Какие характеристики у человеческого глаза?

Сравнение человеческого глаза с фототехникой — это увлекательное занятие, но важно помнить, что глаз не является статическим оптическим прибором. Он постоянно движется, обрабатывает информацию, фокусируется и адаптируется, а мозг интерпретирует и достраивает картину. Поэтому прямое сравнение часто является упрощением, но позволяет лучше понять его возможности.

Вот характеристики человеческого глаза с точки зрения фототехники:

1. Поддерживаемое фокусное расстояние:

   • Примерно 22-24 мм для нормального глаза. Это эквивалентно широкоугольному объективу, что позволяет охватывать большое поле зрения.

   • Глаз обладает способностью к аккомодации (изменению формы хрусталика), что позволяет ему изменять фокусное расстояние и фокусироваться на разных дистанциях.

2. Разрешение в мегапикселях:

   • Это один из самых спорных параметров. Прямое измерение невозможно, так как глаз не делает "снимков" в привычном смысле.

   • Если пересчитать количество фоторецепторов (палочек и колбочек) на сетчатке, то можно получить очень большие цифры: около 120-130 миллионов палочек (отвечают за черно-белое зрение и сумерки) и 6-7 миллионов колбочек (отвечают за цветное зрение и дневное зрение).

   • Однако не все рецепторы подключены к отдельным "пикселям" в мозге. Оптический нерв имеет "всего" около 1 миллиона аксонов.

   • Оценки разрешения полного поля зрения глаза варьируются от 120 Мп до 576 Мп. Но это "динамическое" разрешение, то есть достигаемое благодаря постоянным движениям глаз (саккадам) и последующей обработке информации мозгом. Центральная область зрения (макула, особенно фовеа) имеет гораздо более высокое разрешение, а периферийное зрение значительно ниже. В действительности, в любой конкретный момент времени мы четко видим лишь небольшой участок.

   • Таким образом, в плане "мгновенного снимка" глаз уступает современным многомегапиксельным камерам, но в плане интегрированного, постоянно обновляемого и обрабатываемого изображения с учетом динамического диапазона и адаптации, он превосходит любую камеру.

3. Диафрагма (светосила):

   • Роль диафрагмы выполняет зрачок, который изменяет свой размер.

   • Диаметр зрачка может меняться от около 1-2 мм (в ярком свете) до 7-8 мм (в темноте) у молодых людей. У пожилых людей максимальный размер зрачка уменьшается.

   • Это соответствует диафрагменному числу (f-число) примерно от f/2.1 (широко открытый зрачок) до f/8.3 (суженный зрачок). Некоторые источники указывают диапазон от f/2.4 до f/24.

4. Минимальная и максимальная дистанция фокусировки:

   • Минимальная дистанция фокусировки (ближняя точка ясного зрения): У молодых людей это может быть всего 7-10 см. С возрастом эта способность (аккомодация) ухудшается, и к 40-50 годам она значительно возрастает (пресбиопия).

   • Максимальная дистанция фокусировки (дальняя точка ясного зрения): Для нормального зрения это бесконечность (практически более 5-6 метров, на которых глаз полностью расслаблен). В идеальных условиях человеческий глаз способен видеть объекты на огромных расстояниях (например, свет свечи на расстоянии десятков километров).

5. Светочувствительность (ISO):

   • Глаз обладает поразительной адаптацией к различным условиям освещения. Он может адаптироваться к очень широкому диапазону яркости.

   • Условно, в ярком свете ISO можно оценить как ISO 1-100.

   • В условиях низкой освещенности (после полной адаптации к темноте) светочувствительность значительно возрастает, достигая эквивалента ISO 500-1000 и даже более (некоторые оценки достигают ISO 800 000, но это скорее теоретический максимум для отдельных фотонов).

   • Эта адаптация происходит за счет изменения диаметра зрачка, а также за счет биохимических процессов в фоторецепторах (адаптация палочек и колбочек).

6. Размер матрицы (сетчатки):

   • Сетчатка – это внутренняя оболочка глаза, на которой расположены фоторецепторы. Ее размеры:

     • Диаметр около 42 мм.

     • Площадь около 1200 мм².

   • Толщина сетчатки неравномерна: от 0,1 мм на периферии до 0,5 мм у зрительного нерва и до 0,08 мм в центральной ямке (фовеа).

7. Качество оптики (аберрации):

   • Оптическая система глаза (роговица и хрусталик) не идеальна и имеет различные аберрации (искажения), которые влияют на качество изображения:

     • Сферические аберрации: Неравномерное преломление света в разных частях линзы.

     • Хроматические аберрации: Разложение света на спектральные составляющие, из-за чего разные цвета фокусируются в разных точках (аналог хроматических аберраций в объективах). Мозг компенсирует это, но в определенных условиях их можно заметить (например, радужные ореолы).

     • Астигматизм: Разное преломление света в разных меридианах глаза (часто встречается).

     • Кома: Искажение, при котором точечные источники света выглядят как "кометы".

   • Несмотря на эти аберрации, мозг активно их корректирует и "достраивает" изображение, чтобы мы воспринимали его четким.

8. Диапазон принимаемого излучения:

   • Человеческий глаз воспринимает электромагнитное излучение в диапазоне, который называется видимым светом.

   • Приблизительный диапазон длин волн: от 380 нм (фиолетовый) до 780 нм (красный).

   • За пределами этого диапазона глаз не чувствителен к ультрафиолетовому (УФ) и инфракрасному (ИК) излучению, хотя некоторые животные видят в этих диапазонах.

Основные отличия от фототехники:

• Динамическая обработка: Глаз и мозг – это не просто "камера", а сложная система, которая постоянно сканирует, обрабатывает, интерпретирует и достраивает изображение, используя прошлый опыт и ожидания. Мы не видим статическую картинку.

• Выборочное внимание: Мы четко видим только то, на чем сфокусировано наше внимание, остальное периферийное зрение менее детализировано, но дает контекст.

• Адаптация: Поразительная способность к адаптации к широчайшему диапазону освещенности.

• Цветопередача: Субъективное восприятие цвета, которое может варьироваться между людьми и зависеть от контекста.