사람의 눈은 현대 카메라 및 렌즈와 어떻게 비교됩니까?

대부분의 사진에서 목표는 그 순간 그곳에 있었던 사람이 본 것과 비슷한 장면을 제시하는 것입니다. 의도적으로 외부에서 작업하더라도 인간의 비전은 사실상 기본입니다.

따라서 눈이 카메라 기술과 어떻게 비교되는지에 대해 아는 것이 유용합니다. 심리학, 패턴 인식 및 색 인식 문제를 가능한 한 따로 남겨두고 (별도의 질문이므로) 인간의 눈은 현대 카메라 및 렌즈와 어떻게 비교됩니까?

효과적인 해결책은 무엇입니까? 시야? 최대 (및 최소) 조리개? ISO 동등성? 다이나믹 레인지? 셔터 속도에 해당하는 것이 있습니까?

카메라와 렌즈의 일부 (동공 및 홍채 등)와 직접적으로 유사한 구조는 무엇이며, 고유 한 특징은 무엇입니까?

사람의 눈 은 현대 카메라 렌즈에 비해 정말 빨라요.

반면에 인간 시각 시스템 은 모든 최신 카메라 시스템 (렌즈, 센서, 펌웨어)을 훨씬 능가합니다.

• 사람의 눈은 중앙에서만 날카 롭습니다. 실제로, 그것은 fovea 라고 알려진 매우 작고 매우 작은 지점에서만 날카 로워집니다. 이 지점은 직경이 전체 시야각의 1 % 미만입니다. 그래서 우리는 약간의 코너 부드러움이 진행되고 있습니다.

  그러나 인간의 두뇌는이를 바로 잡을 수 있습니다. 그것은 눈이 장면 주위에서 매우 빠르게 움직여서 가운데의 날카로운 부분이 다트가되도록 지시합니다. 뇌는 매우 빠른 체내 손떨림 보정 기능을 가지고 있습니다. 왜냐하면 이러한 모든 빠른 움직임을 잡아서 하나의 선명한 장면을 만들기 위해 함께 꿰매기 때문입니다.

• 사람의 눈은 빛에 매우 민감하지만 낮은 조명 수준에서는 색상 정보를 사용할 수 없습니다. 이 외에도 중앙의 날카로운 부분 (포아)은 빛에 덜 민감합니다.

  기술적으로 눈에는 3 가지 색상 (빨강, 초록, 파랑)에 대해 원뿔이라는 별도의 포토 사이트와 흑백 만 캡처하는 막대라고하는 다른 유형의 포토 사이트가 있기 때문에 훨씬 더 효율적입니다.

  뇌는이 모든 것을 하나로 묶어 낮에는 뛰어난 풀 컬러 이미지를 만들어 내지 만, 실제로는 어두울 때에도 모든 막대로 만든 부드럽고 무색의 이미지가 나타납니다.

• 눈에는 하나의 렌즈 요소 만 있으며 자주색 변색의 형태로 끔찍한 색수차를 생성합니다.

  실제로,이 프린지 (fringe)는 모두 매우 짧은 파장의 빛에 있습니다. 인간의 시각 시스템은 이러한 파란색과 보라색에 가장 민감하지 않습니다. 이 외에도 몇 가지 방법으로 존재하는 변두리를 수정할 수 있습니다. 첫째, 휴먼 비전 시스템은 중간 만 선명하기 때문에 색수차가 가장 적은 곳입니다. 두 번째로, 우리의 색 해상도가 (포아 바깥 쪽) 밝기 밝기보다 훨씬 낮기 때문에 두뇌는 밝기를 알아낼 때 파란색을 사용하지 않습니다.

• 우리는 3 차원으로 볼 수 있습니다. 이것은 부분적으로 우리가 두 눈을 가지고 있기 때문에 뇌는 수렴과 관련된 놀라운 계산을 수행 할 수 있습니다. 그러나 그것은 또한 그보다 더 발전했습니다. 스테레오 비전에서 얻는 "3D 효과"뿐만 아니라 뇌는 장면의 2 차원 사진을 볼 때에도 장면을 3 차원으로 재구성 할 수 있습니다. 오 클루 전, 그림자, 원근 및 크기 단서와 같은 신호를 이해하고이 모든 것을 사용하여 장면을 3D 공간으로 구성하기 때문입니다. 우리가 긴 복도의 사진을 보면 뇌가 원근법을 이해하기 때문에 입체 시력이 없어도 복도가 우리에게서 멀어지는 것을 알 수 있습니다.

( Wikipedia 기사의 많은 도움으로 )

우리의 눈은 2 렌즈 시스템이며, 첫 번째는 우리의 외부 눈이고, 두 번째는 우리 눈의 바로 내부에있는 렌즈입니다. 우리 눈의 고정 초점 거리는 약 22-24mm입니다. 우리는 가장자리보다 중앙 근처에서 해상도가 상당히 높습니다. 해상도는보고있는 이미지의 위치에 따라 크게 다르지만 중앙 영역에서 약 1.2 arcminutes / line 쌍입니다. 약 6-7 백만 개의 센서가 있으므로 6-7 백만 화소가 있지만 다소 다릅니다. 색상 탐지기의 패턴은 매우 균일하지 않으며, 주변 시야와 비교하여 중앙에 다른 색상 탐지 기능이 있습니다. 시야는 중심에서 약 90 도입니다.

한 가지 흥미로운 점은 인간의 눈이 완전한 "스냅 샷"을 형성하지는 않지만 지속적인 시스템이라는 것입니다. 우리의 두뇌가 그것을 수정하는 데 매우 능숙하기 때문에 이것을 말하기는 매우 어려울 수 있지만, 우리의 시스템은 사진에 대한 누출 된 버킷 접근 방식에 가깝지만 디지털 캠코더와 다소 유사하지는 않습니다.

"일반"렌즈는 일반적으로 사람의 초점의 주요 영역을 나타 내기 위해 선택되므로 차이점을 설명합니다.

카메라에는 다양한 종류의 센서가 있지만 일반적으로 센서 주위에 상당히 균일하게 퍼져 있습니다. 센서는 항상 평평하며 (인간의 센서는 구부러져) 잠재적으로 가장자리 왜곡이 발생할 수 있습니다. 해상도는 사람의 시각과 동일한 형식으로 구하기가 어렵고 렌즈에 따라 다소 차이가 있지만 사람의 눈은 초점 중심에서 해상도가 높지만 주변 영역에서는 더 적습니다.

Pixiq은 며칠 전에 방금 발표 된이 주제에 관한 매우 흥미로운 기사를 가지고 있습니다 : http://web.archive.org/web/20130102112517/http://www.pixiq.com/article/eyes-vs-cameras

그들은 ISO 등가, 초점, 조리개, 셔터 속도 등에 대해 이야기합니다. 토론의 대상이지만 여전히 흥미 롭습니다.

눈 자체는 훌륭한 기술이지만 뇌는 그 조각들을 함께 모으는 데 많은 일을합니다. 예를 들어, 우리는 매우 큰 다이나믹 레인지를 인식 할 수 있지만, 이것은 주로 두뇌가 우리가 깨닫지 못하고 서로 다른 영역을 함께 조립하기 때문입니다. 해상도와 동일하게 눈의 중심 해상도는 좋지만 다른 곳에서는 성능이 떨어집니다. 뇌는 우리를 위해 세부 사항을 조립합니다. 색상과 동일하게 중앙의 색상 만 인식하지만 뇌는 색상이 중앙 범위를 벗어날 때 색상 정보 를 캐싱 하여 우리를 속 입니다.

: 내가 당신에 질문을 다시 던져 보자 비닐 레코드의 비트 레이트 및 비트 심도가 무엇입니까?

카메라는 가능한 한 충실하게 CCD에 투사 된 이미지를 재현하도록 설계된 장치입니다. 인간의 눈은 단순히 생존을 향상시키는 것이 목적인 진화 된 장치입니다. 그것은 매우 복잡하고 종종 반 직관적으로 행동합니다. 유사성이 거의 없습니다.

• 빛을 집중시키기위한 광학 구조
• 투사 된 빛을 감지하는 수용 막

망막의 광 수용체

눈 자체는 눈에 띄지 않습니다. 우리는 수백만의 광 수용체를 가지고 있지만 뇌에 여분의 (그리고 모호한) 입력을 제공합니다. 로드 광수 용기는 빛에 매우 민감하며 (특히 스펙트럼의 청색을 띤) 단일 광자를 감지 할 수 있습니다 . 어둠 속에서, 그들은 scotopic vision이라는 모드에서 아주 잘 작동합니다. 황혼과 같이 밝아지면서 원뿔 세포가 깨어납니다. 원추 세포는 빛을 감지하기 위해 최소 약 100 광자가 필요합니다. 이 밝기에서로드 셀과 원뿔 셀은 모두 mesopic vision이라는 모드에서 활성화됩니다. 현재로드 셀은 소량의 색상 정보를 제공합니다. 더 밝아짐에 따라, 막대 세포는 포화되어 더 이상 광 검출기로서 기능 할 수 없다. 이것을 광 시야 (photopic vision)라고하며, 원뿔 세포 만 작동합니다.

생물학적 물질은 놀랍도록 반사적입니다. 아무 것도 수행하지 않으면, 우리의 광수 용기를 통과하고 눈의 뒤를 치는 빛이 비스듬히 반사되어 왜곡 된 이미지를 만듭니다. 이것은 멜라닌을 사용하여 빛을 흡수하는 망막의 최종 세포 층에 의해 해결됩니다. 야간 투시가 필요한 동물의 경우이 레이어는 의도적으로 반사되므로 광 ​​수용체를 놓치는 광자가 다시 돌아올 수 있습니다. 고양이가 반사 망막을 갖는 이유입니다!

카메라와 눈의 또 다른 차이점은 센서가있는 위치입니다. 카메라에서는 빛의 경로에 즉시 있습니다. 눈에는 모든 것이 거꾸로 있습니다. 망막 회로는 빛과 감광체 사이 에 있으므로 광자는 모든 종류의 세포 층과 혈관을 통과해야 막대 나 원뿔을 닿을 수 있습니다. 빛이 약간 왜곡 될 수 있습니다. 운 좋게도 눈이 자동으로 보정되므로 밝은 적혈구가 앞뒤로 튀어 나와있는 세상을 바라 보지 않아도됩니다!

눈의 중심은 모든 고해상도 수신이 이루어지는 곳입니다. 주변부는 점점 더 섬세하고 점점 더 많은 색맹으로 점점 민감 해집니다 (소량의 빛과 움직임에 더 민감합니다). 우리의 뇌는 세상에서 최대한의 디테일을 얻을 수 있도록 매우 정교한 패턴으로 눈을 빠르게 움직여이를 해결합니다. 카메라는 실제로 유사하지만 근육을 사용하는 대신 각 CCD 수용체를 빠른 스캔 패턴으로 차례로 샘플링합니다. 이 스캔은 성스러운 움직임보다 훨씬 빠르지 만 한 번에 한 픽셀로만 제한됩니다. 사람의 눈은 느리고 (스캔은 점진적이고 철저하지는 않지만) 한 번에 더 많이 걸릴 수 있습니다.

망막에서 전처리

망막 자체는 실제로 상당히 많은 전처리를합니다. 셀의 실제 레이아웃은 가장 관련성이 높은 정보를 처리하고 추출하도록 설계되었습니다.

카메라의 각 픽셀은 (적어도 무손실 이미지를 위해) 저장되는 디지털 픽셀을 1 : 1로 매핑하지만 망막의 막대와 원뿔은 다르게 동작합니다. 단일 "픽셀"은 실제로 수용 장이라고하는 광수 용기 링입니다. 이를 이해하려면 망막 회로에 대한 기본적인 이해가 필요합니다.

주요 구성 요소는 각각의 단일 양극 세포에 연결되는 광 수용체이며, 차례로 시신경을 통해 뇌에 도달하는 신경절에 연결됩니다. 신경절 세포는 중심-수용체 수용 장 (center-surround receptive field)이라 불리는 링에서 다수의 양극 세포로부터 입력을 받는다. 링과 링의 주변이 반대로 작동하는 경우 중심입니다. 중심을 활성화하는 빛 은 신경절 세포를 자극 하는 반면, 서라운드를 활성화하는 빛 은 중심을 벗어난 영역을 억제 합니다. 이것을 뒤집는 신경절 세포도 있습니다 (중심, 주변).

이 기술은 가장자리 감지 및 대비를 크게 향상시켜 공정의 시력을 희생합니다. 그러나 수용 장들 사이의 중첩 (단일 광 수용체는 다수의 신경절 세포에 대한 입력으로서 작용할 수 있음)은 뇌가보고있는 것을 외삽 할 수있게한다. 이것은 뇌로 향하는 정보가 시신경에 직접 연결된 뇌-컴퓨터 인터페이스가 우리가 인식 할 수있는 어떤 것도 생산할 수없는 수준까지 이미 고도로 인코딩되어 있음을 의미합니다. 다른 사람들이 언급했듯이 우리의 두뇌는 놀라운 사후 처리 기능을 제공하기 때문에 이런 식으로 인코딩됩니다. 이것은 눈과 직접 관련이 없으므로 자세히 설명하지는 않습니다. 기본은 뇌가 각각의 선 (가장자리), 길이, 길이, 움직임 방향을 각각 피질의 더 깊은 곳에서 감지한다는 것입니다.복부 스트림 과 등쪽 스트림 은 각각 고해상도 색상과 모션을 처리하는 역할을합니다.

중심와는 다른 사람들이 지적으로 우리의 시력의 대부분이 어디에서 오는지이다, 눈의 중심입니다. 여기에는 원뿔 세포 만 포함되어 있으며 나머지 망막과 달리 우리가 보는 것에 1 : 1 매핑되어 있습니다. 단일 콘 광수 용기는 단일 신경절 세포에 연결되는 단일 양극 세포에 연결됩니다.

눈의 사양

눈은 카메라 용으로 설계되지 않았으므로 원하는대로 여러 가지 질문에 대답 할 방법이 없습니다.

효과적인 해결책은 무엇입니까?

카메라에서는 다소 균일 한 정확도가 있습니다. 주변은 중심만큼이나 좋으므로 절대 해상도로 카메라를 측정하는 것이 좋습니다. 반면에 눈은 사각형 일뿐만 아니라 눈의 다른 부분이 다른 정확도로 보입니다. 해상도를 측정하는 대신 눈은 VA 단위로 측정됩니다 . 20/20 VA는 평균입니다. 20/200 VA는 법적으로 실명합니다. 다른 측정은 LogMAR 이지만 덜 일반적입니다.

시야?

두 눈을 고려할 때 우리는 210 도의 수평 시야각과 150 도의 수직 시야각을가집니다. 수평면에서 115 도는 양안시가 가능합니다. 그러나 6 도만이 고해상도 비전을 제공합니다.

최대 (및 최소) 조리개?

일반적으로 동공의 직경은 4mm입니다. 최대 범위는 2mm ( f / 8.3 ) ~ 8mm ( f / 2.1 )입니다. 카메라와 달리 조리개를 수동으로 제어하여 노출과 같은 것을 조정할 수는 없습니다. 눈 뒤의 작은 신경절 인 섬모 신경절은 주변 광에 따라 동공을 자동으로 조정합니다.

ISO 동등성?

감도가 다른 두 가지 광수 용기 유형이 있으므로 직접 측정 할 수 없습니다. 최소한 단일 광자를 감지 할 수 있습니다 (망막에 닿는 광자가 막대 세포에 닿는다는 보장은 없습니다). 또한, 우리는 10 초 동안 무언가를 쳐다 보면서 아무것도 얻지 못하기 때문에 여분의 노출은 우리에게 거의 의미가 없습니다. 결과적으로 ISO는이 목적을위한 좋은 측정이 아닙니다.

천체 사진 작가의 야구장 내 추정치는 500-1000 ISO로, 일광 ISO는 1로 낮습니다. 그러나 다시, 이것은 눈에 적용하기에 좋은 측정은 아닙니다.

다이나믹 레인지?

scotopic, mesopic 및 photopic vision을 위해 다른 요인들이 작용하기 때문에 눈 자체 의 dynamic range 는 역동적입니다. 육안의 다이나믹 레인지는 디지털 카메라의 다이나믹 레인지 와 어떻게 다릅니 까? .

셔터 속도에 해당하는 것이 있습니까?

사람의 눈은 비디오 카메라와 비슷합니다. 그것은 한 번에 모든 것을 받아들이고 처리하여 뇌로 보냅니다. 셔터 속도 (또는 FPS)와 가장 근접한 것은 CFF 또는 Critical Fusion Frequency (Flicker Fusion Rate)라고도합니다. 이것은 증가하는 시간적 주파수의 간헐 광이 단일의 고체 광으로 혼합되는 전 이점으로 정의됩니다. CFF는 주변에서 더 높으며 (따라서 간접적으로 볼 때만 구형 형광등의 깜박임을 볼 수 있습니다) 밝을 때 더 높습니다. 밝은 조명에서 시각 시스템의 CFF는 약 60입니다. 어둠에서는 10이 될 수 있습니다.

그러나 이것은 뇌 전체의 시각적 지속성 에 기인하기 때문에 전체 이야기가 아닙니다 . 눈 자체는 더 높은 CFF를 가지고 있지만 (지금은 소스를 찾을 수 없지만, 100 배 정도 인 것을 기억하는 것 같습니다) 뇌는 처리 부하를 줄이고 더 많은 시간을주기 위해 사물을 흐리게합니다. 과도 자극을 분석합니다.

카메라와 눈을 비교하려고

눈과 카메라는 표면적으로 같은 일을하는 것처럼 보이지만 완전히 다른 목적을 가지고 있습니다. 카메라는 의도적으로 특정 종류의 측정을 용이하게하는 가정을 기반으로 구축되었지만, 눈의 진화를위한 계획은 없었습니다.