Угловое пространство или угол зрения означает общее количество проекций точек, попадающих в поле зрения человека при неподвижной голове и фиксации взгляда на одной из них. Измеряется в градусах. Показатель зависит от строения, размера глазного яблока, формы век и костной структуры черепа. Чем больше угол поля зрения, тем проще удается ориентироваться в окружающем мире.
Особенности зрительного анализатора
Угол обзора у человека отвечает за восприятие деталей предмета, его формы. Чем он шире, тем меньше острота видения. Поле зрения - часть пространства, которое глаз анализирует, оставаясь при этом неподвижным. Эти показатели - важные составляющие центрального и периферического зрительного анализатора. Оба вида важны для получения объема информации из окружающей среды, ориентировки в пространстве и мелкой детализации рассматриваемых вещей.
Каковы показатели зрительного анализатора?
Согласно многочисленным статистическим данным, угол зрения двух глазных яблок равен 190°
Каким образом и для чего измеряют параметры?
Обследование называется компьютерной периметрией, длится 10-15 минут и не приносит никакого дискомфорта. Процедура проводится отдельно для каждого глаза. Перед началом нужно снять очки или линзы. После чего следует зафиксировать взгляд на точке, расположенной по центру. Во время диагностики на периферии аппарата будут появляться другие точки, различной интенсивности и яркости. Когда пациент их замечает, он нажимает кнопку на пульте. Компьютерная программа обрабатывает результаты и заключение тут же выдают на руки.
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.
Глаз человека – сложный орган, профилактике заболеваний которого нужно уделять достаточное внимание. Статья посвящена рассмотрению такой важной характеристике зрения, как угол зрения.
Сужение поля зрения является симптомом целого ряда опасных офтальмологических заболеваний. Поэтому нужно уделять внимание не только отслеживанию остроты зрения, но и периодическому обследованию поля зрения, с целью оценки состояния периферийного зрения и профилактики возможных проблем.
Все оптические приборы в той или иной степени копируют строение человеческого глаза. Под определением «хорошо видеть» подразумевается способность:
- Фокусировать взгляд и различать предметы, находящиеся на расстоянии
- Ориентироваться в пространстве, оценивать пространство вокруг себя и своё положение в нём.
Мы видим внешнюю среду благодаря сложным процессам преломления света через естественные линзы – роговицу и хрусталик. Изображение, созданное преломлёнными лучами света, попадает на сетчатку.
С сетчатки сигналы уходят в головной мозг, где изображение обрабатывается и анализируется. Это очень упрощенная схема построения зрительного процесса.
Помимо этого, для понимания вопроса полезно также оговорить, что на угол обзора, хоть и незначительно, но влияет специфика расположения глаз. Это парный орган, который разделён естественным разграничителем – носом.
Также глаза имеют индивидуальное для каждого человека размещение на лице, которое характеризует расположением в глазнице и особенностями строения века.
В отличие от определения остроты зрения, где есть безусловный фиксированный стандарт, отклонение от которого однозначно указывает на проходящие в органе патологические процессы, какой у человека угол зрения и является ли это симптомом заболевания, врачи-офтальмологи определяют в каждом случае индивидуально, ориентируясь на стандарты.
Соотношение понятий «угол зрения» и «поле зрения»
Между этими показателями качества зрения происходит путаница. В среде неспециалистов эти понятия считаются синонимами.
Научное определение звучит так: «угол зрения – это угол между лучами, идущими от крайних точек предмета через оптический центр глаза». Давайте разбираться на примере из жизни, что это означает на практическом примере.
Вы стоите на улице и ждёте своего знакомого. Увидев его, концентрируете на внимание на нём, и, как только он подойдет на близкое – около метра – расстояние, ведите уже только его.
Когда вы только ожидаете друга, вы «сканируете» всю улицу. Несмотря на то, что цель охватить взглядом всю улицу не стоит, её прекрасно видно. И то, что находится прямо перед лицом, сбоку, линия горизонта, небо.
Это и есть поле зрения – совокупность всех видимых объектов при концентрации внимания на одной точке. То, что можно назвать «видимым пространством».
Но, стоит увидеть приближающегося знакомого, как по мере его приближения» видимое пространство начинает сужаться. При разговоре с человеком, который стоит на близком – от 40 до 100 сантиметров – расстоянии, мы часто видим лишь его «портретную зону» (голову и линию плеч) и всё, что попадает на задний фон.
Такое уменьшение пространства обусловлено изменением угла, под которым падает взгляд. Величину необходимого угла зрения задают два параметра:
- Размер предмета.
- Расстояние до предмета.
Широкий угол обзора позволит составить общую картину и об объекте, и о пространстве, в котором он находится. Узкий угол обзора даёт возможность ознакомиться с объектом детально, но восприятие пространства теряется.
Возвращаемся к нашему примеру. Увидев знакомого вдалеке, вы смотрите на него под широким обзорным углом: видите и знакомого, и улицу по которой он идёт, других пешеходов.
Но стоит ему подойти, а вашему зрению перейти на узкий угол обзора, как вы теряете из вида улицу, но можете отметить интересные детали его образа – новую стрижку или интересные пуговицы на рубашке.
Вывод: Широкий угол – видно много пространства, но мало деталей, узкий угол – видно мало пространства, но много деталей. Угол зрения человека характеризует поле зрения.
Виды зрения и методы его диагностики
Зрение человека разделяют на 2 вида:
- Центральное;
- Периферическое.
Центральное зрение – это то, что в простой речи, часто называют «остротой зрения». Отвечает за возможность видеть мелкие детали на расстоянии. Диагностируется посредством таблицы Сивцева (общеизвестная из-за повсеместного применения «ШБ-таблица») и её аналогов для дошкольного возраста.
Наиболее точный результат даст обследование на полностью автоматизированных аппаратах, которыми оснащены офтальмологические клиники.
Периферическое зрение – это пространство, которое видит человек, зафиксировав взгляд. Как можно видеть, определение периферического зрения полностью совпадает с определением поля зрения.
Человек имеет бинокулярное зрение, поэтому диагностика поля зрения проводится для каждого глаза отдельно, как для горизонтальной, так и для вертикальной плоскости.
Нормальный угол обзора для человека, который смотрит прямо перед собой двумя глазами:
- В горизонтальной плоскости – 180 градусов;
- В вертикальной плоскости – 150 градусов.
При оценке поля зрения каждого глаза в горизонтальной плоскости это, это значение снижается:
- До 55 градусов от точки фиксации до носа;
- До 90 градусов от точки фиксации до виска.
Оценку периферийного зрения можно провести как поверхностную, с целью определения необходимости дальнейшего обследования, так и подробную, с целью составить подробную карту поля.
Для проведения быстрой оценки не требуется никаких особых инструментов. Достаточно наличия любого контрастного на фоне окружающей обстановки предмета: шариковой ручки или карандаша. Пациента просят зафиксировать взгляд, закрыть один глаз рукой, после чего медленно водят ручкой по основным линиям определения поля.
Если поверхностное обследование не выявляет выраженных отклонений от нормы (или подозрений о них), более подробное изучение не проводится.
Если есть необходимость в составлении подробной схемы поля, применяются механические и автоматизированные методы обследования – периметрия. Это наиболее распространённый в медицинских учреждениях общего профиля способ, для определения зрительного поля.
Аппарат, на котором проводят периметрия, чаще всего представляет собой полусферу или выгнутую дугой полосу шириной около 10 сантиметров белого или чёрного цвета, с фиксатором для подбородка и лба.
Сама процедура схожа с описанной выше, но для точной диагностики голова человека фиксируется на расстоянии 30-40 сантиметров от поверхности дуги. Движение указки контрастного цвета происходит по всем направлениям, с последовательным отклонением на 15 градусов. Результаты фиксируются на схеме.
Базовое исследование всегда проводится в бело-чёрной гамме, в случае необходимости тест может проводится с указкой нескольких базовых цветов (желтый, красный, синий, зелёный). Это связано со спецификой восприятия цвета человеческим глазом.
В связи с неравномерным распределением фоторецепторов по поверхности сетчатки глаза поле зрения в каждом цветовом спектре будет своё.
Самый узкое поле зрения у зелёного цвета, затем по мере расширения границ идут красный, жёлтый и синий цвет. Наиболее широкий спектр фиксируется человеческим глазом в чёрно-белом цветовом решении.
Изменения в поле зрения: причины и симптомы
Выделяют две группы изменений в зрительном поле:
- Сужение угла зрения;
- Скотомы (слепые пятна).
Виды сужения по характеру изменения поля:
- Концентрическое – происходит сужение угла зрения по всему радиусу поля;
- Локальное – изменение происходит на отдельном участке радиуса, то есть в поле происходит локальная деформация.
Очаговая деформация угла обзора (скотома) – непреломление или искаженное преломление света, падающего под определёнными углами на отдельные участки оптического аппарата глаза.
При такой патологии предметы на отдельных участках поля зрения или размыты или просто не видны.
Основные причины, оказывающие влияние на зрительное поле:
- Аденома гипофиза;
- Бельмо;
- Вегетососудистые нарушения;
- Глаукома;
- Катаракта;
- Макулодистрофия;
- Отслойка сетчатки;
- Помутнение стекловидного тела;
- Птеригиум;
- Склероз сосудов головного мозга.
Приведённый перечень наглядно показывает обширность заболеваний, влияющих на поле зрения. Изменения в углах зрения могут быть вызваны как самостоятельными локальными заболеваниями, так и быть следствием иных патологических процессов – проблем с центральной нервной системой или возникновением новообразований.
Угол зрения – это одна из важных составляющих функционирования зрительной системы человека. Под этим понятием подразумевают сумму проекций всех пространственных точек, которые могут попасть в поле видения человека в состоянии фиксации глаза на одной из точек. Все, что видит пациент, проектируется на сетчатку в область желтого тела. Поле зрения — это способность быстро воспринимать свое положение в пространстве. Измеряется эта способность человеческого глаза в градусах.
Благодаря сложной зрительной системе, человек может легко рассматривать и познавать предметы и мир вокруг себя, ориентироваться в пространстве при разном освещении, без проблем двигаться в нем.
В офтальмологии выделяют два вида человеческого зрения:
- Центральное зрение – одна из важных и основных функции человеческой зрительной системы. Оно обеспечивается центральной частью сетчатки. Именно это зрение дает возможность анализировать формы видимого, мелкие детали и отвечает за остроту. Центральное зрительное восприятие напрямую связано с углом зрения (угол, который образуется между двумя точками, расположенными по краям). Чем больше показания угла, тем ниже острота.
- Периферическое зрение дает возможность анализировать предметы, расположенные вокруг точки фокусирования глазного яблока. Именно оно помогает нам ориентироваться в пространстве и темноте. Периферическое зрение по своей остроте намного ниже центрального.
Если центральное зрение человека прямо пропорционально углу зрения, то периферическое напрямую зависит от поля зрения (пространство, которое может анализировать глаз, не двигаясь).
Какой нормальный размер полей видения?
Каждый человек неповторим и имеет свои особенности. Именно поэтому углы и поле зрения индивидуальны и могут отличаться друг от друга.
На показатели могут влиять следующие факторы:
- специфические признаки строения глазного яблока исследуемого;
- форма век и их размер;
- особенности состава костей глазных орбит.
Зависит также угол зрения от величины рассматриваемого предмета, от расстояния его от глаза (чем ближе, тем шире становится поле зрения).
Строение человеческой зрительной системы, а также особенности строения черепа – это природные ограничители угла зрения, заложенного природой. Так, надбровные дуги, спинка носа, веки ограничивают обзор человеческой зрительной системы. Но угол ограничения всех перечисленных факторов незначительный.
Многочисленные исследования выяснили, что угол зрения обоих человеческих глаз равняется 190 0 .
Для каждого отдельного зрительного человеческого анализатора норма будет следующей:
- 50–55 0 для градации вверх от точки фиксирования;
- 60 0 для измерения вниз и для стороны от внутренней стороны от носа;
- со стороны височной области (снаружи) угол увеличивается до 90 0 .
Если у человека исследование зрения показывает несоответствие норме, то необходимо выявить причину, которая зачастую связана с проблемами зрения или нервными нарушениями.
Угол зрения помогает человеку лучше ориентироваться в пространстве, получать больше информации, которая поступает к нам через зрительный анализатор.
Исследование зрительного анализатора показало, что глаз человека четко различает две точки лишь в том случае, когда он сфокусирован под углом не менее, чем 60 сек.
Так как угол зрения влияет напрямую на количество восприятия информации, то многие работают над тем, чтобы расширить его. Это помогает человеку более быстро читать без потери смысла и в достаточном количестве сохранять полученную информацию.
Зачем измеряют и какие особенности выделяют в полях видения
Человеческий зрительный анализатор – это очень сложная оптическая система, которая формировалась на протяжении многих тысячелетий. Различные цветовые лучи ассоциируются с разнообразной информационной составляющей, поэтому человеческий глаз воспринимает их по-разному.
Периферическая способность зрительного анализа влияет на поле зрения для разных цветовых лучей, которые воспринимаются нашим глазом. Так, белый оттенок имеет наиболее развернутый угол. Далее идет синий, красный. В наибольшей степени уменьшается угол восприятия при анализе зеленных оттенков. Определение человеческого поля зрения помогает врачу-офтальмологу определить имеющиеся патологии.
Даже незначительное отклонение может говорить о серьезных патологиях в зрительной системе и не только. Норма у каждого человека своя, но существуют показатели, по которым ориентируются, определяя отклонение.
Современная офтальмология и медицина в целом позволяет, найдя такое несоответствие, диагностировать и определить недуги зрительной системы, а также выявить общие патологии, включая поражение центральной нервной системы. Так, определив угол и поле и выяснив места выпадения изображения, врач может с легкостью определить место кровоизлияния, появления опухолевых процессов, отслоения сетчатки или воспалительного процесса.
Для офтальмолога такое исследование помогает выявить такие патологические состояния, как экссудаты, ретиниты, геморрагии. При таких состояниях измерение угла поля зрения рисует картину состояния глазного дна, которое в дальнейшем полностью подтверждается офтальмоскопией.
Исследование этого показателя и определение отклонения от нормы дает также картину состояния зрительного анализатора при диагностировании глаукомы. Характерно, что даже на ранних стадиях этого заболевания будут заметны определенные изменения.
Если в ходе диагностирования угла поля зрения выпадает значительная часть (зачастую обзор у пациента может быть сокращен почти наполовину), то это серьезное подозрение на опухолевое поражение или обширное кровоизлияние в определенных отделах головного мозга.
Как проводят измерение
Следует отметить, что человек незамедлительно обнаружит внезапное резкое ухудшение периферического зрения, при котором выпадают части поля зрения.
Но если этот процесс проходит медленно, постепенно снижая угол поля зрения, то такой процесс может пройти незаметно для человека. Именно поэтому рекомендуют проходить полное офтальмологическое обследование ежегодно, даже если нет явных ухудшений зрения для самого пациента.
Диагностирование и определение сужения поля зрения человека в современной офтальмологии проводят инновационным методом под названием компьютерная периметрия. Стоимость такой процедуры приемлема. Она безболезненна для человека и занимает совсем немного времени. Но, благодаря компьютерной периметрии, можно определить снижение периферического зрения даже при малейшем ухудшении и своевременно приступить к лечению.
Порядок диагностики:
- Исследование на определение угла поля зрения начинается с консультирования специалистом и получением от него основных инструкций. Врач перед началом должен полностью объяснить все особенности и правила проведения процедуры. Больной проходит исследование без оптических приборов. Очки, линзы должны быть сняты. Каждый глаз человека должен быть исследован по отдельности.
- Пациент фиксирует взгляд на статической точке, которая расположена на темном фоне прибора. В ходе процедуры по измерению угла поля зрения на периферическом поле будут появляться с разной интенсивностью и яркостью точки. Именно их и должен увидеть человек и зафиксировать при помощи специального пульта.
- Схема расположения точек меняется. Как правило, компьютерная программа повторяет их, что позволяет со 100% точность определить момент выпадения участка. Так как в ходе проведения периметрии пациент может моргнуть, не вовремя нажать на кнопку пульта, что также не исключается, то такой подход с повторениями считается более правильным и дающим точный результат.
- Исследование проводится быстро, и уже в течение нескольких минут программа обрабатывает полученную информацию, выдав результат.
Некоторые клиники выдают информацию в распечатанном виде, другие предоставляют возможность записи результатов процедуры на информационный носитель, что очень удобно, если нужно проконсультироваться у другого специалиста, а также при оценивании динамики в ходе лечения заболевания.
Методы расширения угла зрения
Уже говорилось, что широкое поле зрения помогает человеку лучше ориентироваться в пространстве, более обширно воспринимать и анализировать полученную информацию. Так, при чтении книги, человек с большим углом зрения будет делать это в несколько раз быстрее.
Многочисленные исследования показали, что при решении проблем с заболеваниями, которые дали ухудшение этого показателя, угол поля зрения можно расширить при помощи специальных упражнений. Развивать эту возможность зрительного анализатора можно и абсолютно здоровому человеку, улучшая тем самым свое восприятие окружающего мира.
Схема таких занятий носит название методики репрезентации. Иными словами, такие упражнения связаны с определенными действиями во время такого процесса, как чтение. Например, изменяйте дальность расположения текста от глаз. Делая это регулярно, легко добиться улучшения показателей угла зрения человека.
Всегда следите за своим здоровьем и ежегодно проходите консультацию офтальмолога. Любое заболевание легче поддается лечению на ранних стадиях, а диагностирование полей и угла зрения — очень показательный способ ранней диагностики многих недугов.
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.