人的眼睛--神奇的光学研究 技术文章 激光夜视-安星数字CRM
Date: 2011-12-28 00:00:00Written By 安星数字系统有限公司技术部

人的眼睛--神奇的光学研究

  • Tags: 宽动态;激光夜视;激光夜视摄像机;防抖功能;AK-W3889; , 积分 Counts:3177 次

1.有一点是可以肯定的,人眼只能 对焦 不能变焦,所以人眼不存在相当于几倍变焦的问题,然而相当于多少的 焦距 定焦 呢?

另外一个引人争议的问题是人眼的焦距。如果你去搜索这个问题的答案,会发现很多,从17毫米到50毫米。当然50毫米这个答案最为荒谬,因为没有任何人的眼球里面会长出35毫米胶片来。其实很早以前这个问题既有明确的答案:1968年的“Light, Color and Vision”一书中就给出了结果,对于成年 欧洲人 来说:物方的焦距是16.7毫米,像方的焦距是22.3毫米。参照人的最大 瞳孔 的直径7毫米,也可以算出人眼的 光圈 数就是3.2.比各家看家表头动辄1.0甚至0.9的参数逊色不少。不过又有那家的 标头 可以看到120度的视野呢?   2. 人眼大约相当于3.24亿像素的 相机

对于人眼分辨率的研究比多说人想象的都要早许多,而且多年来这个结论没有太大的变化。最权威的结论来自1897年(没错,是1897年,就是康圣人跟 梁启超 等人准备搞变法跟 老佛爷 找不痛快的年代), 德国人 Konig“Die Abhangigkeit der Sehscharfe von der Beleuchtungsintensitat”一书中指出,人眼的极限分辨率是能够分辨0.59角分的线对。这里要细致的说一下为何要用角度而不是长度来表示分辨率,大家知道,无论是人眼还是相机都会遵守远小近大的透视定律,同样大小的物体距离人眼不同的时候在 视网膜 上成的像大小是不一样的。利用角度来表征这个问题就会简单很多。1897年的时代,像素这个概念并不普及,所以Konig给出的是线对(line pair)的数据,也就是说人眼可以分辨 张角 0.59角分的明暗相间的线条对,因为表示一个明暗相间的线对至少需要两个像素,那么换算成像素就是:人眼上的一个像素相当于0.3个角分。为了让大家对于1度或者1分的张角对应的细节有一个直观的概念,这里给大家几个例子:太阳和月亮的张角大致都是30个角分,也就是半个角度的张角, 太阳系 中最大的行星 木星 在距离地球最近的时候对应的张角是47个角秒,也就是一个角分不到一点点(为何人的肉眼看不见环形山?因为在你的视网膜上月亮形成的图像其实不过就是一个100个像素左右的图片而已)。

知道了人眼的分辨率细节的能力,再来探讨一下人眼的视野大小,正常
视力 的人的视角超过150度,但是人眼分辨率细节的能力并不是均等的,和相机一样人眼中间分辨率细节的能力强于边缘部分,所以当一个人看到感兴趣的目标的时候会不自觉的把头或者眼睛转过来,让自己视网膜的中心对准目标。所以我们这里先假设人眼中间的90度具有最高的分辨率。那么人眼中央部分的就相当于一个(90×60/0.3)×90×60/0.3)=3.24亿像素的相机。



 

 

3.再补充给一些人眼和相机的相关知识:

再说人眼的ISO,也就是灵敏度。天文学家R. N. Clark为了探讨这个问题作了一个实验,在同一个 望远镜 上分别用 佳能 10D的相机和人眼观察14等星,当把10DISO设到400的时候通过12秒的 曝光时间 可以达到和人眼观察数秒钟后相似的观察效果,(人眼的光积分时间,也就是曝光时间,根据生理学家研究,可以长达15秒。有些吃惊,是吧。不过这15秒的时间需要一个人在黑暗的环境中待上很长的时间才能达到)。于是Clark推论人眼的最高ISO大概相当于800左右。
在光线充足的地方人眼的ISO就低很多,在晴朗的室外,人眼的ISO大概只有1左右。
从这一点上也可以看出人眼在调节ISO方面的巨大潜力,从最低的ISO到最高的ISO,调节范围高达800倍。而今日所谓的NB
单反 不过从ISO100ISO6400任意,不过区区的64倍。

 

说说人眼的 动态范围 。动态范围简而言之,就是在同一个视野中能够看到的最亮的细节和最暗的细节在亮度上的比值。一般的单反采用12bit的精度来输出RAW图像,能够输出的最大的到动态范围是40951,当让由于噪声的存在,其实际的动态范围还要小一些。我们来看一下Kodak生产的CCD的性能:很多 数码后背 使用的1600万像素的CCD的像素尺寸是9 微米 见方,对应的动态范围是76dB, 也就是6309:14/3阵营广泛使用的830万像素的CCD性能就要差一些,只有64.4dB,相当于16591. 相对来说人眼就要强很多,根据一般的估计,人眼能够在同一个场景中分辨出100001的细节。当然在某种情况下这个范围可能会更高(或许是依仗人脑智能调节的因素?),天文学家说,人眼可以同时观察满月和3等星,对应的亮度差异为100万倍。另外一个常常被引用的例子是这样的:不少人攻击 阿波罗登月 造假的 论据 是照片上没有星星,摄影专家会指出,如果要拍摄出来星星,那么照片中的人和月面背景肯定会过曝光,变成白花花一片片。这个说法对于有摄影经验的人来说非常容易理解,但是对于没有类似的经验的 大众 来说并不容易理解,因为他们觉得同时看清楚月亮和天空中的星星其实是很容易的事情。(个人认为这个问题还是挺复杂的,可能不单单和人眼的动态范围有关,跟人眼的分辨率也是大大相关的)。

最近几年 防抖功能 成为单反DC最有号召力的卖点之一。不过人眼(当然不光是人眼,任何一种高等动物都有)早就在长时间的 进化过程 中造就了了这个功能。大家没事的时候可以试着检查一下自己的防抖功能是否依然工作正常。方法很简单:你首先用每秒一次的的频率在眼前晃动你的手指,正常人会发现根本无法看清楚,然后保持手指不动,利用同样的频率晃动你的脑袋,你会发现手指就清晰多了。
人类视觉防抖的机理可能比任何一种DC单反都要复杂一些,
大脑 利用耳朵中的 传感器 判断头部晃动的方向和速度,利用这些信息控制眼球的 光轴 尽量集中在手指上,同时这些信息还会用来对输入的图像进行处理,这个处理的过程或许就跟 计算机视觉 上使用的利用 维纳 滤波去除图像中运动导致的模糊的原理类似。

人的眼睛的视觉原理在摄像机中得到广泛的应用,安星公司激光夜视摄像一体化云台,AK-W3889,完美展现了宽动态效果,在光线对比度极大的环境摄出高清晰完美的图像。

 

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