КАМЕРЫ против ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ГЛАЗА

Почему я не могу просто навести камеру на то, что вижу, и записать это? Казалось бы, простой вопрос. Это также один из самых сложных вопросов, требующих изучения не только того, как камера записывает свет, но и того, как и почему наши глаза работают именно так, а не иначе. Ответ на такие вопросы может открыть удивительные открытия о нашем повседневном восприятии мира, а также поможет стать лучшим фотографом.

<тд>

VS.

ВВЕДЕНИЕ

Наши глаза могут осматривать сцену и динамически подстраиваться в зависимости от предмета, в то время как камеры снимают одно неподвижное изображение. Эта черта объясняет многие из наших общепризнанных преимуществ перед камерами. Например, наши глаза могут компенсировать это, когда мы фокусируемся на областях с разной яркостью, можем оглядываться вокруг, охватывая более широкий угол обзора, или можем попеременно фокусироваться на объектах, находящихся на разных расстояниях.

Однако конечный результат подобен видеокамере, а не фотокамере, которая компилирует соответствующие снимки для формирования мысленного образа. Быстрый взгляд нашими глазами может быть более справедливым сравнением, но, в конечном счете, уникальность нашей зрительной системы неизбежна, потому что:

На самом деле мы видим объекты, воссоздаваемые нашим разумом на основе данных, поступающих от глаз, а не фактического света, получаемого нашими глазами .

Скептически? Большинство из них — по крайней мере, на начальном этапе. В приведенных ниже примерах показаны ситуации, когда можно обмануть разум, заставив его видеть что-то другое, чем его глаза:

Ложный цвет Полосы Маха

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

Полосы Маха :Наведите указатель мыши на изображение и выключите его. Каждая из полос будет казаться немного темнее или светлее рядом с ее верхним и нижним краями, несмотря на то, что каждая полоса имеет однородный серый цвет.

Однако это не должно отвлекать нас от сравнения наших глаз и камер! Во многих случаях честное сравнение возможно, но только если мы учитываем как то, что видим, и как наш мозг обрабатывает эту информацию. В последующих разделах мы попытаемся по возможности различать их.

ОБЗОР РАЗЛИЧИЙ

В этом руководстве сравнения сгруппированы по следующим визуальным категориям:

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

Вышеупомянутое часто понимается как то, где наши глаза и камеры различаются больше всего, и, как правило, именно здесь возникает наибольшее количество разногласий. Другие темы могут включать глубину резкости, стереозрение, баланс белого и цветовую гамму, но они не будут в центре внимания данного руководства.

1. УГОЛ ОБЗОРА

Для камер это определяется фокусным расстоянием объектива (наряду с размером сенсора камеры). Например, у телеобъектива фокусное расстояние больше, чем у стандартного портретного объектива, и, следовательно, он охватывает более узкий угол обзора:

К сожалению, наши глаза не так прямолинейны. Хотя фокусное расстояние человеческого глаза составляет примерно 22 мм, это заблуждение, поскольку (i) задняя часть наших глаз изогнута, (ii) периферия нашего поля зрения содержит все меньше деталей, чем центр, и (iii) сцена, которую мы воспринимаем, является совместным результатом обоих глаз.

Каждый глаз в отдельности 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 такая же, как у объектива «рыбий глаз». Однако по эволюционным причинам наше чрезвычайно периферийное зрение полезно только для восприятия движения и крупномасштабных объектов (например, льва, прыгающего сбоку). Кроме того, такой широкий угол выглядел бы сильно искаженным и неестественным, если бы он был снят камерой.

Левый глаз	Двойное перекрытие глаз	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 вспоминать объекты, не двигая глазами. Между прочим, это близко к «нормальному» фокусному расстоянию объектива 50 мм на полнокадровой камере (точнее, 43 мм) или фокусному расстоянию 27 мм на камере с кроп-фактором 1,6X. Хотя это не воспроизводит полный угол зрения, под которым мы видим, оно делает хорошо соответствуют тому, что мы считаем лучшим компромиссом между различными типами искажений:

Широкоугольный объектив
(объекты очень разных размеров) Телеобъектив
(объекты похожи по размеру)

Слишком широкий угол обзора и относительные размеры объектов преувеличены, тогда как слишком узкий угол обзора означает, что все объекты имеют почти одинаковый относительный размер, и вы теряете ощущение глубины. При очень широких углах объекты у краев кадра также выглядят растянутыми.

(если снято стандартным/прямолинейным объективом камеры)

Для сравнения, даже если наши глаза воспринимают искаженное широкоугольное изображение, мы реконструируем его, чтобы сформировать мысленный трехмерный образ, который, по-видимому, не содержит искажений.

2. РАЗРЕШЕНИЕ И ДЕТАЛИ

Большинство современных цифровых камер имеют разрешение от 5 до 20 мегапикселей, что часто называют недостатком для нашей зрительной системы. Это основано на том факте, что при зрении 20/20 человеческий глаз способен разрешать изображение, эквивалентное 52-мегапиксельной камере (при угле обзора 60°).

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

Качественное представление визуальных деталей одним взглядом.

Принимая во внимание вышеизложенное, одним взглядом наши глаза способны воспринимать только детали, сравнимые с 5-15-мегапиксельной камерой (в зависимости от зрения). Однако на самом деле наш разум не запоминает изображения попиксельно; вместо этого он записывает запоминающиеся текстуры, цвет и контраст для каждого изображения.

Таким образом, чтобы составить подробный мысленный образ, наши глаза фокусируются на нескольких интересующих областях в быстрой последовательности. Это эффектно рисует наше восприятие:

Конечным результатом является мысленный образ, детали которого эффективно расставлены по приоритетам на основе интереса. Это имеет важный, но часто упускаемый из виду вывод для фотографов:даже если фотография приближается к техническим пределам детализации камеры, такая детализация в конечном итоге не будет иметь большого значения, если само изображение не запоминающееся.

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

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

Просмотр при слабом освещении . При очень слабом освещении, например, при свете луны или звезд, наши глаза фактически начинают видеть монохромно. В таких ситуациях наше центральное зрение также начинает отображать меньше деталей, чем просто не в центре. Многие астрофотографы знают об этом и используют это в своих интересах, глядя только в сторону тусклой звезды, если хотят увидеть ее невооруженным глазом.

Мягкие градации . Слишком много внимания часто уделяется мельчайшим различимым деталям, но тонкие тональные градации также важны — именно здесь наши глаза и камеры различаются больше всего. С камерой всегда легче различать увеличенные детали, но вопреки интуиции увеличенные детали могут стать менее заметными для наших глаз. В приведенном ниже примере оба изображения содержат текстуру с одинаковой контрастностью, но на изображении справа этого не видно, поскольку текстура увеличена.

Мелкая текстура
(едва видно)→
Увеличено в 16 раз Грубая текстура
(больше не видно)

3. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ И ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН

Динамический диапазон* — это одна из областей, в которой глаз часто рассматривается как имеющий 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 ступени диафрагмы). Однако в таких ситуациях наш глаз динамически подстраивается, как видеокамера, так что это, пожалуй, некорректное сравнение.

<тд> <тд>

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

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

С другой стороны, динамический диапазон нашего глаза также зависит от яркости и контрастности объекта, поэтому вышеизложенное применимо только к типичным условиям дневного освещения. Например, при просмотре звезд при слабом освещении наши глаза могут приблизиться к еще более высокому мгновенному динамическому диапазону.

*Количественная оценка динамического диапазона . Наиболее часто используемой единицей измерения динамического диапазона в фотографии является диафрагма, поэтому здесь мы будем придерживаться ее. Это описывает соотношение между самыми светлыми и самыми темными записываемыми областями сцены в степени двойки. Таким образом, в сцене с динамическим диапазоном в 3 ступени диафрагмы белый цвет в 8 раз ярче черного (поскольку 2 = 2 x 2 x 2 = 8).

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

Чувствительность . Это еще одна важная визуальная характеристика, описывающая способность различать очень слабые или быстро движущиеся объекты. При ярком свете современные камеры лучше справляются с разрешением быстро движущихся объектов, о чем свидетельствует необычно выглядящая высокоскоростная фотография. Это часто становится возможным благодаря светочувствительности камеры, превышающей 3200; Эквивалент ISO при дневном свете для человеческого глаза даже считается равным 1.

Однако в условиях низкой освещенности наши глаза становятся намного более чувствительными (при условии, что мы позволяем им адаптироваться в течение 30+ минут). Астрофотографы часто оценивают это значение как близкое к ISO 500-1000; все же не так высоко, как у цифровых камер, но близко. С другой стороны, у камер есть то преимущество, что они могут делать более длинные выдержки, чтобы выделить еще более тусклые объекты, в то время как наши глаза не видят дополнительных деталей, если смотреть на что-то более 10–15 секунд.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЧТЕНИЕ

Кто-то может возразить, что не имеет значения, способна ли камера превзойти человеческий глаз, потому что камеры требуют другого стандарта:они должны делать реалистично выглядящие отпечатки. Распечатанная фотография не знает, на каких участках сфокусируется взгляд, поэтому каждая часть сцены должна содержать максимальное количество деталей — на тот случай, если мы сфокусируемся именно на ней. Это особенно актуально для больших или близко просматриваемых отпечатков. Однако можно также утверждать, что полезно рассматривать возможности камеры в контексте.

В целом, большинство преимуществ нашей зрительной системы связано с тем, что наш разум способен разумно интерпретировать информацию, поступающую от наших глаз, тогда как с камерой все, что у нас есть, — это необработанное изображение. Тем не менее, современные цифровые камеры работают на удивление хорошо и превосходят наши собственные глаза по некоторым визуальным возможностям. Настоящим победителем становится фотограф, способный разумно собрать изображения с нескольких камер, тем самым превзойдя даже наш мысленный образ.

Дополнительные сведения по этой теме см. в следующих разделах:

• Расширенный динамический диапазон. Как расширить динамический диапазон цифровых камер с помощью мультиэкспозиции. Результаты могут даже превзойти человеческий глаз.
• Градуированные фильтры нейтральной плотности (GND). Техника улучшения внешнего вида высококонтрастных сцен, похожая на то, как мы формируем свой мысленный образ.
• Сшивка фотографий. Цифровые панорамы. Общее обсуждение использования нескольких фотографий для улучшения угла обзора.