Как динамический диапазон человеческого глаза сравнивается с динамическим диапазоном цифровых камер?

31

Согласно тестам DxO , камеры имеют от 10 до 12 ступеней динамического диапазона. Это верно? Шум может полностью ввернуть некоторые более низкие значения (легко приводя к потере некоторых остановок).

Также Норман Корен говорит, что исходный динамический диапазон цифровой камеры может быть от 9 до 11 ступеней, но у отпечатков «всего» 6,5 ступеней.

В разделе о динамическом диапазоне Википедия говорит, что контрастность человеческого глаза составляет около 6,5 ступеней . Если это так, то почему человеческий глаз явно лучше, чем камеры, для записи сцен с большим динамическим диапазоном?

Paolo
источник
2
Вопрос о динамическом диапазоне задается как часть того, как человеческий глаз сравнивается с современными камерами и объективами? , но эта конкретная часть не получила ответа. Я думаю, что это разумный самостоятельный вопрос, так как более широкий вопрос может быть слишком широким.
Mattdm

Ответы:

37

Это очень хороший вопрос, и ответ может занимать сотни страниц - и, фактически, ответ уже занимает сотни страниц.

Короткий ответ заключается в том, что цифры, на которые вы ссылаетесь, не согласуются с очевидной реальностью, потому что часто цитируемые цифры неверны :-). Читать дальше ...

Многое доступно в интернете на эту тему, и качество, как всегда, широко варьируется. Существует также много попугаев между «фактами» между сайтами и цифрами, подобные тем, которые в Википедии кажутся достаточно распространенными, НО есть несколько весьма аргументированных аргументов, которые, по-видимому, указывают на то, что цифра в Википедии является чрезвычайно неправильной и недооценивает цифру очень существенно.

Важно отметить, что глаз действует как детектор контрастности, а не как детектор абсолютного уровня (такой как датчик цифровой камеры), поэтому сравнения требуют осторожности.

С ирригацией, химической адаптацией и любыми другими хитростями, которые он может потянуть, кажется, что абсолютный динамический диапазон всей системы глаз превышает 20 ступеней. Поскольку каждая остановка имеет коэффициент 2, это 2 ^ 20 или примерно «более 1 000 000: 1». На верхнем торце солнце слишком яркое !!! На нижнем конце темный адаптированный глаз может обнаружить один фотон. У D3S (лучшая производительность, чем у D4) могут возникнуть проблемы с этим. (Обратите внимание, что это не КАЖДЫЙ фотон - когда вы достигнете уровня нескольких фотонов в секунду, многие из них попадут в области, не относящиеся к датчикам, и не будут обнаружены. Но когда один ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ударит по чувствительной области сетчатки, он выдаст сигнал, который можно записать.)

Но я отвлекся :-). Очень хорошая (кажется) страница, которая обсуждает динамический диапазон глаза и многое другое

Заголовки абзацев стоит отметить:

Примечания относительно разрешения
остроты зрения человеческого глаза и детализации разрешения на отпечатках
Сколько мегапиксельных эквивалентов имеет глаз?
Чувствительность человеческого глаза (эквивалент ISO)
Динамический диапазон глаза
Фокусное расстояние глаза

Автор утверждает, что динамический диапазон глаза без изменения чувствительности путем адаптации или радужной оболочки составляет около 1 000 000: 1 в условиях слабой освещенности. То есть столь же велико, как и нижний предел "хорошо превышен", упомянутый выше. Затем он обосновывает это требование, скопированное ниже. Это звучит довольно убедительно на первый взгляд. В аргументе могут быть недостатки, но, похоже, все в порядке, и это не значит, что он применяется на всех уровнях освещенности.

Вот простой эксперимент, который вы можете сделать. Выйдите с звездной картой в ясную ночь с полной луной. Подождите несколько минут, пока ваши глаза привыкнут. Теперь найдите самые слабые звезды, которые вы можете обнаружить, когда сможете увидеть полную луну в вашем поле зрения. Попробуйте ограничить луну и звезды до 45 градусов по прямой (зенит).

Если у вас чистое небо вдали от городских огней, вы, вероятно, сможете увидеть звездные величины 3 звездной величины.

Полнолуние имеет звездную величину -12,5.

Если вы видите звезду величиной 2,5, диапазон звезд, который вы видите, равен 15.

Каждые 5 величин - это коэффициент 100, поэтому 15 - это 100 * 100 * 100 = 1 000 000.

Таким образом, динамический диапазон в этом относительно слабом освещении составляет около 1 миллиона к одному, возможно, выше!

Но вот предложение от меня для эксперимента при нормальном дневном освещении.

  • Найдите сцену с хорошей смесью темных областей и очень ярких областей - в идеале, с некоторыми темными областями в виде изолированных островков рядом с островами яркости. Примером может служить солнечный свет, проникающий сквозь деревья в сильно затененную область - помогут несколько калеек или сильно затененных участков.

  • Позвольте вашим глазам адаптироваться к общему уровню освещения - не смотрите на яркие пятна рядом с лучами солнца и не сосредотачивайтесь на каких-либо особенно темных областях.

  • Обратите внимание, насколько хорошо вы можете видеть детали в самых темных темных областях - на каком уровне темноты происходит переход от черного к черному.

  • Попробуйте то же самое с яркими областями - когда вы смотрите на солнце, там будет место, где детали размываются, и вы не можете разумно видеть больше.

  • Взгляните туда-сюда через сцену между тьмой и светом, чтобы попытаться остановить механизм адаптации, изменяющий f-stop на вас.

  • Теперь сделайте фотографии сцены. Выставьте «правильно», чтобы затем на фотографии можно было увидеть самые темные области, которые вы могли видеть, и затем, чтобы самые яркие блики, которые вы могли различить, не были размыты.

  • Если у вас есть оборудование, сделайте HDR-фотографию с максимальным f-stop изменением между фотографиями. (Мой Sony A77 позволяет 5ев шагов.)

Мой опыт показывает, что мой глаз всегда может видеть более широкий диапазон яркости, чем моя камера (Minolta 7Hi, A200, 5D, 7D, A700, A77, другие)

На максимальном HDR-изображении (расстояние между центрами 10 эв) мой глаз может видеть лучше, чем камера.

Область, в которой это, по-видимому, не выглядит, находится в крайне слабом освещении, когда мне может понадобиться интегрировать глаз (что происходит примерно до 4 секунд!), Тогда как я могу посмотреть на фотографию при слабом освещении и увидеть изображение немедленно. Тот факт, что мне, возможно, потребовалась 10-секундная экспозиция, не имеет значения для просмотра.


Другие переменные вещи:

Рассел МакМахон
источник
1
Вау :) это действительно увлекательно.
Паоло
6
Это даже хуже, чем это; мозг формирует периферию ментального образа, используя то, что он видит, когда вы перемещаете фокус по сцене. Таким образом, вы видите все детали светлых участков более светлой области, когда ваш глаз настраивается на это, а затем видите все детали теней более темной области. Все это происходит за миллисекунды, поэтому вы не понимаете, что сцена восстанавливается для вас.
Фил Х
+1 Хороший ответ, и если добавить к этому тот факт, что мы «не видим» своими глазами, но своим мозгом, это становится еще сложнее.
whatsisname
Интересные вещи. Я думаю, что здесь может быть некоторое смешение терминов. Я читал вещи в прошлом (мне нужно будет найти ссылки), которые указывали, что у глаза был динамический диапазон около 24 ступеней или около того, но диапазон контрастности около 20 или меньше. Динамический диапазон - это ВЕСЬ диапазон чувствительности чувствительного устройства, где, как правило, используется диапазон контрастности для указания части используемого полного динамического диапазона. Это имело бы смысл, учитывая, что глаз может обнаружить всего один фотон (его нижний предел DR), а также миллионы фотонов при ярком солнечном свете.
Йриста
В этом случае имеет смысл, что DR человеческого глаза больше похож на 2 ^ 24 (16 миллионов) ... как бы ни был DR камеры, нельзя использовать весь динамический диапазон, на который способны аппаратные средства. все время. Вы должны сжать доступный DR в более узкий диапазон контраста, чтобы соответствовать устройству просмотра ... которое составляет около 8-10 ступеней для экранов компьютеров и 5-7 ступеней для печати. Характер переменного контраста в общем динамическом диапазоне устройства должен помочь читателям понять причину, по которой оно называется динамическим .
Йриста
11

Метафорически, это может быть связано с тем фактом, что мозг «не видит» ни одного изображения, а создает изображение, основанное на серии непрерывных «выстрелов» из глаз при их перемещении по сцене.

Каждый из этих «снимков» «делается» с переменными «апертурами», чтобы максимизировать общий динамический диапазон конечного «изображения».

Вы можете думать о психическом процессе как о сочетании панорамы и HDR, если хотите. : О)

Андре Каррегаль
источник
2

Этот вопрос не может быть стандартизирован, потому что динамический диапазон глаза всегда смещается, чтобы приспособиться к интенсивности света, не только "человеческой апертурой", но также и чувствительностью мозга к тому, на что смотрит глаз. Это как камера с разными процессорами, использующая наиболее чувствительную к свету, когда она хочет, и использующую самую высокую чувствительность к темноте, когда она хочет. Я думаю, что динамический диапазон глаза где-то около 22 до 24 EV.

Этот вопрос меня давно заинтриговал. Попробуйте сфотографировать выставочный стенд молочно-белого цвета с листами лайтбоксов под разными углами без необходимости выставлять скобки для экспозиции, а затем отдельно для скобок для баланса белого, а затем обрабатывать их позже. Это физически невозможно.

Точно так же, как глаз психологически приспосабливается к балансу белого, и именно поэтому термин «нужен свежий глаз», потому что визуальное восприятие также является фактором.

Оливер
источник
1

Основная причина этого заключается в том, что человеческий глаз регистрирует яркость в логарифмическом масштабе, тогда как цифровые датчики являются линейными. Взгляните на этот сайт на полпути вниз для получения дополнительной информации.

Дэвид
источник
0

Верхний ответ здесь самый лучший, между тем есть несколько неправильных комментариев. Глаз не получает своего огромного динамического диапазона из-за движений глаза и быстрых настроек. Попробуйте провести эксперимент, в котором вы фиксируете взгляд на точке, и, не отрывая глаз, обратите внимание на то, что вы можете видеть в своем близком периферическом зрении в областях, которые намного ярче или темнее. Попробуйте зафиксировать точки разной яркости, чтобы увидеть, что в значительной степени все, что падает при нормальном уровне освещенности, вам ясно видно. Поскольку вы сфокусированы и сосредоточены на одном месте, движения глаз не могут объяснить тот факт, что вы все еще можете легко воспринимать светлые и темные объекты на своей периферии. Сделайте снимок лучшими камерами, и это не будет правдой.

Конечно, солнце и другие яркие источники слишком яркие, когда они находятся близко к центру вашего обзора, и переход от яркого внутреннего освещения в кромешную тьму также слишком велик. Основываясь на сравнении видеокамер с очень высокими ценами, используемых для спортивных игр, а также цифровых фотоаппаратов с высокими ценами, показатель 24 стопов, скорее всего, правильный.

Крис BC
источник