Jaką czułość (w ISO) ma ludzkie oko?

Temat czułości ludzkiego oka bardzo często powraca w moich zboczonych zawodowo rozkminach – tu odsyłam do wpisu „Zboczenia zawodowe – moje i Wasze”.

Często, przebywając w zróżnicowanych warunkach oświetleniowych, poruszam w myślach temat czułości ludzkiego oka. Nie znam zbyt wielu osób, z którymi mógłbym o tym pogadać, a z kolei zdolnych podjąć ten temat nigdy nie ma w pobliżu, gdy ten do mojej głowy powraca.

To, że oko ludzkie jest doskonałym instrumentem optycznym, nie trzeba nikomu mówić. Więc powtórzmy: oko ludzkie jest doskonałym instrumentem optycznym. Skoro my, dorośli, tak lubimy mierzyć i zawierać świat w liczbach, czemu do tej pory nie określiliśmy czułości ludzkiego oka i nie wyraziliśmy jej via wartość ISO?

Piękne i nieodgadnione

Piękne i nieodgadnione

Rozpiętość tonalną ludzkiego oka już określono i wynosi ona ~12-14 EV. Na ile zatem określić można czułość? W pojedynkę tego nie zgadnę. Panel dyskusyjny można by w tym temacie zwoływać, lecz i tak jednoznacznej odpowiedzi nie uzyskano by. Można stworzyć nawet kilka teorii, ale każda z nich będzie równie prawdopodobna, co pozostałe.

Aby w miarę dokładnie określić czułość oka, wcześniej należałoby wyliczyć łączną ilość działek przysłony: źrenicy i wspomagających ją w krytycznych momentach powiek. Podejrzewać można, że oko pracuje ze stałą, bardzo wysoką czułością, której tak strasznie jestem ciekaw. Przyjmując więc, że wartość ISO ludzkiego oka jest stała, należałoby policzyć zakres przysłony…

Analogicznie:

Powieki zostawię w spokoju, bo pełnią one rolę pomocniczą dla źrenicy – części oka, o które tutaj chodzi. Niechaj będzie, że powieki są takim filtrem ND, którego używamy, gdy nawet przy maksymalnie przymkniętej przysłonie wciąż zbyt dużo światła wpada do środka.

Nie wiem, na jakiej podstawie, ale przyjmuję, że źrenica musi wypełniać zakres szerokości tonalnej oka, czyli 12-14 EV. Jeśli, powiedzmy, zaczniemy źrenicę-przysłonę liczyć od f/1, to na drugim końcu uzyskamy od f/45 do f/90.

W związku z powyższym pomysł mam taki, że do określenia czułość oka należałoby użyć aparatu z ultra jasnym obiektywem f/1 i w ciemnościach, w których człowiek coś nieco jednak widzi, zmieniać w aparacie czułość szukając takiej, przy której aparat zobaczy dokładnie tyle samo, co człowiek.

Uzyskawszy np. ISO 25600 – ISO 102400, należałoby wyjść w lecie w nasłonecznione miejsce, wpatrywać się w jakiś jasny obiekt i z pomiarem punktowym oraz z domkniętą do f/45-90 przysłoną ponownie porównać obraz widziany gólym okiem do obrazu zarejestrowanego aparatem.

Ciekawostka:

Spójrz z bardzo bliska na swój palec – odległość ma być na granicy ostrego widzenia (około 10cm). Trzymając ostrość na tym palcu spróbuj wyłapać z drugiego planu jak najwięcej szczegółów. A teraz przymruż oko (powiekami) i znowu patrząc na palec oglądaj to, co znajduje się za nim.

Węższy otwór i tło jest ostrzejsze – dokładnie jak w obiektywie. I w tym miejscu pragnę się pochwalić tym, że moje oko ma wspaniały bokeh ;)

Po tej krótkiej przerwie wróćmy do oka i jego czułości. ISO ludzkiego wzroku można również oszacować stosując powyższą „metodę” od końca, tj. zaczynając pomiar od najniższej czułości. Ile ona wynosi? Trzeba by w mocno nasłonecznionym miejscu odpalić sprzęt z ISO 50 i f/1 i ustawić taki czas naświetlania, aby uzyskany obraz odpowiadał temu, co do mózgu przekazuje szeroko otwarte oko. Następnie podbić parametry sprzętu o 12-14 EV i na końcu wykonać badanie kontrolne w odmiennych warunkach, czyli w ciemnościach. No ale:

  • – należałoby poznać czas naświetlania obrazu rejestrowanego przez oko: ten dałoby się wyliczyć na podstawie liczby klatek na sekundę
  • – czas, podobnie jak przysłona, dopasowywana jest do warunków, dlatego szybkość oka może również być zmienna. Większa liczba fps skraca czas w ostrym świetle vide „coś mi mignęło, ale nie zauważyłem co”. Z kolei bardziej powolna rejestracja obrazu w ciemności „widziałem budynek, ale nie zauważyłem przebiegającego obok kota”
  • – jakie parametry do porównań przyjmować za wyjściowe? Jasność oka równie dobrze może zaczynać się od f/2, a maksymalna czułość może sięgać nawet ISO 409600, lub wyżej…

W tym rzecz, że…

…zwykle w taki lub podobny sposób moje rozważania w sprawie czułości oka się kończą. Temat powraca, ja się w nim pogrążam, później w różnych miejscach zaczynam się gubić, a i tak nigdy niczego mądrego nie wymyślam.

No bo jak liczyć nie mając wzoru? I jak niby zdobyć wzór, nie mając danych, za pomocą których dałoby się jego poprawność zweryfikować? I skąd wiadomo, że jest 12-14 EV szerokości tonalnej, a nie mniej lub więcej? Przecież nikt nie powiedział, że posługujemy się obrazem surowym; równie dobrze informacje z „gołego oka” mogą być przetwarzane przez jakieś algorytmy w mózgu. Daltonizm, nyktalopia błędami w firmware? Bez obrazy dla cierpiących, ale analogia w tym jest. Różni ludzie widzą różnie, tak jak różne, nawet skalibrowane monitory, pokazują nieco inaczej. Jakie są prawdziwe, suche parametry oka? Czy ktoś to kiedyś zmierzy? Czy komuś będzie chciało się to zmierzyć?

A może zmierzono i opracowano wyniki tych pomiarów, których ja cudem jakimś nie doczytałem i na próżno sam się nad tym głowię? Jeśli ktoś wie, lub ma pomysł, jak badać czułość ludzkiego oka, niech śmiało pisze. Może wspólnymi siłami wymyślimy jakąś teorię.

Co wiadomo na pewno? Na pewno wiadomo, że czułość oka jest bardzo wysoka, a zastosowana redukcja szumu w istocie genialna. I na tym etapie proponuję wrócić na ziemię; do świata matryc, gorących pikseli i HDR-ów… ;)

Jeśli znajdzie się mądra głowa, która rzuci nieco światła na poruszony w tym wpisie temat, to… no nie wiem. Pewnie piwo :)

Podziel się tym wpisem:
  • Wykop
  • Facebook
  • Blip
  • Śledzik
  • Google Buzz
  • Twitter
  • Flaker
  • Gadu-Gadu Live

9 komentarzy

  1. Jurgi pisze:

    Ludzkie oko, poza świetną optyką ma genialny procesor obrazu, któremu nie dorówna żaden czip w najlepszym nawet aparacie. Tu się kryje znaczna część potęgi. :)

  2. Piotrek pisze:

    Ciekawie kombinujesz z tą czułością oczu. Nie spotkałem się jeszcze z odpowiedzią na to pytanie i myślę, że takiej odpowiedzi poprostu nie ma. Oko i jego działanie nadal są wielką tajemnicą i raczej nie dożyjemy czasów, kiedy zostanie ona rozwiązana a mechanizmy wzroku skopiowane np. do fotografii. Podobno wzrok człowieka rejestruje 240 fps i to jest granica, powyżej której nie dostrzegamy różnic w szybkości klatek.

  3. gosc pisze:

    Oko ma bardzo wysoką czułość oraz malutki szum dlatego jest doskonałe. Cały czas się samo czyści, mięsnie nim poruszają oraz ma super mechanizm AF :d Do tego jest organiczne, a nie jakieś szklane. Dlatego oko może się popsuć, gdy jest niewłaściwie użytkowane (np. wady wzroku). Gdyby aparaty miały oczy…

  4. blunatik pisze:

    Bardzo ciekawy temat poruszyłeś. Myślę, że wszelkie rozważania należy zacząć od tego, że samo oko jest nic niewarte (może za mocno powiedziane bo ma przecież jakieś ograniczenia fizyczne) ponieważ jest to jedynie układ optyczny, z którego sygnał jest wysyłany do mózgu. W końcu w mózgu odbywa się cała interpretacja obrazu. Analogicznie: oko to obiektyw (który czułości przecież nie posiada) a mózg to matryca + procesor. Z pewnością mamy w mózgu Auto-ISO bo „czas naświetlania” i głębia ostrości są względnie stałe, jeśli pominiemy kwestie adaptacji do drastycznej zmiany warunków oświetlenia.

    Co więcej wygląda na to, że mózg dzieli obraz na „strefy”, którym przydziela różne ISO tak by stworzyć spójny obraz HDR. Dlatego po zamknięciu powiek widzimy zarysy jaskrawych linii i kształtów, które miały przydzieloną inną strefę ISO. Sprawę komplikuje jeszcze bardziej widzenie i odbieranie sygnału inaczej na wprost i z boku…

    Na naszym etapie wiedzy o mózgu wszystko to są teorie, założenia i przypuszczenia. Przy odrobinie szczęścia może za naszego życia uzyskamy pełną odpowiedź :)

  5. Piotrek pisze:

    @blunatik:
    „Auto-ISO bo „czas naświetlania” i głębia ostrości są względnie stałe”

    Myślę, że jednak nie Auto-ISO i głębia ostrości nie jest stała. Gdyby czułość była „ruchoma” to wtedy źrenica nie musiałaby regulować ilości światła wpadającego do oka. A jeżeli przyrównujemy źrenicę do przysłony, to głębia ostrości musi być zmienna.

    Jeszcze mam wątpliwości co do tego, że mózg jest matrycą. Wydaje mi się, że tak nie jest i że oko jest całym modułem optyki z elementem światłoczułym i połączonym z mózgiem, który pełni rolę elektroniki i oprogramowania odpowiedzialnego za stworzenie obrazu.

  6. blunatik pisze:

    Zaczynając od prostszego czyli głębi – nie zmienia się przecież w zależności od natężenia światła. Powiedzmy patrząc na drzewo w południe i wieczorem z odległości 5 metrów mamy taki sam „bookeh w oku”. Przy ostrym świetle nie widzimy z małą GO. Czyż nie?

    Kurczenie się / rozkurczanie tęczówki i źrenicy zapobiega oślepieniu podczas gdy rozpiętość tonalna przekracza powiedzmy wspomniane 14 EV. To samo dotyczy powiek. Oczywiście mamy ograniczenia i ISO nie jest i nie może być nieskończone.

    I myślę, że mózg jednak jest tu matrycą a oko nie jest jakimś organem autonomicznym. Tak samo jak przetwarzane są pozostałe sygnały ze zmysłu węchu, smaku, słuchu i czucia.

  7. skoczek4x4 pisze:

    obraz powstaje na siatkówce a więc w oku czyli jednak oko to matryca przesłona i obiektyw w jednym tak sądzę a jakie iso ma oko? to pytanie podstępne – raczej jaki ma zakres podoba mi sie teoria z różnymi iso jednoczescie to wydaje sie rozsądne

  8. mademan pisze:

    iso aparatu innego nierowne jest iso innego aparatu zalezy od matrycy i i obiektywu mysle ze niedlugo bedzie aparat fotograficzny ktory pokaze taki sam obraz jak oko

  9. kovir pisze:

    Cześć
    ciekawy temat :)
    myślę, że ISO oka jednak się zmienia – owszem źrenica reguluje tak jak przysłona ilość światła, ale jest jeszcze coś takiego jak adaptacja. Po wejściu z jasnego słonecznego miejsca do słabo oświetlonego pokoju na początku nie widzimy prawie nic – mimo, że żrenica się otwiera. Dopiero po chwili zaczynamy widzieć coraz lepiej. Przy zbyt małej ilości światła rośnie ilość barwnika w komórkach siatkówki – stają się coraz bardziej wrażliwe na światło – ergo zmienia się ich czułość :)