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.
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 : 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:
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.
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.
Для начала.
Видимый свет это электромагнитные волны, на которые настроено наше зрение. Можно сравнить человеческий глаз с антенной радиоприемника, вот только чувствителен он будет не к радиоволнам, а к другой полосе частот. Как свет человек воспринимает электромагнитные волны с длиной примерно от 380 нм до 700 нм. (Нанометр равен одной миллиардной части метра). Волны именно этого диапазона называют видимым спектром; с одной стороны к нему примыкает ультрафиолетовое излучение (столь милое сердцу любителей загара), с другой - инфракрасный спектр (который мы сами способны генерировать в виде выделяемого телом тепла). Человеческий глаз и головной мозг (самый быстрый процессор из существующих) в режиме реального времени визуально восстанавливают видимый окружающий мир (часто не только видимый, но и воображаемый, но об этом - в статье про Гештальт).
Для фотографов и фотолюбителей сравнение с радиоприемником кажется бессмысленным: уж коль проводить аналогии, так с фототехникой - присутствует определенное сходство: глаза и объектива, мозга и процессора, ментальной картинки и изображения, сохраненного в файле. Зрение и фотографию часто сравнивают на форумах, мнения высказываются самые разные. Решил и я скомпилировать некоторую информацию и напроводить аналогий.
Попробуем найти аналогии в конструкции:
Роговица работает как передний элемент объектива, преломляя поступающий свет и одновременно как «УФ-фильтр", защищающий поверхность "объектива",
Радужная оболочка работает в качестве диафрагмы – расширяющейся или сужающейся в зависимости от требуемой экспозиции. На самом деле радужная оболочка, дающая глазам цвет, что вдохновляет на поэтические сравнения и попытки «утонуть в очах», это всего лишь мышца, которая расширяется или сжимается и таким образом определяет размер зрачка.
Зрачок – объектив, а в нем – хрусталик – фокусирующая группа линз объектива, способная менять угол преломления света.
Сетчатка, находящаяся на задней внутренней стенке глазного яблока, работает де-факто как матрица/пленка.
Мозг – процессор, обрабатывающий данные/информацию.
А шесть мышц, отвечающие за подвижность глазного яблока и крепящиеся к нему снаружи – с натяжкой – но сравнимы и с системой следящего автофокуса и с системой стабилизации изображения, да и с фотографом, наводящим объектив фотоаппарата на интересующую его сцену.
Изображение, фактически формируемое в глазу, перевернуто (как в камере обскуре); его коррекцией занимается особый отдел мозга, переворачивающий картинку «с головы на ноги». Новорожденные видят мир без такой коррекции, поэтому они иногда переводят взгляд или тянутся в направлении, противоположном движению, за которым следят. Эксперименты со взрослыми, которым надели очки, переворачивающие изображение в «неоткорректированный» вид, показали, что они легко приспосабливаются к обратной перспективе. Испытуемым, снявшим очки, требовалось аналогичное время, чтобы заново «приспособится».
То, что «видит» человек, на самом деле можно сравнить с постоянно обновляемым потоком информации, которая собирается в картинку мозгом. Глаза находятся в постоянном движении, собирая информацию – они сканируют поле зрения и обновляют изменившиеся детали, сохраняя статическую информацию.
Область изображения, на которой человек может сфокусироваться в каждый отдельный момент времени составляет лишь около полу градуса от поля зрения. Она соответствует «желтому пятну», а остальная часть изображения остается не в фокусе, все более размываясь к краям поля зрения.
Изображение формируется из данных, собранных светочувствительными рецепторами глаза: палочками и колбочками, расположенными на задней внутренней его поверхности – сетчатке. Палочек больше раз в 14 - около 110-125 миллионов палочек против 6-7 миллионов колбочек.
Колбочки в 100 раз менее чувствительны к свету, чем палочки, но воспринимают цвета и гораздо лучше палочек реагируют на движение. Палочки - клетки первого типа - чувствительны к интенсивности света и к тому, как мы воспринимаем формы и контуры. Поэтому колбочки в большей степени отвечают за дневное зрение, а палочки – за ночное. Существуют три подтипа колбочек, отличающиеся по восприимчивости к разным длинам волн или основным цветам, на которые они настроены: колбочки S-типа для коротких волн - синий, M-типа для средних - зеленый и L-типа для длинных – красный. Чувствительность соответствующих колбочек к цветам не одинакова. То есть, количество света, необходимого для того, чтобы произвести (одинаковое по интенсивности воздействие) такое же ощущение интенсивности различна для S, M и L колбочек. Вот вам и матрица цифрового фотоаппарата – даже фотодиодов зелёного цвета в каждой ячейке в два раза больше, чем фотодиодов других цветов, в результате разрешающая способность такой структуры максимальна в зелёной области спектра, что соответствует особенностям человеческого зрения.
Мы видим цвет преимущественно в центральной части поля зрения - именно там расположены почти все колбочки, чувствительные к цветам. В условиях недостатка освещения, колбочки теряют свою актуальность и информация начинает поступать от палочек, воспринимающих все в монохроме. Именно поэтому, многое из того, что мы видим ночью, выглядит черно-белым.
Но и при ярком свете, края поля зрения остаются монохромными. Когда Вы смотрите прямо вперед, и на краю вашего поля зрения появляется автомобиль, вы не сможете определить его цвет до тех пор пока глаз на мгновение не посмотрит в его сторону.
Палочки чрезвычайно светочувствительны – они способны зарегистрировать свет всего одного фотона. При стандартной освещенности глаз регистрирует около 3000 фотонов в секунду. А поскольку центральная часть поля зрения населена колбочками, ориентированными на дневной свет, глаз начинает видеть больше деталей изображения не по центру, как только солнце опускается ниже горизонта.
Это легко проверить наблюдая за звездами в ясную ночь. По мере адаптации глаза к недостатку освещения (полная адаптация занимает около 30 минут), если вы смотрите в одну точку, вы начинаете видеть группы слабых звезд в стороне от точки, куда вы смотрите. Если перевести на них взгляд, то они пропадут, а новые группы появятся в области, где ваш взгляд был сфокусирован до перемещения.
Многие животные (а птицы – так почти все) имеют гораздо большее число колбочек по сравнению со средним человеком, что позволяет им обнаружить мелких животных и другую добычу с большой высоты и расстояния. И наоборот, у ночных животных и существ, которые охотятся ночью больше палочек, что улучшает ночное зрение.
А теперь аналогии.
Каковы фокусные расстояния человеческого глаза?
Зрение – намного более динамичный и емкий процесс, чтобы без дополнительных сведений сравнивать его с объективом с переменным фокусным расстоянием.
Изображение, получаемое мозгом от двух глаз, имеет угол поля зрения в 120-140 градусов, иногда чуть меньше, редко - больше. (по вертикали до 125 градусов и по горизонтали - 150 градусов, резкое изображение обеспечивается только областью желтого пятна в пределах 60-80 градусов). Посему в абсолютных величинах глаза похожи на широкоугольный объектив, но общая перспектива и пространственные отношения между объектами в поле зрения схожи с картинкой, получаемой с «нормального» объектива. В отличие от традиционно принятого мнения, что фокусные «нормального» объектива лежат в пределах 50 – 55 мм, фактическое фокусное расстояние нормального объектива составляет 43мм.
Приведя общий угол поля зрения в систему 24*36 мм, получаем – с учетом множества факторов, таких как условия освещения, расстояние до предмета, возраст и здоровье человека – фокусное расстояние от 22 до 24 мм (фокусное 22.3 мм получило наибольшее число голосов как ближайшее к картинке человеческого зрения).
Иногда встречаются цифры в 17 мм фокусного (или точнее в 16,7 мм). Такое фокусное получается при отталкивании от формируемого внутри глаза изображения. Входящий угол дает эквивалентное фокусное в 22-24 мм, исходящий - 17 мм. Это как посмотреть в бинокль с обратной стороны – объект окажется не ближе, а дальше. Отсюда и расхождение в цифрах.
Главное - сколько мегапикселей?
Вопрос несколько некорректный, ведь картинка, собираемая мозгом, содержит куски информации, собранные не одновременно, это потоковая обработка. Да и по вопросу методов и алгоритмов обработки пока ясности нет. А нужно еще учитывать возрастные изменения и состояние здоровья.
Обычно упоминается 324 мегапикселя – цифра, основанная на поле зрения 24 мм объектива на 35 мм фотоаппарате (90 градусов) и разрешающей способности глаза. Если постараться найти некую абсолютную цифру, приняв каждую палочку с колбочкой за полноценный пиксель, то получим около 130 мегапикселей. Цифры кажутся некорректными: фотография стремиться к детализации «от края и до края», а человеческий глаз в отдельно взятый момент времени «резко и детализировано» видит лишь малую толику сцены. Да и объем информации (цвет, контраст, детализация) значительно меняется в зависимости от условий освещения. Мне больше по душе оценка в 20 Мп: ведь «желтое пятно» оценивается где-то в 4 – 5 мегапикселей, остальная площадь – размыта и недетализирована (на периферии сетчатки находятся в основном палочки, объединенные в группы до нескольких тысяч вокруг ганглиозных клеток – своеобразных усилителей сигнала).
Где тогда предел разрешения?
По одной из оценок, 74-мегапиксельный файл, распечатанный в полноцветную фотографию с разрешением 530 ppi и размером 35 на 50 см (13*20 дюймов), при просмотре с расстояния в 50 см соответствует максимальной детализации, к которой способен человеческий глаз.
Глаз и ISO
Еще один вопрос, на который практически невозможно однозначно ответить. Дело в том, что в отличие от пленки и матриц цифровых фотоаппаратов, у глаза нет естественной (или базовой) чувствительности, а его способность приспосабливаться к условиям освещения просто удивительна – мы видим и на залитом солнце пляже и в тенистой аллее в сумерках.
Так или иначе, упоминается, что при ярком солнечном свете ISO человеческого глаза равно единице, а при низкой освещенности - порядка ISO 800.
Динамический диапазон
Сразу ответим и на вопрос о контрастности/динамическом диапазоне: при ярком свете контрастность человеческого глаза превышает 10 000 к 1 – величина недостижимая ни для пленки, ни для матриц. Ночной динамический диапазон (рассчитанный по видимым глазу - при полной луне в поле зрения - звездам) достигает миллиона к одному.
Диафрагма и выдержка
Если отталкиваться от полностью расширенного зрачка, максимальная диафрагма человеческого глаза составляет около f/2.4; по другим оценкам от f/2.1 до f/3.8. Многое зависит от возраста человека и его состояния здоровья. Минимальная диафрагма – насколько наш глаз способен «прикрыть диафрагму», когда смотрит на яркую снежную картинку или под солнцем наблюдает за игроками в пляжный волейбол - составляет от f/8.3 до f/11. (Максимальные изменения размера зрачка для здорового человека - от 1,8 мм до 7,5 мм).
Что касается выдержки, то человеческий глаз легко обнаруживает вспышки света длительностью в 1/100 секунды, а в экспериментальных условиях – до 1/200 секунды и короче в зависимости от окружающего освещения.
Битые и горячие пиксели
В каждом глазу существует слепое пятно. Точка, в которую сходится информация от колбочек и палочек, прежде чем отправиться в мозг для пакетной обработки, называется верхушкой зрительного нерва. На этой «верхушке» палочек и колбочек нет – получается немаленькое слепое пятно – группа битых пикселей.
Если интересно, проведите небольшой эксперимент: закройте левый глаз и смотрите правым прямо на значок «+» на рисунке снизу, постепенно приближаясь к монитору. На определенном расстоянии – где-то 30-40 сантиметров от изображения – вы перестанете видеть значок «*». Также можно заставить исчезнуть «плюс», если смотреть на «звездочку» левым глазом, закрыв правый. На зрение эти слепые пятна особо не влияют – мозг заполняет пробелы данными – очень напоминает процесс избавления от битых и горячих пикселей на матрице в реальном времени.
Сетка Амслера
Не хочется о недугах, но необходимость включения в статью хоть одной тестовой мишени заставляет. Да и вдруг кому-нибудь поможет вовремя распознать начинающиеся проблемы со зрением. Итак, возрастная макулодистрофия (ВМД) поражает желтое пятно, отвечающее за остроту центрального зрения – в середине поля появляется слепое пятно. Проверку зрения легко осуществить самостоятельно при помощи «сетки Амслера» - листа бумаги в клетку, размером 10*10 см с черной точкой посередине. Посмотрите на точку в центре "сетки Амслера". Справа на рисунке показан пример того, как должна выглядеть сетка Амслера в здоровом зрении. Если линии рядом с точкой выглядят нечеткими, есть вероятность наличия ВМД и стоит обратиться к окулисту.
Про глаукомы и скотомы промолчим – хватит страшилок.
Сетка Амслера с возможными проблемами
Если на сетке Амслера появляются затемнения или искажения линий - проверьтесь у окулиста.
Датчики фокусировки или желтое пятно.
Место наилучшей остроты зрения в сетчатке – называемое по присутствующему в клетках желтому пигменту «желтым пятном» - расположено напротив зрачка и имеет форму овала с диаметром около 5 мм. Будем считать, что «желтое пятно» - аналог крестообразного датчика автофокуса, отличающегося большей точностью, по сравнению с обычными датчиками.
Близорукость
Юстировка – близорукость и дальнозоркость
Или в более «фотографических» терминах: фронт-фокус и бэк-фокус – изображение сформировано до или после сетчатки. Для юстировки либо идут в сервис-центр (к врачам-офтальмологам) или используют микроподстройку: при помощи очков вогнутыми линзами при фронт-фокусе (близорукости, ака миопия) и очков с выпуклыми линзами при бек-фокусе (дальнозоркости, ака гиперметропии).
Дальнозоркость
Напоследок
А каким глазом смотрим в видоискатель? В среде фотолюбителей редко упоминают про ведущий и ведомый глаз. Проверяется очень просто: возьмите непрозрачный экран с небольшим отверстием (лист бумаги с отверстием размером с монету) и посмотрите на отдаленный предмет через отверстие с расстояния 20-30 сантиметров. После этого – не смещая голову – поочередно смотрите правым и левым глазом, закрывая второй. Для ведущего глаза изображение не сместится. Работая с фотоаппаратом и смотря в него ведущим глазом, другой глаз можно не щурить.
И еще чуть интересных самостоятельных тестов от А. Р. Лурия:
Скрестите руки на груди в «позе Наполеона». Ведущая рука окажется сверху.
Переплетите несколько раз подряд пальцы рук. Большой палец, какой руки окажется сверху, та и является ведущей при выполнении мелких движений.
Возьмите карандаш. «Прицельтесь», выбрав мишень и глядя на нее обоими глазами через кончик карандаша. Зажмурьте один глаз, затем другой. Если мишень сильно смещается при зажмуренном левом глазе, то левый глаз – ведущий, и наоборот.
Ведущей ногой является та, которой вы отталкиваетесь при прыжке.
Эта статья подробно рассматривает понятие «поле зрения», способы определения показателей этого параметра у человека и его значения в офтальмологии.
Размер поля человеческого зрения
Все люди неповторимы, у каждого человека есть определённые особенности. Угол зрения и размер поля зрения у каждого свои. У конкретного человека они определяются следующими факторами:
- индивидуальные особенности глазного яблока;
- индивидуальная форма и размер век;
- индивидуальные особенности костей возле орбит глаз.
Кроме того, угол зрения определяется размерами предмета, который рассматривается, и расстоянием от него до глаза (эта дистанция и поле зрения человека связаны обратно пропорционально).
Строение и строение его черепа являются естественными ограничителями поля зрения. В частности, угол зрения ограничивается надбровными дугами, спинкой носа и веками. Однако ограничение, создаваемое каждым из этих факторов, является малозначительным.
190 градусов — таково значение угла зрения обоих глаз человека. Один отдельный глаз имеет следующие показатели нормы:
- 55 градусов для градации в верхнюю сторону от точки фиксации;
- 60 градусов для градации в нижнюю сторону и в сторону, идущую от носа вовнутрь;
- 90 градусов для градации со стороны виска (снаружи).
Когда исследование полей зрения показало несоответствие нормальному уровню, следует определить причину, нередко связанную с глазами либо нервной системой.
Угол зрения улучшает пространственную ориентацию человека, позволяет ему получать большее количество данных об окружающем мире, поступающих в мозг с помощью зрительных рецепторов. В результате научных исследований зрительных анализаторов было установлено, что человеческий глаз может чётко отличить одну точку от другой только в случае фокусировки под углом минимум 60 секунд. Поскольку угол человеческого зрения непосредственно определяет объём воспринимаемой информации, некоторые люди стремятся достичь его расширения, поскольку это позволяет быстрее читать тексты и хорошо запоминать содержание.
Офтальмологическое значение зрительных полей
Периферическое зрение определяет поля зрения для разных цветов, воспринимаемых человеческими глазами. В частности, самый развёрнутый угол — у белого цвета. На втором месте — синий цвет, а на третьем — красный. Самый узкий угол имеет место при зрительном восприятии зелёного цвета. Исследование поля зрения пациента позволяет окулисту выявить присутствующие зрительные отклонения.
При этом даже малозначительное отклонение в полях иногда указывает на тяжёлые патологии глаз. Каждый человек имеет свою индивидуальную норму, однако используются определённые общие показатели для обнаружения отклонения.
Современные офтальмологи могут, обнаружив несоответствие такого рода, выявить глазные болезни и некоторые другие недуги, прежде всего связанные с ЦНС. В частности, с помощью определения угла и поля зрения, а также мест, в которых происходит выпадение полей зрения (исчезновение изображения), доктор способен без труда выявить место, в котором произошло кровоизлияние, возникла опухоль либо отслойка сетчатки, либо происходит воспаление.
Измерение полей зрения
Компьютерная периметрия глаза — современный метод диагностики сужения поля человеческого зрения. Сейчас данный способ имеет вполне доступную цену. Это безболезненная процедура, отнимающая мало времени и позволяющая выявить ухудшение периферического зрения, чтобы вовремя начать лечение.
Как проходит процесс:
- Первым этапом является консультация офтальмолога, в ходе которой он даёт инструкцию. До того, как приступить к процедуре, доктору надлежит подробно разъяснить все её нюансы пациенту. В этом исследовании оптические устройства не применяются. Если пациент носит очки либо линзы, ему предстоит снять их. Левый и правый глаза исследуются отдельно.
- Больной направляет свой взгляд на неподвижную точку, находящуюся на специальном приборе в окружении тёмного фона. Во время процесса определения угла зрения пациента на участке периферии возникают точки, имеющие разные уровни яркости. Эти точки предстоит увидеть пациенту, чтобы зафиксировать с помощью особого пульта.
- Происходят изменения в схеме размещения точек. Обычно эта схема повторяется компьютерной программой и благодаря этому момент выпадения участка зрения может быть определён с абсолютно точно. Поскольку в процессе осуществления периметрии есть вероятность, что больной моргнёт либо несвоевременно нажмёт на пульт, метод повторений является более корректным, он приводит к точному результату.
- Исследование происходит довольно быстро, за несколько минут специальная программа обработает всю информацию и выдаст результат.
В одних клиниках такая информация выдаётся в напечатанной форме, в других она записывается на диск. Это довольно удобно, когда планируется консультация у врача другой специализации, и для оценки динамики во время лечения болезни.
Расширение угла человеческого зрения
Множество исследований привели к выводу, что в ходе лечения болезней, вызвавших ухудшение данного показателя, можно увеличить угол человеческого зрения специальными упражнениями. Воспользоваться такой возможностью может и полностью здоровый человек с целью улучшить индивидуальное зрительное восприятие.
Совокупность подобных упражнений называется методикой репрезентации и подразумевает некоторые особые действия в ходе обычного чтения. К примеру, можно изменять расстояние от текста до глаз. При регулярном проведении такой процедуры улучшается значение индивидуального угла зрения, что даёт некоторые преимущества, поскольку качество зрения в значительной мере определяется его углом.
Автор статьи: Владислав СоловьёвУ любого человека, более-менее знакомого с фототехникой и с любовью к познанию окружающего мира, наверное, не раз возникал в голове вопрос, как соотносятся человеческий глаз и современный цифровой фотоаппарат по своим параметрам? Какова чувствительность человеческого глаза, фокусное расстояние, относительное отверстие и прочие интересные мелочи. О которых я вам сегодня и расскажу:)
Итак, облазив пол интернета я пришёл к выводу, что до сих пор не написано ни одной статьи на русском языке, которая бы поставила точку в описании человеческого глаза по техническим параметрам или покрыла тему более-менее плотно.
Фотографические параметры человеческого глаза и некоторые особенности его строения
Чувствительность (ISO) человеческого глаза динамически изменяется в зависимости от текущего уровня освещения в пределах от 1 до 800 единиц ISO. Время полной адаптации глаза к тёмной обстановке занимает около получаса.Количество мегапикселей у человеческого глаза составляет порядка 130, если считать каждый фоточувствительный рецептор за отдельный пиксель. Однако центральная ямка (fovea), являющаяся наиболее чувствительным к свету участком сетчатки и отвечающяя за ясное центральное зрение имеет разрешение порядка одного мегапикселя и охватывает около 2 градусов обзора.
Фокусное расстояние равняется ~22-24мм.
Размер отверстия (зрачка) при открытой радужной оболочке равно ~7мм.
Относительное отверстие равняется 22/7 = ~3.2-3.5.
Шина передачи данных от одного глаза до мозга содержит порядка 1.2 миллиона нервных волокон (аксонов).
Пропускная способность канала от глаза до мозга составляет около 8-9 мегабит в секунду.
Углы обзора одного глаза составляют 160 x 175 градусов.
В сетчатке глаза человека содержится приблизительно 100 миллионов палочек и 30 миллионов колбочек. или 120 + 6 по альтернативным данным.
Ко́лбочки - один из двух типов фоторецепторных клеток сетчатки глаза. Свое название колбочки получили из-за конической формы. Их длина около 50 мкм, диаметр - от 1 до 4 мкм.
Колбочки приблизительно в 100 раз менее чувствительны к свету, чем палочки (другой тип клеток сетчатки), но гораздо лучше воспринимают быстрые движения.
Различают три вида колбочек, по чувствительности к разным длинам волн света (цветам). Колбочки S-типа чувствительны в фиолетово-синей, M-типа - в зелено-желтой, и L-типа - в желто-красной частях спектра. Наличие этих трех видов колбочек (и палочек, чувствительных в изумрудно-зеленой части спектра) даёт человеку цветное зрение. Длинноволновые и средневолновые колбочки (с пиками в сине-зелёном и жёлто-зелёном) имеют широкие зоны чуствительности со значительным перекрыванием, поэтому колбочки определённого типа реагируют не только на свой цвет; они лишь реагируют на него интенсивнее других.
В ночное время, когда поток фотонов недостаточен для нормальной работы колбочек, зрение обеспечивают только палочки, поэтому ночью человек не может различать цвета.
Па́лочки (англ. rod cells) - один из двух типов фоторецепторных клеток сетчатки глаза, названый так за свою цилиндрическую форму. Палочки более чувствительны к свету и, в человеческом глазе, сконцентрированы к краям сетчатки, что определяет их участие в ночном и периферийном зрении.
В человеческом глазе, приспособленном, преимущественно, к дневному свету, при приближении к середине сетчатки палочки постепенно вытесняются, более подходящими для дневного света, колбочками (второй вид клеток сетчатки) и в центральной ямке не встречаются вовсе. У животных ведущих преимущественно ночной образ жизни (например, кошек) наблюдается противоположная картина.
Чувствительность палочки достаточна, чтобы зарегистрировать попадание одного-единственного фотона, в то время как колбочкам необходимо попадание от нескольких десятков, до нескольких сотен фотонов. Кроме того, к одному интернейрону, собирающему и усиливающему сигнал c сетчатки, как правило, подсоединяются несколько палочек, что дополнительно увеличивает чувствительность за счет остроты восприятия (или разрешения изображения). Такое объединение палочек в группы делает периферийное зрение очень чувствительным к движениям и отвечает за феноменальные способности отдельных индивидов к зрительному восприятию событий лежащих вне угла их зрения.
Из-за того, что все палочки используют один и тот же светочувствительный пигмент (вместо трех, как у колбочек), они в малой степени или совсем не участвуют в цветном зрении.
Также, палочки реагируют на свет медленнее, чем колбочки - палочка реагирует на раздражитель в течение порядка ста миллисекунд. Это делает ее более чувствительной к меньшим количествам света, но снижает способность к восприятию быстротекущих изменений, таких как быстрая смена образов.
Палочки воспринимают свет, преимущественно, в изумрудно-зеленой части спектра, поэтому в сумерках изумрудный цвет кажется ярче, чем все остальные.
Однако следует помнить, что строение фотоаппарата отличается от строения глаза. При съёмке фотоаппаратом или видеокамерой, изображение разбивается на кадры. Каждый кадр "снимается" с матрицы в определенный момент времени, т.е. в процессор попадает готовое изображение.
В то время, как человеческий глаз отсылает в мозг постоянный видеопоток без разбиения по кадрам. Поэтому можно неверно истолковать некоторые параметры, если не разбираться в вопросе более-менее досканально.
В итоге можно сказать, что по чувствительности человеческий глаз догнала почти вся mid-end фототехника, а high-end так и вообще перегнала во много раз. Однако уровень шумов у наиболее распространенной mid-end техники гораздо выше, чем у сетчатки, а качество изображения хуже на порядок.
Так же сетчатка отличается от фотосенсоров тем, что чувствительность на ней меняется для каждого отдельного фоторецептора в зависимости от освещения, что позволяет добиться очень высокого динамического диапазона итоговой картинки. Сенсоры с подобной технологией уже разрабатываются многими компаниями, но пока ещё не выпускаются.
На данный момент ещё не изобретено устройство с размерами человеческого глаза, сопоставимое с ним ни по оптическим, ни по техническим параметрам.
Использованные источники:
http://www.clarkvision.com/imagedetail/eye-resolution.html
http://webvision.umh.es/webvision/
http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=20:17485
http://ru.wikipedia.org/wiki/Колбочки_(сетчатка)
http://ru.wikipedia.org/wiki/Палочки_(сетчатка)
http://en.wikipedia.org/wiki/Retina
p.s. точных данных по тем или иным значениям я так и не нашёл, пришлось пользоваться средними, более реальными и наиболее часто встречающимимся данными. Поэтому, если вы найдёте ошибку или сочтете, что разбираетесь в теме лучше, то отпишитесь в комментариях, пожалуйста. Мне будет очень интересно узнать ваше мнение и ваши дополнения.
Поле зрения – совокупность точек, которые различают человеческие глаза в неподвижном состоянии. Определение границ обзора играет важную роль в диагностике периферического зрения. Последнее отвечает за виденье в темное время суток. При ослаблении бокового виденья проводят периметрию или другие методы исследования, на основании расшифровки которых и устанавливается диагноз и соответствующее лечение.
- 1. Что обследуют?
- 2. Нормальные показатели угла зрения у человека
Что обследуют?
Боковое зрение улавливает изменения предметов в пространстве, а именно движения непрямым взглядом. Первоочередно периферический взор необходим для постановки координации и виденья в сумеречное время. Угол зрения – размер пространства, которое охватывает глаз без изменения фиксации взгляда.
Поля зрения
С помощью данных методов диагностики можно обнаружить гемианопсии – патологии сетчатки. Они бывают:
- гомонимные (нарушение зрения в одном глазу в области виска, в другом – в области носа),
- гетеронимные (идентичные нарушения с двух сторон),
- полные (исчезновение половины поля зрения),
- биназальные (выпадение медиальных или внутренних полей),
- битемпоральные (выпадения височных областей ведения),
- квандратная (патология находится в любом из квандрантов рисунка).
Равномерное сужение со всех сторон указывает на патологию зрительных нервов, а сужение в области носа – глаукому.
Нормальные показатели угла зрения у человека
Показатели угла зрения измеряются в градусах. В норме данные должны быть следующими:
- по наружной границе – 90 градусов,
- верхней – 50-55,
- нижней – 65,
- внутренней – 55-60.
У каждого человека значения будут разными, так как на это влияют некоторые факторы. Это:
- форма черепа,
- анатомические особенности глазницы,
- опущенные брови,
- посадка глаз,
- форма, размер век,
- структура глазного яблока.
В среднем поле зрения по горизонтали равен 190 градусам, а по вертикали – 60-70.
Нормальная линия обзора соответствует комфортному расположению уровня глаз и головы при рассматривании объектов и находится на 15 градусов ниже от горизонтальной линии.
