Naše oko optično slabše od elektronskega
Marjan Kodelja 24. oktobra 2017 ob 13:00

Najstarejša znana galaksija, posneta s Hubblovim teleskopom, je od Zemlje oddaljena 13,2 milijarde svetlobnih let. Elektronski mikroskop vidi stvari, velike 0,1 nanometra. Človeško oko »vidi« galaksijo, oddaljeno 2,3 milijona svetlobnih let, najmanjši še videni predmet pa ima premer 1000 nanometrov. Optične naprave »vidijo« dlje, ostreje in z več podrobnostmi, kljub temu pa znanstveniki poskušajo izdelati napravo, ki bi znala posnemati človeški vid.

Človeško oko je sposobno hitro izostriti predmet v vidnem polju, se hitro prilagoditi različnim svetlobnim razmeram in »videti« tudi najbolj fine kontraste. Kljub temu pa zazna le del informacij, ki jih zaznajo optične naprave, fotoaparati in kamere in ima v primerjavi z njimi slabše optične lastnosti. Kar oko vidi, je daleč od perfekcije, je polno napak, ki jih fotograf na fotografiji ne bi sprejel. Kromatična aberacija, optična napaka, ki se pojavi zaradi različnega loma svetlobe posameznih valovnih dolžin, je pri očesu slaba, oko ima slepo pego, področje v vidnem polju, kjer ne vidimo. Očesi sta le tipali, ki zaznavata svetlobo, možgani pa so tisti, ki nam dajo »vid« oziroma sliko interpretirajo. Fotoaparat posname okolico takšno, kot je. Vsak, ki je v življenju že kdaj fotografiral, pa ve, da je fotografija motiva le redko taka, kot motiv vidimo z lastnimi očmi.

Vidni kot naj bi bil pri očeh širši kot pri fotoaparatu.

Pri slednjem ga določata goriščna razdalja objektiva in velikost tipala. Teleobjektiv ima daljšo goriščno razdaljo kot portretni objektiv in temu primerno ožji vidni kot. Pri očeh to ni tako preprosto. Goriščna razdalja očesa je 22 milimetrov, vendar je ne moremo enostavno primerjati z enakim podatkom pri objektivih, saj je ozadje očesa okroglo (kot bi bilo tipalo zvito), na robovih vidnega polja pa vidimo neprimerno manj podrobnosti kot v središču. Vsako oko naj bi imelo vidni kot med 120 in 200 stopinjami, prekrivno področje (kar vidita obe očesi) pa je široko 130 stopinj. Fotoaparat zazna vse podrobnosti na celotnem svojem vidnem polju, robovi »vida« pa so primerni kvečjemu za zaznavo premikanja večjega objekta. V evoluciji se je človeški vid razvil v smeri osredotočanja na tisto, kar imamo v središču pogleda, dogajanje na robovih pa je pomembno kot opozorilo na nevarnost, zato podrobnosti niso potrebne. Vidno polje, kjer vidimo dobro in je zato primerljivo z vidnim poljem fotoaparata, pri človeškem vidu znaša med 40 in 60 stopinjami. To pa je dober kompromis med različnimi vrstami izkrivljanja. Vzemimo gledanje ali fotografiranje dveh enako visokih količkov, ki sta postavljena drug za drugim. Če ju fotografiramo od blizu z objektivom s širokim vidnim kotom, potem je videti bližji količek višji od drugega, malo oddaljenega. Pri fotografiranju od daleč s teleobjektivom pa sta oba približno enako visoka, zato pa izgubimo občutek globine. Izkrivljenje »slike« je prisotno tudi pri očeh, vendar napake odstranijo možgani, tako da vidimo okolico, kot da napake ne bi bilo.

Večina fotoaparatov ima ločljivost med 8 in 20 milijonov točk, kar je velikokrat omenjeno kot največja njihova slabost v primerjavi z očesom. Osnova za to je dejstvo, da naj bi bili pri dobrem vidu, ko človek na razdalji šestih metrov dobro vidi vse podrobnosti, očesi sposobni videti ekvivalent fotografiji z 52 milijoni svetlobnih točk. Možno je najti tudi boljše podatke o ločljivosti očesa, vse tja do 120 milijonov točk. Podatek pa je zavajajoč, saj, kot smo dejali, zares dobro vidimo le v središču pogleda in le dvajset stopinj stran od središča kvaliteta vida, s tem pa tudi ločljivost, pade za desetkrat, dlje od središča pa še bolj. Upoštevajoč to ima oko dejansko ločljivost med 5 in 15 milijoni točk. Možgani »videnega« v spomin ne shranijo točko po točko, namesto tega si zapomnimo teksture, barve in kontraste, zato je oko sposobno hitro »izostriti« več področji v pogledu. Rezultat je »podoba«, katere podrobnosti so prilagojene interesom človeka.

So pa tudi še druge razlike med sposobnostjo očesa in fotoaparata. Asimetrija očesa pomeni, da je to sposobno videti več podrobnosti pod namišljeno horizontalno črto pogleda kot nad njo, periferni vid pa je bolj občutljiv v smeri k nosu kot od njega. Fotoaparat posname celotno vidno polje enako kvalitetno – simetrično. V slabih svetlobnih razmerah, na primer ponoči, oko preklopi v neke vrste črno-beli režim gledanja, centralni vid pa »prikaže« manj podrobnosti. Zato človek v takih razmerah vidi bolje.

Dinamični razpon je področje, kjer mislimo, da ima oko veliko prednost.

Človek vidi hkrati vse podrobnosti, ne glede na to, ali so v svetejših ali temnejših področjih (dinamični razpon 24 vrednosti zaslonk), fotoaparat pa glede na nastavitve le podrobnosti v enih ali pa drugih področjih). Primerjava pa ni čisto poštena, saj se šarenica prilagaja svetlobnim razmeram, očesi pa nenehno v možgane pošiljata, kar vidita, in ne kot fotoaparat, ki zajame, kar vidi le v času odprtja zaklopke. Če bi upoštevali le dinamični razpon, ko je šarenica očesa nespremenjena, potem je oko (razpon med 10 in 14 zaslonk) v prednosti pred kompaktnimi fotoaparati (5-7 zaslonk) in približno enako zmogljivostim zrcalno refleksnih fotoaparatov (8-11 zaslonk). Visok dinamični razpon (HDR) možgani dosežejo podobno kot fotografi, s sestavljanjem različno osvetljenih fotografij v eno, le da to počnejo neprestano in veliko hitreje. Ker pa je dinamični razpon odvisen od svetlobnih razmer in kontrastov, to velja le za tipične dnevne razmere. V nočnih razmerah naj bi bilo oko sposobno dosegati višje razpone.

Občutljivost je še zadnja pomembna optična lastnost, ki opisuje sposobnost »zamrznitve« hitro se premikajočega motiva. V dobrih svetlobnih razmerah so v prednosti fotoaparati, s katerimi lahko posnamemo zelo zanimive fotografije preprosto tako, da se igramo z možnostjo nastavljanja ISO občutljivosti. V takih razmerah naj bi bila občutljivost ISO očesa ena. V slabih svetlobnih razmerah pa postane oko občutljivejše, ko se nanje prilagodi (ekvivalent ISO med 500 in 1000), kar pa še vedno ne preseže zmogljivosti novejših fotoaparatov. Ti pa imajo še eno možnost, ki je človeško oko nima. Dolg čas osvetlitve, ki v takih razmerah prikaže še najbolj skrite podrobnosti, ki jih oko v enakih razmerah ne vidi.

Fotoaparati so v optičnih lastnostih boljši od očesa in nobena težava ni narediti umetnega očesa, ki bi bilo temu enakovredno. Vid pa ni le tisto, kar zaznajo oči, temveč kaj iz teh podatkov »naredijo« možgani. Ti so sposobni oblikovati mentalno podobo okolice na podlagi nepopolnih podatkov ter hkrati odpraviti vse napake, ki nastanejo zaradi optičnih lastnosti očesa, ki je dobra in v določenih pogledih boljša od izdelka fotoaparata ali kamere.

 

Naroči se na redna vsakotedenska e-poštna obvestila o novih prispevkih na naši strani.


 

Vid človeka

Oko se prilagodi le toliko, kot to od njega zahteva okolje. Prava, torej »res dobra slika« pa nastane v možganih. Ti namreč odpravijo napake, ki so posledica slabih optičnih lastnosti očesa.

  1. Slepa pega optičnega živca, ki prenaša informacije od očesa do možganov.
  2. Leča očesa ostri od desetih centimetrov pa do neskončnosti. Vidno polje obeh očes je 180 stopinj.
  3. Roženica je skupaj z lečo »odgovorna« za oster vid.
  4. Šarenica spreminja velikost zenice, ki je lahko med 1,5 in 12 milimetri – prevedeno v fotografski jezik, med zaslonko 2,6 in 16.
  5. Očesna mrežnica je na svetlobo občutljiva plast oziroma to, kar je pri fotoaparatu tipalo. V njej je 124 milijonov celic, občutljivih na jakost svetlobe in kontrast, le šest milijonov pa jih je zaslužnih za barvni vid. Center mrežnice je rumena pega in je edini del očesa, sposoben natančnega vida.
  6. Zaradi različne ukrivljenosti leče vidimo ostro na vseh razdaljah. Toda le v središču pogleda.

Prednosti in slabosti:

(+) širok vidni kot

(-) slepa pega

(-) ozko področje, kjer vidimo ostro

(-) slaba kromatična aberacija

(-) nizka ločljivost

Vid stroja

Fotoaparat lahko posname skoraj perfektno fotografijo. Za njeno kakovost ima največ zaslug sistem leč (objektiv).

  1. Tipalo CCD je mrežnica fotoaparata. Tipalo sestavljajo na svetlobo občutljive celice, ki so občutljive na eno od treh osnovnih barv: rdečo, modro in zeleno. »Zelenih« celic je dvakrat več kot ostalih. Večja je gostota celic – višja ločljivost tipala, več podrobnosti lahko posname.
  2. Sistem leč (objektiv) – s kombinacijo leč različne ukrivljenosti, materialov in prevlečenih z različnimi premazi objektiv kompenzira optične napake.
  3. Zaslonka fotoaparata nadzira količino svetlobe, ki pride do tipala. Dober fotoaparat ima možnost nastavljanja zaslonke med 1,4 in 16 – številka opisuje razmerje med goriščno razdaljo in širino zaslonke. Višje ko je število, bolj zaprta je zaslonka in manj svetlobe pride do tipala.

Prednosti in slabosti

(+) dobra optična korekcija napak

(+) podrobnosti so enake po vsej fotografiji

(+) visok razpon ostrenja

(-) ozek vidni kot (odvisen od objektiva)

(-) velik, težak in zapleten objektiv (sistem leč)

Avtor Marjan Kodelja
mm
Marjan se s tehnološkim novinarstvom ukvarja od leta 1997 in v tem času je videl že mnogo stvari, ki se nikoli niso uveljavile ali pa so imele kratek čas trajanja. Začel je pri računalniški reviji Moj mikro in ter 2000 postal njen urednik. Veliko kasneje je bil urednik naprej tednika Stop in nato še tednika Vklop, trenutno pa kruh služi s pisanjem tehnoloških člankov.
Marjan Kodelja - prispevki
Brez komentarjev

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja