Jak różni się zakres dynamiki ludzkiego oka od zakresu aparatów cyfrowych?

31

Według testów DxO kamery mają od 10 do 12 stopni zakresu dynamicznego. Czy to jest poprawne? Hałas może całkowicie obniżyć niektóre niższe wartości (łatwo powodując utratę niektórych przystanków).

Również Norman Koren mówi, że pierwotny zakres dynamiczny aparat cyfrowy może być od 9 do 11 przystanków, ale wydruki mają „tylko” 6,5 przystanki.

W części dotyczącej zakresu dynamicznego Wikipedia mówi, że ludzkie oko ma współczynnik kontrastu około 6,5 stopnia . Jeśli tak, to dlaczego ludzkie oko jest wyraźnie lepsze niż aparaty do nagrywania scen o dużym zakresie dynamicznym?

Paolo
źródło
2
Pytanie o zakres dynamiczny zadawane jest w ramach części Jak ludzkie oko wypada w porównaniu z nowoczesnymi aparatami i obiektywami? , ale ta konkretna część tak naprawdę nie otrzymała odpowiedzi. Myślę, że jest to rozsądne samodzielne pytanie uzupełniające, ponieważ szersze pytanie może być zbyt szerokie.
mattdm

Odpowiedzi:

37

To bardzo dobre pytanie, a odpowiedź mogłaby wypełnić setki stron - i w rzeczywistości odpowiedź już wypełnia setki stron.

Krótka odpowiedź brzmi: liczby, które przytaczasz, nie zgadzają się z rzeczywistością, ponieważ często cytowane liczby są błędne :-) Czytaj ...

Wiele jest dostępnych w Internecie na ten temat, a jakość, jak zawsze, jest bardzo zróżnicowana. Dużo papugowania „faktów” między stronami i liczbami, takimi jak te w Wikipedii, wydają się dość powszechne, ALE istnieją bardzo uzasadnione argumenty, które wydają się sugerować, że liczba w Wikipedii jest bardzo błędna i bardzo nie docenia tej liczby.

Ważne jest, aby pamiętać, że oko działa raczej jako wykrywacz kontrastu niż wykrywacz poziomu absolutnego (taki jak czujnik z aparatu cyfrowego), dlatego porównania wymagają ostrożności.

Z irisingiem, adaptacją chemiczną i każdą inną sztuczką, którą może pociągnąć, wydaje się, że absolutny zakres dynamiczny całego układu oka wynosi znacznie ponad 20 przystanków. Ponieważ każdy przystanek ma współczynnik 2, to 2 ^ 20 lub około „znacznie powyżej 1 000 000: 1”. W górnej części słońce jest zbyt jasne !!!. Na dolnym końcu przystosowane do ciemności oko może wykryć pojedynczy foton. D3S (lepsza wydajność niż D4) może mieć z tym problem. (Zauważ, że to nie KAŻDY foton - gdy zejdziesz do kilku fotonów na sekundę, wiele z nich trafi w obszary nieczujnikowe i nie zostanie wykryty. Ale kiedy ktoś uderzy we wrażliwy obszar siatkówki, wygeneruje sygnał, że można nagrywać.)

Ale dygresję :-). Niezwykle dobra (jak się wydaje) strona, która omawia zakres dynamiki oka i nie tylko

Warto zwrócić uwagę na nagłówki akapitów:

Uwagi na temat rozdzielczości ostrości wzroku ludzkiego oka
i szczegółowości
rozdzielczości na wydrukach Ile megapikseli ma oko?
Czułość ludzkiego oka (odpowiednik ISO)
Zakres dynamiczny oka
Ogniskowa długość oka

Pisarz twierdzi, że zakres dynamiki oka bez zmiany czułości poprzez adaptację lub przesłanianie wynosi około 1 000 000: 1 w warunkach słabego oświetlenia. To znaczy tak dobrze, jak wspomniany powyżej dolny limit „znacznie powyżej”. Następnie uzasadnia to twierdzenie skopiowane poniżej. Na pierwszy rzut oka brzmi to dość przekonująco. Argument może być wadliwy, ale wydaje się OK, a to nie znaczy, że dotyczy wszystkich poziomów oświetlenia.

Oto prosty eksperyment, który możesz wykonać. Wyjdź z mapą gwiazd w czystą noc przy pełni księżyca. Poczekaj kilka minut, aż oczy się dostosują. Teraz znajdź najsłabsze gwiazdy, które możesz wykryć, gdy w polu widzenia zobaczysz księżyc w pełni. Spróbuj ograniczyć księżyc i gwiazdy do około 45 stopni w górę (zenit).

Jeśli masz czyste niebo z dala od świateł miasta, prawdopodobnie będziesz w stanie zobaczyć 3 gwiazdki jasności.

Księżyc w pełni ma gwiazdową jasność -12,5.

Jeśli widzisz gwiazdy o jasności 2,5, zakres jasności, który widzisz, wynosi 15.

Co 5 wielkości jest współczynnikiem 100, więc 15 to 100 * 100 * 100 = 1 000 000.

Zatem zakres dynamiki w tych stosunkowo słabych warunkach oświetleniowych wynosi około 1 miliona do jednego, a może nawet więcej!

Ale oto propozycja ode mnie na eksperyment przy normalnym świetle dziennym.

  • Znajdź scenę, która ma dobrą mieszankę ciemnych i bardzo jasnych obszarów - najlepiej z ciemnymi obszarami jako izolowanymi wyspami w pobliżu wysp jasności. Przykładem może być światło słoneczne wpadające przez drzewa w mocno zacieniony obszar - pomoże kilka kuwet lub głęboko zacienionych obszarów.

  • Pozwól swoim oczom dostosować się do ogólnego poziomu oświetlenia - nie patrz na jasne punkty w pobliżu, przez które świeci słońce i nie skupiaj się na szczególnie ciemnych obszarach.

  • Zwróć uwagę, jak dobrze widzisz szczegóły w najciemniejszych ciemnych obszarach - na jakim poziomie ciemności zmienia się w czerń.

  • Spróbuj tego samego z jasnymi obszarami - gdy spojrzysz w stronę słońca, będzie miejsce, w którym detale zostaną wypłukane i nie zobaczysz więcej.

  • Spójrz w tę iz powrotem na scenę między ciemnością a światłem, aby spróbować zatrzymać mechanizm adaptacyjny zmieniający f-stop na ciebie.

  • Teraz zrób zdjęcia sceny. Odsłoń „poprawnie”, aby najciemniejsze obszary, które można zobaczyć, były widoczne na zdjęciu, a następnie, aby najjaśniejsze rozjaśnienia, które można było odróżnić, nie zostały zmyte.

  • Jeśli masz sprzęt, zrób zdjęcie HDR z maksymalną różnicą między zdjęciami. (Mój Sony A77 pozwala na kroki 5ev.)

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​moje oko zawsze widzi szerszy zakres jasności niż mój aparat (Minolta 7Hi, A200, 5D, 7D, A700, A77, inne)

Na maksymalnym obrazie HDR (zakres 10 ev między środkami) moje oko widzi równie dobrze lub lepiej niż aparat.

Obszar, w którym tak się nie pojawia, jest w bardzo słabym świetle, kiedy może zajść potrzeba zintegrowania oka (co trwa do około 4 sekund!), Podczas gdy mogę spojrzeć na zdjęcie przy słabym świetle i zobaczyć zdjęcie natychmiast. Fakt, że mogłem potrzebować 10-sekundowej ekspozycji, nie ma zatem znaczenia dla oglądania.


Inne zmienne dobre rzeczy:

Russell McMahon
źródło
1
Wow :) to naprawdę fascynujące.
Paolo
6
Jest jeszcze gorzej; mózg tworzy obwód obrazu mentalnego, wykorzystując to, co widzi, gdy poruszasz się wokół sceny. Widzisz więc wszystkie szczegóły podświetlenia jaśniejszego obszaru, gdy twoje oko się do tego dostosuje, a następnie widzisz wszystkie szczegóły cienia ciemniejszego obszaru. Wszystko to dzieje się w milisekundach, więc nie zdajesz sobie sprawy, że scena jest dla ciebie odtwarzana.
Phil H
+1 Dobra odpowiedź, a kiedy dodasz do tego fakt, że nie „widzimy” naszymi oczami, ale naszym mózgiem, staje się to jeszcze bardziej skomplikowane.
whatsisname
Interesujące rzeczy. Wydaje mi się jednak, że może tu występować pomieszanie terminów. Czytałem w przeszłości rzeczy (muszę znaleźć linki), które wskazywały, że oko ma zakres dynamiczny około 24 przystanków, ale zakres kontrastu około 20 lub mniej. Zakres dynamiczny jest CAŁYM zakresem czułości urządzenia wykrywającego, gdzie jako zakres kontrastu zwykle stosuje się wskazanie części całkowitego zakresu dynamicznego, który jest wykorzystywany. Miałoby to sens, biorąc pod uwagę, że oko może wykryć zaledwie jeden foton (jego dolny limit DR), a także miliony fotonów w jasnym świetle słonecznym.
jrista
Sensowne byłoby zatem, że DR ludzkiego oka jest bardziej jak 2 ^ 24 (16 milionów) ... bez względu na to, jak DR kamery, nie można korzystać z całego zakresu dynamiki, jaki może osiągnąć sprzęt cały czas. Musisz skompresować dostępny DR do węższego zakresu kontrastu, aby dopasować go do urządzenia wyświetlającego ... co stanowi około 8-10 przystanków dla ekranów komputerowych i 5-7 przystanków dla drukowania. Charakter zmiennego kontrastu w całym zakresie dynamicznym urządzenia powinien oświecić czytelników z tego powodu, że nazywa się to dynamicznym .
jrista
11

Metaforycznie może to wynikać z faktu, że mózg nie „widzi” jednego obrazu, ale komponuje go w oparciu o serię ciągłych „ujęć” z oczu podczas poruszania się po scenie.

Każde z tych „ujęć” jest „wykonywane” ze zmiennymi „otworami”, aby zmaksymalizować ogólny zakres dynamiczny końcowego „obrazu”.

Jeśli wolisz, możesz myśleć o procesie mentalnym jako o połączeniu panoramy i HDR. : o)

André Carregal
źródło
2

To pytanie nie może być znormalizowane, ponieważ zakres dynamiki oka zawsze przesuwa się, aby dostosować się do intensywności światła, nie tylko poprzez „ludzką aperturę”, ale także wrażliwość mózgu na to, na co patrzy oko. To jak kamera z różnymi procesorami, wykorzystująca najbardziej wrażliwą na światło, kiedy chce i wykorzystująca najwyższą czułość na ciemność, kiedy chce. Myślę, że zakres dynamiki oka wynosi około 22 do 24 EV.

Już od dłuższego czasu intryguje mnie to pytanie. Spróbuj sfotografować mlecznobiałe stoisko wystawowe z arkuszami lightboxów pod różnymi kątami, bez konieczności bracketingu ekspozycji, a następnie osobno bracketingu balansu bieli, a następnie późniejszego przetworzenia. Jest to fizycznie niemożliwe.

Tak jak oko dostosowuje się psychicznie do balansu bieli i dlatego termin „potrzebuje świeżego oka”, ponieważ postrzeganie wzroku jest również ważnym czynnikiem.

Oliver
źródło
1

Głównym tego powodem jest to, że ludzkie oko rejestruje jasność w skali logarytmicznej, podczas gdy czujniki cyfrowe są liniowe. Zajrzyj na tę stronę w połowie drogi, aby uzyskać więcej informacji.

David
źródło
0

Najlepsza odpowiedź tutaj jest najlepsza, tymczasem jest kilka niepoprawnych komentarzy. Oko nie osiąga swojego ogromnego zakresu dynamicznego z powodu ruchów oka i szybkich regulacji. Wypróbuj eksperyment, w którym nie odrywasz wzroku od punktu, a wzrokiem nieruchomym zwróć uwagę na to, co widzisz w bliskiej wizji peryferyjnej w obszarach znacznie jaśniejszych lub ciemniejszych. Spróbuj ustawić punkty o różnej jasności, aby zobaczyć, że właściwie wszystko, co mieści się w normalnym poziomie światła, jest dla ciebie wyraźnie widoczne. Ponieważ jesteś skupiony i skupiony na jednym punkcie, ruchy oczu nie mogą tłumaczyć faktu, że nadal możesz łatwo dostrzec jasne i ciemne obiekty na swoim bliskim obwodzie. Zrób zdjęcie najlepszymi aparatami, a to nie będzie wcale prawda.

Oczywiście słońce i inne jasne źródła są zbyt jasne, gdy znajdują się blisko środka pola widzenia, a przechodzenie od jasnego światła w pomieszczeniu do ciemności jest zbyt duże. Na podstawie porównań z bardzo wysokodolarowymi kamerami wideo stosowanymi w sporcie, a także z aparatami cyfrowymi o wysokich dolarach, liczba 24 przystanków jest najprawdopodobniej poprawna.

Chris BC
źródło