Вы не задавали себе вопрос: когда уже сделают такие камеры, которые позволят запечатлеть объект съемки также качественно, четко и красиво, как я вижу его своими глазами? Когда уже камеры в наших гаджетах приблизятся к возможностям человеческого глаза? И почему не одно устройство, будь то Samsung Galaxy S22 или профессиональная камера, не способны сделать фото настолько высокого разрешения, чтобы все выглядело идеально.
Вполне логично: мы же не видим с вами картинку с пикселями, значит разрешение, с которыми “фотографируют” наши глаза, невероятно высокое. А что если нет? В этой статье расскажу, сколько мегапикселей в нашем глазу. Что круче: камера смартфона или наше зрение? Куда будут развиваться технологии мобильной фотографии в будущем?
Устройство человеческого глаза
Как и матрица в камере смартфона, сетчатка нашего глаза состоит из отдельных светочувствительных клеток. В камере это всем известные пиксели, а на сетчатке – палочки и колбочки.
Если сопоставить пиксели матрицы в камере со светочувствительными клетками сетчатки, то в каждом глазу будет примерно 130 Мп. Звучит круто.
Откуда я взял это значение? Количество палочек на сетчатке около 120 миллионов, а колбочек около 7 миллионов, и общее количество как раз выходит около 130 миллионов. Казалось бы, вот и ответ: каждый наш глаз имеет 130 Мп. Очень похоже на saSamsung Galaxy S22 Ultra или Xiaomi Mi 11 с их камерами на 108 Мп, но эта цифра далека от действительности.
Камера смартфона
Но что мы имеем на самом деле? Чтобы понять настоящие характеристики нашего глаза, начнем со смартфонов. Матрица камеры состоит из миллиона светочувствительных элементов – пикселей. Каждый элемент матрицы при попадании на него света вырабатывает электрический сигнал, но сами по себе они не различают цвета, и картинка получается черно-белая.
Поэтому каждый из пикселей нужно накрыть светофильтром, окрашенным в один из трех основных цветов: красным зеленым и синим.
А вот в матрицах с разрешением более 48 Мп те самые пиксели размещаются небольшими группами под фильтром одного цвета. Например, в одну ячейку могут быть объединены 4 пикселя или 9, в зависимости от технологии. То есть если считать по количеству цветных ячеек, то мы получаем уже не 108 Мп, а 12.
Что получается в итоге? Производитель нас обманывает с этими огромными значениями Мп в камерах? Не совсем, все это работает чуть сложнее, умнее, и подобное расположение пикселей позволяет делать фотографии с высоким динамическим диапазоном, более эффективно бороться с шумом на фотографиях, а искусственному интеллекту проще обрабатывать значения сразу с нескольких пикселей из одной группы.
То есть это не чистый маркетинг, а в этом на самом деле есть определенный смысл.
Человеческий глаз
Зачем я это рассказал и при чем тут 130 МП в человеческом глазу? Тут тоже есть определенный фокус, похожий на камеру смартфона. Сама сетчатка глаза покрывает около 70% площади глазного яблок, и ее площадь примерно в 15 раз больше по сравнению с размером самой крупной матрицы смартфона.
Но самих клеток, отвечающих за восприятие цвета, тех самых колбочек, у нас только 7 миллионов. То есть если разобраться в вопросе, мы получаем, что наш глаз способен выдать цветную картинку только в разрешении 7 Мп.
СТОП! Но ведь на старых смартфонах 10-летней давности стояли камеры на 8 Мп. Представляете себе огромное изображение с таким разрешением, которое занимает все поле зрения у нас перед глазами.
Так почему мы видим такую четкую картинку, несмотря на достаточно посредственное разрешение? Дело в том, что почти все чувствительные колбочки расположены в центральной ямке по центру сетчатки. В этой области отсутствуют палочки, отвечающие за яркость. Это фактически область, которая фиксирует максимально четкое цветное изображение.
Только в этом месте изображение на сетчатке максимально резкое. Это очень маленькая область в нашем зрительном поле – примерно пару сантиметров.
Вокруг этой области изображение будет размытое, пока мы не переведем фокус на соседнюю область.
Но если вы думали, что 7 Мп – это наша конечная точка, то вы ошибаетесь. Помните, я рассказывал про объединие пикселей в матрице смартфона, которая позволяет улучшить снимок и получить больше информации для последующей обработки процессором.
То же самое реализовано и у нас в глазах. Только если в камере одним фильтром накрывают 4 или 9 пикселей, то у нас в глазу это десятки, сотни и тысячи светочувствительных клеток, объединенных в одну группу.
А теперь самое интересное. Если на матрице смартфона система считывает информацию с каждого элемента, с каждой единицей каждого пикселя, то наш мозг, в отличие от смартфона, не может считывать информацию с каждой колбочки и палочки в группе. Нашим мозгом обрабатывается сигнал только всей группы, всех вот этих чувствительных клеток.
И физически у нас всего лишь около миллиона нервных волокон, по которым идет сигнал в мозг, то есть 130 миллионов рецепторов превращаются за счет группировки примерно в 1 миллион (это 1 Мп).
Причем это значение может меняться в зависимости от физиологических особенностей конкретного человека и может варьироваться от 0.7 до 1.6 Мп. Тут кому как повезет.
Особенности нашего зрения
Достаточно низкое разрешение матрицы – это не единственный недостаток технологии наших органов зрительной системы. Примерно по центру каждого глаза есть две мертвые зоны, в которых мы ничего не видим. В этой области глазные нервы выходят в наш мозг
Эти мертвые зоны присутствует у нас перед глазами постоянно, но когда мы используем два глаза сразу, то другой добавляет картинку. А как только одним глазом – мозг старается моментально зарисовать ту область тем, что видит вокруг.
Еще одна особенность нашего зрения: по краям сетчатки практически отсутствуют колбочки, отвечающие за восприятие цвета. То есть периферийным зрением мы слабо различаем цвета, и наши глаза выдают весьма посредственную картинку предметов сбоку. Можете сами провести такой эксперимент.
Если глаза выдают достаточно посредственную картинку, то получается, что всей обработкой и ретушью занимается именно наш мозг. При этом наши глаза постоянно совершают перемещения взгляда, сканируют окружающее пространство, и в это время происходит буферизация и слияние полученных изображений в одно целое.
Т.е. суть работы мозга заключается в том, чтобы взять невероятное количество плохих фотографий, составить из них трехмерные изображения, убрать слепые пятна, вырезать из кадра наш нос и прочие помехи, дорисовать то, чего не хватает – и все это превратить в картинку, которую мы с вами видим.
Разве это не похоже на работу нейронного процессора в вашем Samsung или Xiaomi?
Изображение, которое поступает к нам в мозг непосредственный из глаз – это только незначительная часть от той картинки, которую мы видим. Все остальное является так называемый “вычислительной фотографией”. Именно такой путь выбрали производители смартфонов с нейронными сетями, искусственными интеллектами и так далее.
В итоге камера смартфона выдает намного более качественное и четкое изображение, по сравнению с нашими глазами. Осталось только дождаться, когда благодаря развитию технологий, гаджеты смогут проделывать такие же трюки с обработкой изображения, как и суперкомпьютер у нас в голове.
