глаз, а не фактического света, получаемого нашими глазами .

Скептически? Большинство — по крайней мере, на начальном этапе.В приведенных ниже примерах показаны ситуации, когда можно обманом заставить разум видеть что-то отличное от глаз:

Ложный цвет Полосы Маха

Ложный цвет : Наведите указатель мыши на угол изображения и посмотрите на центральный крест. Отсутствующая точка будет вращаться по кругу, но через некоторое время она станет зеленой, хотя на самом деле зеленого цвета на изображении нет.

Полосы Маха : Перемещайте указатель мыши по изображению.Каждая из полос будет казаться немного темнее или светлее рядом с ее верхним и нижним краями, даже если каждая из них равномерно серая.

---

Однако это не должно мешать нам сравнивать наши глаза и камеры! Во многих случаях справедливое сравнение все еще возможно, но только если мы принимаем во внимание то, что мы видим, и , как наш разум обрабатывает эту информацию. В последующих разделах мы попытаемся различить эти два аспекта, когда это возможно.

ОБЗОР ОТЛИЧИЙ

В этом руководстве сравнения сгруппированы по следующим визуальным категориям:

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

Вышесказанное часто понимается как то, где наши глаза и камеры больше всего различаются, и, как правило, также есть место, где есть наибольшие разногласия.Другие темы могут включать глубину резкости, стереозрение, баланс белого и цветовую гамму, но они не будут в центре внимания данного руководства.

1. УГОЛ ОБЗОРА

В камерах это определяется фокусным расстоянием объектива (наряду с размером сенсора камеры). Например, телеобъектив имеет большее фокусное расстояние, чем стандартный портретный объектив, и, таким образом, обеспечивает 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 изогнута, (ii) периферия нашего поля зрения содержит все меньше деталей, чем центр, и (iii) Воспринимаемая нами сцена — это результат работы обоих глаз.

Каждый глаз индивидуально имеет угол обзора от 120 до 200 °, в зависимости от того, насколько строго человек определяет объекты как «видимые». Точно так же область перекрытия двойного глаза составляет около 130 ° — или почти такой же ширины, как линза «рыбий глаз». Однако по причинам эволюции наше крайнее периферийное зрение полезно только для восприятия движения и крупномасштабных объектов (например, льва, прыгающего с вашей стороны). Кроме того, такой широкий угол выглядел бы сильно искаженным и неестественным, если бы он был снят камерой.

Левый глаз	Перекрытие с двумя проушинами	Правый глаз

Наш центральный угол зрения — около 40-60 ° — это то, что больше всего влияет на наше восприятие. Субъективно это соответствовало бы углу, под которым вы могли вспомнить объекты, не двигая глазами. Между прочим, это близко к «нормальному» фокусному расстоянию 50 мм для полнокадровой камеры (43 мм, если быть точным) или к фокусному расстоянию 27 мм для камеры с 1.6-кратный кроп-фактор. Хотя это не воспроизводит полный угол обзора, под которым мы видим, действительно соответствует тому, что мы воспринимаем как лучший компромисс между различными типами искажения:

Слишком широкий угол обзора и относительные размеры объектов преувеличены, тогда как слишком узкий угол зрения означает, что все объекты примерно одинакового относительного размера, и вы теряете ощущение глубины. Чрезвычайно широкие углы также приводят к тому, что объекты, расположенные по краям кадра, выглядят растянутыми.

(при съемке стандартным / прямолинейным объективом)

Для сравнения, даже если наши глаза фиксируют искаженное широкоугольное изображение, мы реконструируем его, чтобы сформировать трехмерное мысленное изображение, которое, казалось бы, не имеет искажений.

2. РАЗРЕШЕНИЕ И ДЕТАЛИ

Большинство современных цифровых фотоаппаратов имеют разрешение 5-20 мегапикселей, что часто считается недостаточным для нашей собственной визуальной системы. Это основано на том факте, что при зрении 20/20 человеческий глаз способен разрешить эквивалент 52-мегапиксельной камеры (при угле обзора 60 °).

Однако такие расчеты ошибочны. Только наше центральное видение — 20/20, поэтому мы никогда не решаем столько деталей за один взгляд. Вдали от центра наши зрительные способности резко ухудшаются, так что всего на 20 ° от центра наши глаза воспринимают только одну десятую от количества деталей. На периферии мы обнаруживаем только крупномасштабный контраст и минимальный цвет:

Качественное представление визуальных деталей одним взглядом глаз.

Принимая во внимание вышесказанное, один взгляд, таким образом, способен воспринимать только детали, сравнимые с 5-15-мегапиксельной камерой (в зависимости от зрения).Однако наш разум фактически не запоминает изображения пиксель за пикселем; вместо этого он записывает запоминающиеся текстуры, цвет и контраст по каждому изображению.

Таким образом, чтобы составить подробный мысленный образ, наш взгляд фокусируется на нескольких областях, представляющих интерес, в быстрой последовательности. Это эффективно окрашивает наше восприятие:

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

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

Асимметрия . Каждый глаз более способен воспринимать детали ниже нашего взгляда, чем сверху, и их периферическое зрение также намного более чувствительно в направлениях от носа, чем к нему. Камеры записывают изображения почти идеально симметрично.

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

Тонкие градации . Слишком много внимания часто уделяется мельчайшим деталям, которые можно разрешить, но также важны тонкие градации тонов — и именно здесь наши глаза и камеры различаются больше всего. С камерой всегда легче разрешить увеличенные детали, но, как это ни парадоксально, увеличенные детали могут фактически стать менее заметными для наших глаз.В приведенном ниже примере оба изображения содержат текстуру с одинаковой степенью контрастности, но она не видна на изображении справа, потому что текстура была увеличена.

Тонкая текстура
(еле видна) →
Увеличено 16X Грубая текстура
(больше не видно)

3. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН

Динамический диапазон * — это та область, в которой глаз часто имеет огромное преимущество. Если бы мы рассмотрели ситуации, когда наш зрачок открывается и закрывается для разных областей яркости, то да, наши глаза намного превосходят возможности изображения с одной камеры (и могут иметь диапазон, превышающий 24 диафрагмы).Однако в таких ситуациях наш глаз динамически настраивается, как видеокамера, так что это, возможно, не совсем справедливое сравнение.

Глаз фокусируется на фоне	Глаз фокусируется на переднем плане	Наш мысленный образ

Если бы мы вместо этого рассмотрели мгновенный динамический диапазон нашего глаза (где раскрытие нашего зрачка не изменилось), то камеры работали бы намного лучше. Это было бы похоже на то, как если бы мы смотрели на одну область в сцене, позволяя нашим глазам приспособиться и не глядя куда-либо еще.В этом случае, по большинству оценок, наши глаза могут видеть где угодно от 10 до 14 ступеней динамического диапазона, что определенно превосходит большинство компактных камер (5-7 ступеней), но удивительно похоже на таковое у цифровых зеркальных камер (8-11 останавливается).

С другой стороны, динамический диапазон нашего глаза также зависит от яркости и контраста объекта, поэтому вышесказанное применимо только к типичным условиям дневного света. Например, при просмотре звезд при слабом освещении наши глаза могут приблизиться к еще большему мгновенному динамическому диапазону.

* Количественная оценка динамического диапазона . Наиболее часто используемой единицей измерения динамического диапазона в фотографии является диафрагма, поэтому мы будем придерживаться ее здесь. Это описывает соотношение между самыми светлыми и самыми темными записываемыми областями сцены в степени двойки. Следовательно, сцена с динамическим диапазоном 3 ступени диафрагмы имеет белый цвет, который в 8 раз ярче, чем его черный (поскольку 2 ³ = 2x2x2 = 8).

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

Чувствительность . Это еще одна важная визуальная характеристика, описывающая способность распознавать очень слабые или быстро движущиеся объекты. При ярком свете современные камеры лучше решают быстро движущиеся объекты, что подтверждается необычно выглядящей высокоскоростной фотографией. Это часто становится возможным благодаря чувствительности ISO камеры выше 3200; эквивалентный дневной свет ISO для человеческого глаза даже считается низким 1.

Однако в условиях низкой освещенности наши глаза становятся намного более чувствительными (при условии, что мы даем им возможность адаптироваться в течение 30+ минут).Астрофотографы часто оценивают это как близкое к ISO 500–1000; все еще не так высоко, как у цифровых фотоаппаратов, но близко. С другой стороны, камеры имеют преимущество в том, что они могут делать более длительные выдержки, чтобы выделить даже более слабые объекты, тогда как наши глаза не видят дополнительных деталей после того, как смотрели на что-то более 10-15 секунд.

ВЫВОДЫ И ДАЛЬНЕЙШЕЕ ЧТЕНИЕ

Кто-то может возразить, что то, способна ли камера превзойти человеческий глаз, несущественно, потому что камеры требуют другого стандарта: они должны делать реалистичные отпечатки.Напечатанная фотография не знает, на каких областях будет фокусироваться глаз, поэтому каждая часть сцены должна содержать максимум деталей — на всякий случай, когда мы сосредоточимся именно на ней. Это особенно актуально для больших или внимательно просматриваемых отпечатков. Тем не менее, можно также утверждать, что по-прежнему полезно рассматривать возможности камеры в контексте.

В целом, большинство преимуществ нашей зрительной системы проистекает из того факта, что наш разум способен разумно интерпретировать информацию, поступающую от наших глаз, тогда как с камерой все, что у нас есть, — это необработанное изображение.Несмотря на это, современные цифровые камеры работают на удивление хорошо и превосходят наши собственные глаза по нескольким визуальным возможностям. Настоящий победитель — это фотограф, который может грамотно собрать несколько изображений с камеры, превзойдя даже наш мысленный образ.

Дополнительную информацию по этой теме см. В следующих статьях:

Как работает нормальное зрение — Chadwick Optical, Inc.

Измерение остроты зрения

Большинство людей видели эту диаграмму или что-то подобное.Это называется диаграммой Снеллена. Диаграмма Снеллена — это простой способ измерения остроты зрения. Цифры справа от таблицы (20/200 и т. Д.) — это острота зрения человека, который может прочитать эту конкретную строку с расстояния 20 футов. Человек с прекрасным зрением может видеть линию 20/20 с расстояния 20 футов. Человек со зрением 20/100 может видеть линию 20/100 с расстояния 20 футов. Человек со зрением 20/20 может видеть линию 20/100 с расстояния 100 футов. Многим людям требуется коррекция зрения с помощью очков или контактных линз для достижения остроты зрения 20/20.Это называется наиболее скорректированной остротой зрения.

Часто острота зрения измеряется в метрических единицах (6/6 = 20/20) или на меньшем расстоянии, чем 20 футов (10/10 = 20/20).

Нормальное зрение

Симуляции нормального зрения часто изображаются с четким изображением. Ваше видение намного динамичнее, чем картинка. Вы когда-нибудь замечали, что когда смотришь на что-то вблизи, все вокруг размывается? Смотрите изображение старинного здания ниже.На снимке одновременно выделяются все детали здания. Глаз этого не делает. Глаз быстро просматривает картинку и собирает полную картину в вашем мозгу. Обратите внимание, что размытые изображения имеют фокус высокого разрешения. Это более точное представление о том, как работает зрение. Ваше зрение имеет высокую четкость при центральном зрении и размытость при периферическом зрении.

Центральное зрение

Ваше центральное или фовеальное зрение — это то место, где вы можете достичь максимальной остроты зрения.Эта зона максимальной остроты занимает примерно 2-3 градуса всего поля зрения. Это центральное зрение происходит в части глаза, известной как ямка.

Периферийное зрение

Периферийное зрение — это все, что находится за пределами вашего центрального зрения, и обычно оно охватывает около 180 градусов поля зрения. Острота периферического зрения существенно ухудшается по мере удаления от центрального зрения. Предполагая, что у пациента идеальное зрение, эта диаграмма показывает быстрое снижение остроты зрения от центрального фовеального зрения к периферии.

Хотя периферическое зрение имеет очень низкую остроту, оно чрезвычайно полезно, помогая нам распознавать окружающую обстановку. Он предупреждает нас, чтобы мы могли сосредоточить внимание. Жук, бегающий по полу, или объект, летящий навстречу вам, предупредят вас, и вы сможете сосредоточить на нем свое центральное зрение.

Пара странностей видения

«Слепое пятно» в приведенной выше таблице называется физиологическим слепым пятном, и это слепое пятно, которое есть у каждого человека.Вы знали, что у вас был такой? При нормальных обстоятельствах вы даже не заметите этого, потому что ваш мозг находится в слепой зоне. А вы знали, что у вас всегда двоится в глазах?

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ИСПЫТАНИЕ НА Слепые пятна

Посмотрите на изображение креста и круга ниже. Сядьте за компьютер, направив нос между крестиком и черным кружком.

Закройте свой ЛЕВЫЙ глаз и смотрите на крест своим RIGH T.

Теперь МЕДЛЕННО двигайтесь к экрану компьютера, продолжая смотреть на крест ПРАВЫМ глазом.

Где-то на расстоянии 10-14 дюймов от экрана компьютера (меньше, если вы используете мобильное устройство) — черный круг исчезнет , а область, где был черный круг… теперь будет полностью белым — это ваш Слепая зона .

Если подойти ближе к экрану или дальше — круг снова появится. Как раз на правильном расстоянии — круг исчезнет.

Двойное зрение

У вас постоянно двоится в глазах, и это вас нисколько не беспокоит.Двойное зрение беспокоит только тогда, когда оно влияет на область, на которой вы фокусируетесь. Вот несколько примеров, чтобы показать вам это.

Сосредоточьтесь на чем-то в другом конце комнаты. Теперь поместите палец примерно на 6 дюймов перед носом, продолжая фокусироваться по комнате. Сколько пальцев ты видишь? Если у вас нормальное зрение, вы должны увидеть два пальца. Но это не особенно раздражает, потому что вы не зацикливаетесь на них.

Теперь переведите фокус на палец, чтобы видеть только один палец.Подносите палец все ближе и ближе к лицу, пока не окажетесь прямо перед носом. Когда вы пытаетесь сфокусироваться на пальце и видеть только один палец, вы в конечном итоге испытаете дискомфорт, и ваши глаза в конечном итоге не смогут видеть один палец. Вы увидите два пальца. Это называется диплопией — тревожным двоением в глазах, при котором вы сосредотачиваетесь.

Двойное зрение всегда рядом. Диплопия нежелательна.

Слабое зрение

Большинство людей с помощью очков или контактных линз могут достичь остроты зрения 20/20.Считается, что человек имеет слабое зрение, если его острота зрения с максимальной коррекцией составляет 20/70 или меньше. Если у них лучше всего исправленное зрение 20/200 или меньше, они считаются слепыми.

Ограничение поля

Как видно из этого изображения, общее поле зрения человека составляет примерно 180 градусов. Каждый глаз имеет около 150 градусов, а два глаза перекрываются примерно на 120 градусов. Это перекрытие называется бинокулярным зрением. Бинокулярное зрение дает нам точное восприятие глубины, что помогает во всем, от ходьбы до ловли мяча.Пациент считается слабовидящим, если его лучше видящий глаз имеет угол поля зрения не более 20 градусов.

Нормальное поле зрения От слабого до юридически слепого Поле зрения

Острота зрения и прямая видимость

Nelson & Associates :: Человеческий фактор :: Острота зрения и поле зрения

---

Возможности и ограничения человеческого зрения являются основным предметом инженерии человеческого фактора, применительно к проектированию рабочих поверхностей для ходьбы.

---

Поле зрения.

Во время ходьбы не только нормально, но и критично для безопасности обращать внимание на множество объектов в поле зрения. «Поле зрения» человека не ограничивается какой-либо конкретной линией зрения, а, скорее, включает в себя все, что доступно, можно увидеть, как близко, так и далеко, как заметное, так и незаметное. Однако то, действительно ли отдельные объекты в поле зрения видны или воспринимаются, зависит от конкретных динамических факторов, включая проблемы, связанные с линией зрения , остротой зрения , ограничениями периферического зрения , ожиданием , задача выполняется, и характер , окружающий деятельность и другие визуальные отвлекающие факторы .

Из-за ограничений по времени и остроте зрения осознание окружающей среды осуществляется с помощью процесса выборки , то есть путем сосредоточения внимания на нескольких , но не на всех объектах в поле зрения. Это очень важно понимать. Учитывая естественные и обычные ограничения человеческого фактора, и особенно ограничения человеческой физиологии, тот факт, что объект «доступен» для наблюдения в поле зрения, не означает, что он «будет» виден обычными людьми, ведущими себя с обычной осторожностью. манера.

---

Нормальная линия видимости.

«Смотреть, куда вы идете» или «обращать внимание на то, что вы делаете» во время ходьбы не являются синонимами «смотреть себе в ноги» или «уделять исключительное внимание своим ступням». При ходьбе «смотреть себе под ноги» не только неестественно, но в большинстве случаев это может быть опасно. Нормальная линия обзора во время ходьбы составляет примерно 10 градусов вниз от горизонтали. (См. Рис. 1). Это означает, что объекты у ног или рядом с ними, далеко слева, справа или над головой должны быть видны периферическим зрением — относительно плохим средством восприятия деталей.

Рис. 1. Нормальная постоянная линия прямой видимости.

---

Фовеальное зрение.

Что касается остроты зрения (способности видеть детали), важно понимать и принимать во внимание, что в пределах своего переднего поля зрения только те объекты, которые находятся в центре фокуса глаза, находятся «в фокусе» и «видны» в любая деталь. Это называется «фовеальным зрением». Проще говоря, объекты, видимые в фовеальном зрении (прямая линия зрения), видны подробно, в то время как объекты, которые не находятся в фовеальном зрении, не видны в деталях.Например, если кто-то смотрит на первое слово в заголовке газеты, он не может прочитать весь заголовок, не перемещая взгляд по странице; или, если кто-то смотрит в лицо человека, стоящего рядом с ним, и у этого человека есть бейджик, нельзя прочитать бейджик, продолжая смотреть в лицо этого человека. Эту неспособность видеть детали, не глядя прямо на объект, можно проиллюстрировать на многих других распространенных опытах.

---

Периферийное зрение.

Поскольку человеческий глаз может видеть только детали объектов, на которых сфокусировано особое внимание, и поскольку эта фокусирующая активность осуществляется за счет обычных движений тела (например, маневров поворота) и доступного времени (или, точнее, времени недоступности), необходимого для движения глаз и фокусироваться с одной конкретной точки на другую, большая часть того, что на самом деле наблюдается во время большей части человеческой деятельности, особенно в новой или относительно богатой визуальной среде, воспринимается с помощью периферийного зрения (той части поля зрения, которая расположена за пределами центральной части поля зрения). область фокусировки), отличный детектор движения, но плохой детектор цвета, расстояния и деталей.Естественно ограничено как таковое, когда люди смотрят на уровень глаз в том направлении, в котором они идут (или намереваются идти), если сразу не обнаруживается особо угрожающая (высокая визуальная контрастность) опасность, и полагаясь, что другие, контролирующие поверхность для ходьбы, выполняли обычная забота об их сохранности, поверхности уделяется мало внимания. То есть, чтобы узнать о потенциальных опасностях на поверхности для ходьбы, если людям нужно дать шанс их обнаружить, такие опасности должны быть достаточно заметными, достаточно необычными и достаточно опасными, чтобы привлекать особое внимание на расстоянии.

Не все периферийное зрение обеспечивает одинаковую степень зрения с точки зрения обнаружения и восприятия объектов. Ссылки на человеческий фактор указывают на то, что при размещении объектов в поле зрения для лучшего распознавания следует учитывать, что оптимальное вращение глаза влево и вправо от обычного луча зрения составляет 15 градусов, а максимальный угол поворота глаза влево и вправо составляет 35 градусов. Оптимальное вращение глаза вверх и вниз также составляет 15 градусов, в то время как максимальное вращение глаза вверх составляет 25 градусов, а максимальное вращение глаза вниз — 30 градусов.

Две различные области периферийного поля зрения могут быть описаны как ближнее периферийное поле, область максимального поворота глаза от прямой линии зрения (в пределах 25 градусов вверх, 35 градусов влево и вправо и 30 градусов вниз), и дальнее периферийное поле, область поля зрения, в которой необходимо использовать вращение глаз плюс вращение головы для достижения прямой видимости. Очевидно, что при прочих равных, объекты в ближнем периферийном поле будут обнаруживаться легче, чем объекты в дальнем периферийном поле.

Практическое применение этих визуальных возможностей человека и ограничений показано в отношении маркетинговых стратегий, используемых предприятиями розничной торговли для демонстрации основных товаров там, где покупатели будут их наиболее естественно видеть.

---

Острота зрения против восприятия.

Важно понимать разницу между остротой зрения и восприятием . Острота зрения — это способность глаза четко воспринимать пространственные детали.Это способность обнаруживать и по-настоящему «видеть» мельчайшие детали объектов в поле зрения. Восприятие , с другой стороны, включает в себя процесс не только обнаружения объекта в общем смысле, но также понимания значимости объекта .

Восприятие должно произойти до того, как может произойти реакция , и анализ того, что люди воспринимают или не воспринимают в своей окружающей среде, должен учитывать, большинство объектов в нашем поле зрения воспринимаются ниже уровня сознания .То есть только потому, что объекты находятся в пределах нашего непосредственного поля зрения, не означает, что они воспринимаются на сознательном уровне .

---

Восприятие

Точно так же, как острота зрения зависит от фиксированных характеристик физиологии человека (то есть от характеристик человеческого зрения, которые имеют определенные возможности и ограничения), а также сложности внешней среды, восприятие также включает некоторые относительно фиксированные характеристики человеческого мышления. Процесс, который, среди прочего, находится под сильным влиянием элементов преобладающей задачи и окружающих сложностей окружающей среды, которые имеют тенденцию отвлекать разум от понимания значения или значения каждого объекта, который в противном случае доступен для просмотра и понимания.

Восприятие (опять же, обнаружение объекта и понимание значимости объекта ) дополнительно зависит от качества (силы) сенсорных условий, таких как освещение, цвет, цветовой контраст или маскировка, а также степень ожидания, связанного с объектом чтобы увидеть.

---

Восприятие против времени восприятия

и процесс визуальной выборки

Другой аспект остроты зрения, который следует особо учитывать, заключается в том, что процесс фокусирования линии взгляда на различных объектах, которые являются единственными объектами в поле зрения, которые видны с ясностью, занимает драгоценное раз, .То есть время, необходимое для движения глаз и фокусировки, значительно ограничит количество конкретных объектов, которые можно по-настоящему увидеть и понять, когда человек движется в пространстве во время процесса ходьбы. В реальных задачах, например, во время прогулки или при выполнении обычных (не аварийных) действий, включающих случайный поиск в поле зрения определенных объектов (например, поиск любимого супа или хлопьев в продуктовом магазине), люди редко совершают более двух-трех движений глаз в секунду (движения глаз обычно могут длиться до 0.48 секунд каждый), а точное восприятие возможно только в пределах области около 2 градусов дуги вокруг точки фиксации (попробуйте прочитать заголовок газеты, сосредоточившись только на первом слове).

Сдвиг зрения, связанный с различиями в фокусном расстоянии, от ближнего фокуса к дальнему или от дальнего фокуса к ближнему, требует дополнительного времени. Даже для высококвалифицированных и «хорошо подготовленных» пилотов самолетов время, чтобы сместить фокус с относительно близкого объекта на удаленный объект, а затем вернуться к фокусировке на ближнем объекте, было измерено равным 2.39 и 1,5 секунды соответственно.

---

Концепция «ожидания» в человеческом зрении

На восприятие влияет ожидание , связанное с подсознательным осознанием или опорой на окружающую среду как на нормальное, в том смысле, что его физическое состояние соответствует тому, что обычно встречается с точки зрения дизайна. Такая вера в благоразумие тех, кто спроектировал спроектированную среду или контролирует ее, хотя часто и неуместна, является обычным явлением и сильно влияет на первоначальное восприятие, препятствуя обнаружению и пониманию непредвиденной опасности.

Эти естественные визуальные характеристики (нормальные линии зрения, случайные фовеальные точки фокусировки, периферическое зрение и т. Д.) И их ограничения объясняют, почему материалы, вызывающие скольжение, и предметы, вызывающие спотыкание, часто не видны разумным людям до тех пор, пока не начнется скольжение или споткнуться. потенциальное падение.

Технические / научные ссылки и авторитетные источники, поддерживающие нормальные линии зрения человека: • Эванс, Генри, Справочник по организации дорожного движения, второе издание, 1950. • Объединенный руководящий комитет армии, флота и военно-воздушных сил, Руководство по инженерно-техническим вопросам проектирования оборудования, 1963 год.• Панеро, Юлиус и Мартин Зельник, Человеческое измерение и внутреннее пространство, 1979. • Маршалл, Гилберт, Техника безопасности, 1982. • Миллер, Барретт С., «Падение, бросок, стоивший миллионы тысяч», «Безопасность и здоровье», февраль 1988 г.

---

© Nelson & Associates

---

---

Выбрать ссылки

• Evans, Henry, Traffic Engineering Handbook , Second Edition, 1950.
• Объединенный руководящий комитет армии, флота и военно-воздушных сил, Руководство по проектированию оборудования для человека, , 1963.
• Панеро, Юлиус и Мартин Зельник, Человеческое измерение и внутреннее пространство , 1979.
• Маршалл, Гилберт, Техника безопасности , 1982.
• Миллер, Барретт К., «Падение, бросок тысячей стоимостью в миллионы», Безопасность и здоровье , февраль 1988 г.

Модель входного зрачка человеческого глаза

В этом разделе я описываю свойства модели глаза, заданные в программном обеспечении. Параметры модели взяты из предыдущих отчетов (в основном ^9,10 ) с некоторыми изменениями.Некоторые аспекты модели зависят от погрешности сферического эквивалента глаза. Система координат центрирована на оптической оси с размерами, соответствующими осевому, горизонтальному и вертикальному положению. Единицы измерения даются в миллиметрах и градусах, за исключением составляющей наклона эллипса, которая указывается в радианах. Поверхности квадрики задаются длиной их радиуса (в отличие от радиуса кривизны). Осевая глубина дается относительно самой передней точки передней поверхности роговицы, которой присвоено нулевое положение по глубине.Параметры представлены для правого глаза. Горизонтальные и вертикальные схематические сечения модельного глаза представлены на рис. 1.

Рис. 1

Схема модельного глаза. Компоненты модели показаны для эмметропического правого глаза, сфокусированного на точке на расстоянии 3 метра. Линза, роговица, камера стекловидного тела и диафрагма радужной оболочки выровнены и центрированы на оптической оси (пунктирная линия). Модель указывает расположение фовеа (звездочка). Показаны два луча, соединяющие ямку с точкой фиксации.Визуальная ось (серая линия) — узловой луч оптической системы. Луч зрения (розовая линия) проходит через центр входного зрачка.

Анатомические компоненты

Роговица

Передняя поверхность роговицы моделируется как трехосный эллипсоид, взяв «каноническое представление» от Наварро и его коллег ⁹ для эмметропического глаза. Атчисон ¹⁰ заметил, что радиус кривизны в вершине роговицы изменяется в зависимости от сферической аметропии, и предоставил параметры для осесимметричного вытянутого эллипсоида с радиусом кривизны (но не асферичностью), линейно изменяющимся с ошибка рефракции моделируемого глаза.Я вычислил пропорциональное изменение значений Наварро, которое соответствовало бы эффекту аметропии, описанному Атчисоном. Это дает следующее выражение для радиусов эллипсоида передней поверхности роговицы:

$$ cornea \ _front \ _radii (SR) = [14.26 \, 10.43 \, 10.27] \ cdot (1-0.0028SR) $$

(1)

, где SR — сферическая ошибка преломления в диоптриях, а радиусы даны (здесь и далее) в порядке осевого, горизонтального и вертикального.Вершина эллипсоида роговицы находится на оптической оси.

Atchison ¹⁰ приняты параметры для задней поверхности роговицы, которые не зависят от аметропии. Наварро и его коллеги ⁹ не предоставляют параметры задней части роговицы. Поэтому я масштабирую параметры, предоставленные Atchison ¹⁰ , чтобы они были пропорциональны осевому радиусу роговицы, указанному Navarro, получая:

$$ cornea \ _back \ _radii = [13.7716 \, 9.3027 \, 9.3027] $$

(2)

Центр заднего эллипсоида роговицы расположен так, что есть 0.55 мм толщины роговицы между передней и задней поверхностью роговицы на вершине, согласно Atchison ¹⁰ .

Радужная оболочка и упор диафрагмы

Радужная оболочка моделируется как плоскость, перпендикулярная оптической оси (т.е. нулевой «угол радужной оболочки»), расположенная на 3,9 мм позади передней поверхности роговицы, в месте расположения передней поверхности роговицы. линза для циклоплегического глаза ¹¹ .

Внутренний край радужной оболочки является источником изображения границы входного зрачка.Имеются данные о том, что входной зрачок децентрализован носом по отношению к оптической оси и что центр смещается во времени с расширением (см. Обзор ¹² ). Текущая модель не пытается включить эти измерения в свойства диафрагмы. Вместо этого ограничитель диафрагмы моделируется как центрированный и закрепленный на оптической оси.

Остановка, однако, смоделирована слегка некруглой. Wyatt ¹³ измерил средние (по всему объекту) параметры эллипса для входного зрачка в условиях тусклого и яркого освещения (при этом визуальная ось глаза совмещена с осью камеры).{2}} \)). В текущей модели я ограничиваю эксцентриситет расширенного входного зрачка немного меньшим значением (0,18), чтобы лучше соответствовать измерениям Mathur и его коллег ⁶ (обсуждаются ниже). Принимая во внимание рефракцию роговицы (используя моделирование трассировки лучей), я вычислил параметры эллипса (площадь, эксцентриситет и наклон) для апертурной диафрагмы, которая создаст внешний вид входного зрачка, наблюдаемый Wyatt ¹³ на двух уровнях освещенности. Затем используется функция гиперболического тангенса радиуса упора для перехода между эллиптическим эксцентриситетом суженного упора — через круг с промежуточным размером — к эксцентриситету расширенного упора.В соответствии с Wyatt ¹³ , наклон эллиптического упора горизонтальный ( θ = 0) для всех размеров упора ниже круглой промежуточной точки, а затем вертикальный с небольшим наклоном вершины в сторону носового поля для всех больших упоров. .

Таким образом, модель обеспечивает упор, который плавно переходит в эллиптический эксцентриситет и горизонтально-вертикальную ориентацию (проходя через круг), поскольку радиус апертуры изменяется от малого до большого в соответствии с этими функциями: {rcl} \ varepsilon (r) & = & 0.303 (4,760 (tanh (r-1,753) +0,099)) \\ \ theta (\ varepsilon) & = & \ {\ begin {array} {ll} 0 & {\ rm {if}} \, \ varepsilon <0 ; \\ \ frac {3} {7} pi & {\ rm {if}} \, \ varepsilon> 0; \ end {array} \ end {array} $$

(3)

, где r — радиус диафрагмы в мм, ε — нелинейный эксцентриситет эллипса апертуры и θ — наклон эллипса апертуры (по горизонтали = 0; по вертикали = пи /2).Знак ε используется для определения θ , хотя абсолютное значение ε используется для создания стоп-эллипса.

Хотя это не требуется для определения входного зрачка, граница видимой радужной оболочки моделируется для сравнения с эмпирическими изображениями глаза. Горизонтальный диаметр видимой диафрагмы (HVID) составляет 11,8 мм ¹⁴ . Бернд Брукнер из компании Appenzeller Kontaktlinsen AG измерил HVID с помощью фотокератоскопии у 461 человека ¹⁵ и любезно предоставил мне измерения отдельных субъектов.Эти данные хорошо согласуются с распределением Гаусса и дают средний радиус видимой радужки 5,91 мм и стандартное отклонение 0,28 мм. После учета увеличения роговицы радиус радужной оболочки в модели установлен на 5,57 мм.

Линза

Хрусталик моделируется как набор квадратичных поверхностей. Передняя и задняя поверхности хрусталика моделируются как половина двуполостного гиперболоида. Радиусы этих поверхностей, их зависимость от возраста и аккомодационного состояния глаза, а также толщина передней и задней частей хрусталика взяты из Navarro et al. ¹⁶ .Внутренняя часть линзы моделируется градиентом показателей преломления. Это реализовано в виде набора эллипсоидальных изоиндикативных поверхностей; В представленных здесь результатах использовалось 40 поверхностей. Конкретные параметры взяты из Atchison ¹⁰ , которые, в свою очередь, были получены из предыдущих исследований ^17,18 . Линза моделируется как центрированная с оптической осью. Осевое положение центра линзы взято из Atchison ¹⁰ .

Аккомодационное состояние модельного глаза задается в терминах расстояния до точки наилучшего фокуса, установленного путем настройки параметра «d» в уравнениях Наварро и его коллег ¹⁶ .

Камера стекловидного тела и поверхность сетчатки

Атчисон ¹⁰ обеспечивает радиусы кривизны и асферичности биконической модели камеры стекловидного тела, которая децентрирована и наклонена относительно оси зрения. С увеличением отрицательной аномалии рефракции (миопии) камера стекловидного тела изменяет размер, удлиняясь в осевом направлении и в меньшей степени в вертикальном и горизонтальном направлениях. Я моделирую стекловидную камеру как эллипсоид, который центрирован и выровнен с оптической осью, определяя радиусы и их зависимость от сферической ошибки рефракции из уравнений 22–24, предоставленных Atchison ¹⁰ .

Визуальные оси и оси прямой видимости

Наша цель — описать внешний вид входного зрачка. Часто зрачок наблюдается тогда, когда взгляд исследуемого объекта направлен на точку фиксации. Чтобы смоделировать это, я определяю расположение ямки на сетчатке, а также визуальную ось и ось прямой видимости.

Визуальная ось — это узловой луч ¹⁹ глаза, пересекающий ямку. Угол α — это угол между зрительной осью глаза и оптической осью ¹² .Зрительная ось обычно смещена в нос и вверх в поле зрения относительно оптической оси. Горизонтальное смещение визуальной оси составляет 5–6 ° ²⁰ , вертикальное смещение порядка 2–3 ° ²¹ . Эти значения варьируются индивидуально.

Табернеро и его коллеги ²⁰ предположили, что индивидуальные различия в осевой длине глаза связаны с индивидуальными различиями в α . Их модель считает, что по мере увеличения осевой длины глаза осевое расстояние фовеа от узловых точек глаза увеличивается больше, чем горизонтальное или вертикальное расстояние.{-1} [(\ frac {16.5} {16.5-0.299SR}) загар ({\ alpha} _ {0})] $$

(4)

, где α ₀ — угол визуальной оси по отношению к оптической оси в эмметропическом глазу, а SR — сферическая ошибка преломления в диоптриях. Исходная модель Табернеро выражается в осевой длине в миллиметрах; Я преобразовал эту переменную в единицы диоптрий сферической ошибки рефракции, используя соотношение, данное Атчисоном ¹⁰ , ур.19. Я установил α ₀ = 5,5 ° в горизонтальном направлении и α ₀ = 2,5 ° в вертикальном направлении. Затем с помощью трассировки лучей через модельный глаз назначается центр ямки на поверхности сетчатки как место назначения луча, который входит в роговицу под вертикальным и горизонтальным углами α .

Когда необходимо смоделировать глаз, сфокусированный на определенной точке в пространстве, я получаю линию взгляда для модели, которая представляет собой луч, соединяющий ямку и точку фиксации через центр входного зрачка.

Перспективная проекция и трассировка лучей

Учитывая модельный глаз, я затем определяю внешний вид зрачка на изображении в терминах параметров эллипса. Это достигается путем перспективной проекции глаза на датчик моделируемой камеры, а затем подгонки эллипса к точкам на границе изображения зрачка. Эта проекция требует, чтобы мы указали внутренние свойства камеры и ее положение в пространстве.

Перспективная проекция

Модель камеры-обскуры определяется внутренней матрицей.Это можно измерить эмпирически для конкретной камеры с использованием метода резекции (также называемого «калибровкой камеры») ^22,23 . Если предусмотрено, проекция будет моделировать радиальное искажение линзы ²⁴ , хотя настоящее моделирование предполагает идеальную камеру. Положение камеры относительно глаза определяется вектором перемещения в мировых единицах и крутильным вращением камеры вокруг ее оптической оси.

С этими элементами модель определяет точки на границе упора апертуры, которые разделены одинаковыми углами по отношению к центру упора; эти точки расположены немного неравномерно по длине дуги на границе остановки, но это не имеет большого практического значения.Размер диафрагмы указывается как радиус в миллиметрах. Поскольку упор имеет эллиптическую форму, радиус определяется в виде круга эквивалентной площади. Пять граничных точек однозначно определяют эллипс, а шесть или более требуются для измерения отклонения формы границы зрачка от эллиптической формы. В этом моделировании использовалось шестнадцать точек, что соответствует количеству точек, использованных Матуром и его коллегами для измерения эллипса входного зрачка ⁶ . Граничные точки проецируются на плоскость изображения и затем соответствуют эллипсу ²⁵ , что дает параметры эллипса.

Трассировка лучей

Если смотреть с камеры, точки остановки подвержены рефракции роговицы и, таким образом, являются виртуальными изображениями. Роговица заставляет отображаемый зрачок казаться больше, чем его фактический размер, и смещает и искажает форму зрачка, когда глаз рассматривается вне оси ^3,7 . Аналогичный и дополнительный эффект появляется, если за глазом наблюдать через корректирующие линзы, которые носит субъект (например, контактные линзы или очки).

Чтобы учесть эти эффекты, проекция включает решение обратной трассировки лучей.Я моделирую роговицу глаза и любые корректирующие линзы в виде квадратичных поверхностей. Набор поверхностей (с их радиусами, поворотами, перемещениями и показателями преломления) составляет оптическую систему. Процедуры обеспечивают показатели преломления водянистой влаги и роговицы, а также значения для материалов, которые присутствуют на оптическом пути в качестве искусственных корректирующих линз (например, гидрогель, поликарбонат, CR-39). Удельный показатель преломления с учетом длины волны, используемой для изображения системы, выводится с использованием уравнения Коши с параметрами, взятыми в основном у Наварро и его коллег ¹⁶ .В текущем моделировании использовалась длина волны 550 нм.

Для указанной оптической системы я реализую трехмерную трассировку косых лучей через систему квадратичных поверхностей ²⁶ . Зная граничную точку на упоре, углы, под которыми луч отклоняется от оптической оси глаза, и пространственное перемещение камеры, мы можем вычислить, насколько близко луч проходит через апертуру точечного отверстия камеры (рис. 2). . Мы ищем луч, который точно пересекает апертуру камеры и, таким образом, будет однозначно присутствовать в результирующем изображении (при условии наличия отверстия).Точка пересечения этого луча на последней поверхности оптической системы рассматривается как местоположение виртуального изображения этой точки. На практике решение средней трассировки лучей находит луч, который проходит в пределах 0,0001 мм от смоделированного отверстия камеры. Хотя большая точность может быть достигнута за счет более длительного времени вычислений, это дает мало практических преимуществ для точности модели.

Рисунок 2

Расчет положения виртуального изображения точки остановки апертуры. На этой 2D-схеме показана роговица и диафрагма радиусом 2 мм модельного глаза.Камера расположена под углом обзора 45 относительно оптической оси глаза. Оптическая система состоит из водянистой влаги, задней и передней поверхностей роговицы и воздуха. Мы рассматриваем набор лучей, которые могут исходить от края диафрагмы. Каждый из этих лучей отходит от границы остановки под некоторым углом по отношению к оптической оси глаза. Мы можем проследить эти лучи через оптическую систему. Каждый луч будет проходить на разном расстоянии от диафрагмы камеры (синий +).Для камеры-обскуры только луч, который точно попадает в точку остановки камеры (то есть на нулевом расстоянии), будет способствовать изображению. Поэтому мы ищем по значениям начального угла, чтобы найти луч, который минимизирует расстояние до точки пересечения. В этом примере системы луч, который отходит от границы диафрагмы под углом -30 ° по отношению к оптической оси глаза, попадает в точечное отверстие камеры после преломления роговицей. Врезка слева внизу . Путь луча после его выхода из последней поверхности оптической системы (в данном случае — передней поверхности роговицы) создает виртуальное изображение граничной точки апертурного упора, которая смещена (звездочка) от действительного местоположения.

трехмерная модель как функция угла обзора

3.1 Входной зрачок относительно фактического зрачка

показывает положение входного зрачка относительно фактического зрачка глаза для просмотра спереди (0 °) и для выбранных периферийных углов обзора (для наглядности показаны только выбранные углы обзора, т.е. 20 °, 40 °, 60 ° и 80 °). °) и шести размеров зрачка. Наблюдатель расположен на положительном тангенциальном и осевом расстоянии от фактического зрачка. Для каждого угла обзора составные кольца всех шести диаметров зрачка представляют поверхность входного зрачка, показывающую его трехмерную форму и его положение относительно фактического зрачка.«Боковая стенка» обеспечивает двумерные проекции входных зрачков. Анимированная иллюстрация положения входного зрачка для всех девяти углов обзора представлена ​​на Медиа 1.

Трехмерный входной школьник на шесть и девять ( Медиа 1) фактические размеры зрачка (от 1 мм до 6 мм) под разными углами обзора относительно фактического положения зрачка. Наблюдатель находится в квадранте положительного тангенциального и осевого расстояния от фактического зрачка. Каждое кольцо представляет собой край входного зрачка, соответствующий одному фактическому диаметру зрачка.«Боковая стенка» графика показывает двумерную боковую проекцию входных зрачков, демонстрирующую их увеличивающийся наклон и кривизну с углом обзора. Обратите внимание, что шкала осевых расстояний была увеличена для ясности.

В целом, трехмерное положение и боковая проекция входного зрачка показывают, что центр и дистальные краевые точки периферического входного зрачка перемещаются вперед по мере увеличения угла обзора. Напротив, проксимальный край входного зрачка смещается назад при низких периферических углах обзора, а затем кпереди при более высоких углах обзора.Кроме того, можно видеть, что периферийный входной зрачок наклоняется в направлении угла обзора и изгибается (в основном вогнут по тангенциальному меридиану) по направлению к наблюдателю по мере увеличения периферийного угла обзора.

3.2 Входной зрачок относительно направления обзора

Поскольку входной зрачок существует только с точки зрения наблюдателя, изменения положения входного зрачка лучше всего интерпретируются относительно направления наблюдателя. Для оценки периферийного входного зрачка, воспринимаемого наблюдателем, модель с привязкой к зрачку () требует коррекции путем поворота в соответствии с углами обзора.Таким образом, можно построить входной зрачок, ориентированный на наблюдателя.

Форма и положение входного зрачка относительно направления обзора показаны для пяти выбранных углов обзора на трехмерном графике в и для всех углов обзора последовательно в анимационном Медиа 2. Направление взгляда наблюдателя обозначено синей фантомной линией. От и Среда 2, двумерная обратная проекция колец входного зрачка, показывает сужение и искажение формы входного зрачка при увеличении угла обзора.Трехмерные формы и положения входного зрачка, а также их соответствующая боковая проекция подчеркивают наклон входного зрачка относительно направления взгляда наблюдателя.

Трехмерный входной школьник на шесть и девять ( Медиа 2) фактические размеры зрачков при различных углах обзора, видимые наблюдателем. Направление взгляда наблюдателя обозначено синей пунктирной линией. Кажущееся вращение фактической оси зрачка относительно направления взгляда происходит в направлении квадранта положительного осевого и отрицательного тангенциального расстояния.Каждое кольцо представляет собой край входного зрачка, соответствующий одному фактическому диаметру зрачка. «Задняя стенка» графика показывает двумерную обратную проекцию входных зрачков, которые представляют формы входных зрачков, видимые наблюдателем. «Пол» графика представляет собой боковую проекцию, показывающую наклон входных зрачков относительно направления наблюдателя.

Тангенциальная боковая проекция входного зрачка строится индивидуально для всех девяти углов обзора в .Он показывает влияние увеличения угла обзора на осевое положение точек, определяющих границы входных зрачков разного размера. По сравнению с обзором спереди (при 0 °) эти изменения осевого положения по входному зрачку могут стать существенными для больших периферийных углов. Например, при угле обзора 60 ° разница в осевом положении по отношению к просмотру спереди составляет от -1,66 мм для проксимального края зрачка до +3,20 мм для дистального края зрачка для фактического диаметра зрачка 6 мм.Для угла обзора 60 ° изменение осевого положения центра входного зрачка может достигать +0,90 мм.

Тангенциальный профиль (боковая проекция) периферийного входного зрачка с точки зрения наблюдателя для девяти углов обзора.

Кажущийся (т.е. видимый наблюдателем) наклон тангенциального меридиана входного зрачка, отображаемый как функция угла обзора ( ) показывает, что величина наклона становится все меньше фактического угла обзора по мере его увеличения.Например, при наблюдении за глазом под углом обзора 60 ° угол наклона входного зрачка примерно на 15 ° меньше угла обзора.

Кажущийся наклон тангенциального меридиана входного зрачка в зависимости от угла обзора и размера зрачка. Прерывистая линия с отрицательным наклоном 1: 1 представляет ожидаемый кажущийся наклон. Кажущийся наклон имеет отрицательные значения, поскольку он противоположен углу обзора.

Эта увеличивающаяся разница между наклоном входного зрачка и углом обзора вместе с увеличивающейся кривизной вдоль тангенциального меридиана являются преобладающими факторами, вызывающими асимметричное искажение формы периферийного входного зрачка, которое становится более заметным с увеличением угла обзора.Действительно, форма периферийного входного зрачка не соответствует эллипсу, как это часто предполагается. Вместо этого, хотя и отличается математически, он по форме напоминает выпуклый лимит Паскаля. обеспечивает сравнение форм фактического круглого зрачка с периферийным входным зрачком, если смотреть под углом 60 °. Одним из следствий этого асимметричного искажения периферического входного зрачка является то, что разделенный пополам (геометрический) центр периферического входного зрачка не соответствует центру фактического зрачка.

Двумерная (фронтальная) проекция ( a ) фактического зрачка и ( b ) входного зрачка под углом наблюдения 60 °, показывающая форму, видимую наблюдателем. Каждое кольцо представляет собой зрачок диаметром от 1 мм до 6 мм с шагом 1 мм. Синяя пунктирная линия указывает геометрическую среднюю точку периферического входного зрачка для фактического диаметра зрачка 6 мм. Фактический центр зрачка находится в начале координат (0, 0).

Когда децентрализация зрачка рассматривается в отношении угла обзора и фактического размера зрачка, общая общая тенденция указывает на то, что можно увидеть, что с увеличением угла обзора или увеличением размера зрачка средняя точка (геометрический центр) периферийного входного зрачка все больше отходит от оптического центра реального зрачка ( ).То есть геометрический центр периферийного входного зрачка не соответствует геометрическому центру фактического зрачка. Как следствие, световой луч, соответствующий линии прямой видимости, проходит через разные точки фактического зрачка под разными периферийными углами обзора. Наша модель предсказывает, что систематическая ошибка при выравнивании по видимому центру зрачка может достигать около 0,2 мм для диаметра зрачка 6 мм при угле обзора примерно 60 °.

Зависимость децентрации входного зрачка от угла обзора и фактического диаметра зрачка.

По мере увеличения размера зрачка или угла обзора периферийный входной зрачок постепенно не только децентрализуется, как описано выше, но и становится более асимметричным по своей форме (). Чтобы оценить эти изменения формы, зависящие от размера зрачка в зависимости от угла обзора, размер и связанные с ним изменения увеличения периферического входного зрачка вдоль двух ортогональных (тангенциального и сагиттального) меридианов были нанесены на график относительно фактического диаметра зрачка ( ).

Диаметр входного зрачка (a) и (c) и увеличение (b) и (d) вдоль тангенциального (a) и (b) и сагиттального (c) и (d) меридианов в зависимости от угла обзора и фактического зрачка размер.Пунктирная линия на (b) представляет функцию косинуса с углом обзора.

Как и ожидалось, по касательному меридиану размер входного зрачка уменьшается с увеличением угла обзора. Этот эффект уменьшения, по-видимому, более выражен для учеников с меньшим размером зрачка. С точки зрения геометрии, если между зрачком и наблюдателем нет оптического компонента, можно ожидать, что тангенциальное увеличение входного зрачка будет соответствовать косинусной функции угла обзора, как показано на. Однако из-за наклона входного зрачка и движения вперед к наблюдателю тангенциальное увеличение входного зрачка уменьшается медленнее, чем функция косинуса, по мере увеличения угла обзора.

Подгоняя методом наименьших квадратов к результатам модели трассировки лучей, можно получить параметрическую модель, включающую диаметр зрачка и угол обзора для тангенциального увеличения зрачка:

M _tan = (1,133 — 6,3 × 10 ^-4 p ² ) .cos [(- 0,8798 + 4,8 × 10 ^-3 p ) θ + 3,7 × 10 ^-4 θ ² ]

(1a)

, где p соответствует диаметру зрачка (в мм), а θ соответствует углу обзора (в °).Уравнение (1a) дало среднеквадратичную ошибку 0,0015.

Следует отметить, что выбор формы уравнения. (1а) было «полупроизвольным». Обычно предполагается, что увеличение зрачка связано с углом обзора функцией косинуса. Поскольку наша модель показала, что отклонение от эллиптической формы и отношения косинуса происходит, по крайней мере, из-за кривизны поля, мы решили применить модификацию функции косинуса, в которой переменная (угол обзора) была «масштабирована» в соответствии со вторым -функция заказа.