Фокусное расстояние глаза: Фокусное расстояние глаза. Какое же оно? / Хабр

Содержание

Фокусное расстояние глаза. Какое же оно? / Хабр

Перед началом статьи обращаюсь к маленьким фотографам — запасайтесь огнетушителями.
Поехали!

В этой статье я постараюсь обойтись без аналогий глаза с фотоаппаратом и мозга с компьютером. Почему?

С самых первых попыток изучения мозга человеком люди искали аналогии для облегчения понимания/объяснения его работы. Для каждой эпохи были свои примеры — человек сравнивал мозг с самым сложным устройством своего времени:

— паровые машины,

— ламповая техника,

— сегодня это компьютеры,

— в будущем…

Обратимся за материалом к учебникам по физиологии, дабы избежать ненужных заблуждений.

Глаз как оптическая система

На этом рисунке добавил пояснения для удобства.

Начнём с руководства по офтальмологии.

Суммарная преломляющая сила всей оптической проводящей системы глаза называется физической рефракцией.

Диоптрии всех оптических сред глазного яблока:

— роговица ~ 43 дптр,

— передняя камера ~ 3 дптр,

— хрусталик ~ 19-33 дптр,

— стекловидное тело ~ 6 дптр.

Передняя камера заполнена водянистой влагой — жидкостью по оптическим свойствам близкой к воде. (Ремизов А.Н. «Медицинская и биологическая физика» с.384)

Необходимо понимать, что первые три среды являются собирающими свет, а стекловидное тело рассеивает его, поэтому при расчёте мы отнимаем это значение.

Сила преломления рассчитывается в диоптриях по простой формуле из геометрической оптики:

Д=Др+Дп.к+Дхр-Дст.т.= 43+3+19-6=59 дптр

Значение хрусталика в этом расчёте принято 19 дптр, так как оно соответствует его рефракции в расслабленном состоянии, когда мы смотрим в даль.

Дальше переводим диоптрии в миллиметры:

F=1/Д=1/59=0,0169 м=17 мм.

Вывод: фокусное расстояние глаза человека ~17 мм.

На этапе изучения оптических свойств глаза мы имеем значение ~17 мм.
Цитата — «Возьмем случай, где средняя физическая рефракция (60,0D) в глазном яблоке с передне-задним размером средней величины (23 мм). Нетрудно подсчитать, что при толщине роговицы около 1 мм, глубине передней камеры около 3 мм и отрезке от переднего полюса хрусталика до узловой точки 2 мм, от последней до сетчатки остается как раз 17 мм, что и обеспечит фокусировку параллельных лучей в центральной ямке желтого пятна, так как совпадает с главным фокусным расстоянием.»

С.А.Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.

Но, думаю, кто-то возразит — фокусное расстояние должно быть около 50мм!

Почему должно и почему некоторым так кажется? Для ответа на этот вопрос мы двинемся дальше — в зрительную кору.

Зрительная кора

Дэвид Хьюбел и Торстен Визель в своих знаменитых работах по физиологии зрения установили, что путь сетчатка->ЛКТ->первичная зрительная кора имеет топографическую организацию.

Это говорит нам о том, что порядок, в котором волокна зрительного нерва выходят из сетчатки сохраняется и в коре V1.

А визуализировать это утверждение смог Р. Тутелл. Для этого он взял макака, нашпиговал его транквилизаторами и в течение 45 минут показывал мишень с тремя радиальными кружками. Обезьян смотрел на рисунок только одним глазом. Перед всей этой затеей животному сделали инъекцию радиоактивной 2-дезоксиглюкозы.

Так как нейроны питаются исключительно глюкозой, то можно легко отследить самые активные клетки — они потребляют больше всего сахара.

После этого первичную зрительную кору макаки растянули, заморозили и проявили радиоактивные метки.

Результат на рисунке ниже.


Самый маленький кружок в центре мишени на топографической проекции в коре занимает площадь совсем немного меньше, чем площадь внешнего круга. У человека этот эффект ещё более выражен — центральная часть поля зрения проецируется на бОльшие площади в коре.

Для облегчения понимания был создан такой рисунок:


Здесь прекрасно видно, как увеличивается изображение с центра сетчатки.

Сделаю ударение на том, что это не оптическое, а кортикальное увеличение.

Подведём итог:

— фокусное расстояние ~17 мм,

— охват поля зрения одного глаза по горизонтали 140 – 160˚,

— изображение с центральной части сетчатки создаёт в коре ощущение(феномен) увеличенной картинки, хотя оптически проекция равномерная.

UPD:

И всё же, для успокоения тех, у кого подгорает от 17 мм — выше была дана цифра фокусного расстояния для ВСЕГО глаза и для ВСЕГО поля зрения.

Чёткое зрение у нас только в центральной части сетчатки, которая называется Fovea. Угловое разрешение этой части сетчатки 1˚40′. Когда мы смотрим на мир вокруг(читаем текст, разглядываем пейзаж), то практически всегда наше внимание находится в этой маленькой точке с угловым разрешением около 1 градуса. Да, сознательно мы можем сместить внимание хоть на край сетчатки — там, где картинка совсем нечёткая. Но расширить зону внимания невозможно — такова физиология зрительной коры и феноменология построения той картинки, которую мы видим в итоге. И исходя из этого зрительного опыта создаётся впечатление о более узком поле зрения(длинном фокусном расстоянии), чем есть на самом деле.

Литература:

В.В.Вит «Строение зрительной системы человека» 2003 г.

Е.А.Егоров «Офтальмология» 2010 г.

С.А.Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.

Новохатский А.Г. «Клиническая периметрия», 1973 г.

Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»

Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»

Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»

Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»

Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

Ссылки:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089662730700774X
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10944/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5446894/
https://books.google.com/books?id=_yYrIBT42BkC&pg=PA414

Человеческий глаз


Человеческий глаз — сложная оптическая система. Любая оптическая система – это система линз.Линзы человеческого глаза -роговица и хрусталик. Каждая линза имеет свое фокусное расстояние фокус, на котором формируется четкое изображение при преломлении световых лучей от бесконечно удаленных предметов. Это величина постоянная. В здоровом глазу фокусное расстояние равно 23,5-24 мм. На этом расстоянии располагается сетчатка глаза. Такой глаз видит четко. От сетчатки по зрительному нерву информация об увиденных предметах передается для анализа в головной мозг.


Здоровый глаз – изображение формируется четко на сетчатке глаза, острота зрения 100%, легко читает 10 строчек при проверке остроты зрения.

Основные причины плохого зрения.


Близорукость (миопия — лат. название) – изображение формируется перед сетчаткой. Причиной может быть либо увеличение длины глаза или большая преломляющая сила линз глаза (роговицы или хрусталика), при этом фокусное расстояние будет небольшим. Зрение будет нечетким вдаль.

Дальнозоркость(гиперметропия) – изображение формируется за сетчаткой, фокусное расстояние меньше 23,5-24 мм, роговица слабой оптической силы. Изображение будет нечетким.


Астигматизм – роговица имеет два различных преломления света- разные оптические силы перпендикулярные друг другу, соответственно два фокусных расстояния.Изображение получается не ввиде точки, а ввиде прямой.Изображения частично четкое, частично нет.


Пресбиопия (возрастные изменения) — после 40 лет у любого человека происходят активные изменения в организме. Меняется прозрачность хрусталика, нарушается эластичность тканей, теряется способность фокусировать изображение. Появляется необходимость использовать очки на ближних и средних дистанциях. С годами возрастные изменения прогрессируют и теряется четкость изображения вдаль. Появляется необходимость использовать очки для дали вместе с очками для близи и очками на средних расстояниях.


Близорукость и пресбиопия. Если исходно у человека была близорукость, то после 40 лет он использует очки вдаль и снимает их вблизи, приближая текст близко к глазам. Это приводит к развитию скрытого косоглазия и дискомфорту. Не допустить это возможно только использованием очков для близи.


Дальнозоркость и пресбиопия. Для четкости изображения используются очки с увеличением исходной оптической силой от 0,5 диоптрий и больше в зависимости от возраста. Появляется потребность в дополнительной коррекции на средних расстояниях.


Астигматизм и пресбиопия. В зависимости от исходных данных и возраста к астигматической составляющей буде присоединяться необходимая коррекция для четкости видения на разных дистанциях.

Фокусное расстояние 50мм — не поле зрения человека | Сайт профессионального фотографа в Киеве

Только что попал на очередную статью с распространённой ересью о том, что 50мм соответствует углу человеческого зрения.

Часто полтинник позиционируется как стандартный объектив. Его можно, конечно, использовать как стандартный. Но угол зрения объектива 50мм совершенно не соответствует человеческому зрению.

Давайте подумаем о то, как видит человек, чтобы окончательно разобраться в этом вопросе.

Википедия нам сообщает, что человек двумя глазами видит перед собой примерно на 190 градусов во всех направлениях. Угол зрения объектива 50мм на полном кадре примерно соответствует 50-55 градусам. Соответственно, чтобы полтинник соответствовал углу зрения человека, человек должен будет одеть на себя шоры. Тогда это будет справедливо.

Картинка ниже примерно иллюстрирует человеческое поле зрения.

Чтобы объектив соответствовал нашему полю зрения он должен быть широкоугольным. Если брать полный охват периферического зрения, то это должен быть объектив с фокусным расстоянием примерно 14мм. Если же говорить о зоне комфортного зрения, то фокусное расстояние должно быть примерно 28мм. Но никак на 50мм. Полтинник — это объектив, который существенно сужает видимую область перед собой. Этим можно и нужно пользоваться, но не стоит говорить о полном поле зрения человека.

Если нужен объектив, чтобы ходить и счёлкать перед собой всё «как есть», нужен именно ширик. Недаром камеры во всех смартфонах снабжаются объективом около 30мм.

Есть другой важный нюанс.

Полтинник действительно соответствует человеческому зрению в плане передачи перспективы.

  • Если одеть объектив с фокусным расстоянием меньше 50мм, перспектива в кадре будет расширятся. Дальние объекты будут выглядеть дальше, чем мы их видим своими глазами.
  • Если же мы будем использовать телеобъектив, то есть с фокусным расстояниям более 50мм, то объекты вдалеке будут казаться ближе, чем они есть.
  • И именно 50мм — это золотая середина, которая даёт нам правильную трёхмерную картину в плане перспективы.

Перспектива и угол зрения — разные вещи и не нужно их путать.

Мысли о полтиннике как портретном объективе

Фокусное расстояние глаза. Какое же оно?

Перед началом статьи обращаюсь к маленьким фотографам — запасайтесь огнетушителями.
Поехали!

В этот раз я постараюсь обойтись без аналогий глаза с фотоаппаратом и мозга с компьютером. Почему?
С самых первых попыток изучения мозга человеком люди искали аналогии для облегчения понимания/объяснения его работы. Для каждой эпохи были свои примеры — человек сравнивал мозг с самым сложным устройством своего времени:
— паровые машины,
— ламповая техника,
— сегодня это компьютеры,
— в будущем…
Обратимся за материалом к учебникам по физиологии, дабы избежать ненужных заблуждений.

Глаз как оптическая система

На этом рисунке добавил пояснения для удобства.

Начнём с руководства по офтальмологии.
Суммарная преломляющая сила всей оптической проводящей системы глаза называется физической рефракцией.
Диоптрии всех оптических сред глазного яблока:
— роговица ~ 43 дптр,
— передняя камера ~ 3 дптр,
— хрусталик ~ 19–33 дптр,
— стекловидное тело ~ 6 дптр.
Необходимо понимать, что первые три среды являются собирающими свет, а стекловидное тело рассеивает его, поэтому при расчёте мы отнимаем это значение.
Сила преломления рассчитывается в диоптриях по простой формуле:
Д=Др+Дп.к+Дхр-Дст.т.= 43+3+19–6=59 дптр

Значение хрусталика в этом расчёте принято 19 дптр, так как оно соответствует его рефракции в расслабленном состоянии, когда мы смотрим в даль.

Дальше переводим диоптрии в миллиметры:
F=1/Д=1/59=0,0169 м=17 мм.

Вывод: фокусное расстояние глаза человека ~17 мм.

На этапе изучения оптических свойств глаза мы имеем значение ~17 мм.
Но, думаю, кто-то возразит — фокусное расстояние должно быть около 50 мм!

Почему должно и почему некоторым так кажется? Для ответа на этот вопрос мы двинемся дальше — в зрительную кору.

Зрительная кора

Дэвид Хьюбел и Торстен Визель в своих знаменитых работах по физиологии зрения установили, что путь сетчатка→ЛКТ→первичная зрительная кора имеет топографическую организацию.
Это говорит нам о том, что порядок, в котором волокна зрительного нерва выходят из сетчатки сохраняется и в коре V1.
А визуализировать это утверждение смог Р. Тутелл. Для этого он взял макака, нашпиговал его транквилизаторами и в течение 45 минут показывал мишень с тремя радиальными кружками. Обезьян смотрел на рисунок только одним глазом. Перед всей этой затеей животному сделали инъекцию радиоактивной 2-дезоксиглюкозы.
Так как нейроны питаются исключительно глюкозой, то можно легко отследить самые активные клетки — они потребляют больше всего сахара.
После этого первичную зрительную кору макаки растянули, заморозили и проявили радиоактивные метки.
Результат на рисунке ниже.

Самый маленький кружок в центре мишени на топографической проекции в коре занимает площадь совсем немного меньше, чем площадь внешнего круга. У человека этот эффект ещё более выражен — центральная часть поля зрения проецируется на бОльшие площади в коре.
Для облегчения понимания был создан такой рисунок:

Здесь прекрасно видно, как увеличивается изображение с центра сетчатки.
Сделаю ударение на том, что это не оптическое, а феноменальное увеличение.

Подведём итог:
— фокусное расстояние ~17 мм,
— охват поля зрения одного глаза по горизонтали 140 — 160˚,
— изображение с центральной части сетчатки создаёт в коре ощущение (феномен) увеличенной картинки, хотя оптически проекция равномерная.

Литература:
В.В. Вит «Строение зрительной системы человека» 2003 г.
Е.А. Егоров «Офтальмология» 2010 г.
С.А. Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.
Новохатский А.Г. «Клиническая периметрия», 1973 г.
Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»
Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»
Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»
Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»
Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

Ссылки:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S089662730700774X
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10944/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5446894/

© Habrahabr.ru

Какое фокусное расстояние объектива наиболее близко напоминает перспективу человеческого глаза?

Я помню, как смотрел в видоискатель одним глазом, а вокруг — другим, полагая, что он будет соответствовать «естественному» размеру. Это было около 55 мм. Но это не обязательно правильно …

Плюс это зависит от характера печати! Посмотрите на окончательный вариант. Скажем, фото 4 на 6, на расстоянии чтения. Держите его так, чтобы расстояние до глаза оставалось одинаковым, и оно должно выглядеть точно так же, как проволочная рама (окно) в исходном положении.

Так что это зависит от размера отпечатка и расстояния просмотра. Обрезка изменяет это, а это означает, что вам понадобится более короткая линза, если вы планируете поля для обрезки позже. Современный компьютерный просмотр, вероятно, отличается от «печати», и даже 4 на 6 — это не то, что использовалось для этого.

Если вы хотите, чтобы люди не выглядели смешно, используйте определенную длину телефото.

Задняя часть глаза не является плоской, и проекция не «корректируется» (но отображение того, какой пиксель находится там, где не действует эффект проецирования), так что на самом деле такой вещи нет без специального оборудования. Однако на расстоянии считывания сканирование макулы над «окном» дает эффект, довольно близкий к плоскому, за исключением того, что у вас два глаза, и они не могут совмещаться одновременно, а восприятие корректируется с учетом расположения глаз. против оси вращения головы, и это показывает видимые различия, если вы прослеживаете окно против удержания обычной фотографии.

Но чтобы быть точным в том, что имеется в виду, и чтобы показать, что это правильно, «окно» — это определение, которое нужно использовать. Это то, что делают режиссеры, когда они протягивают руку, чтобы определить углы кадра.

Если отпечаток удерживается таким образом, что лицо человека в натуральную величину (поместите его там, где должно быть окно), оно выглядит нежелательным, если вы находитесь ближе к отпечатку / окну, чем если бы вы обычно смотрели на человека.

Физиология глаза — Офтальмика

Есть люди с очень низким зрением у которых роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело прозрачны, нет нарушений со стороны зрительных путей и мозговых центров, а также световоспринимающих элементов сетчатки. Плохое зрение этих людей обусловлено нечеткостью изображения на сетчатке в связи с рефракционными особенностями глаза. Различают физическую и клиническую рефракцию.

Физическая рефракция — это преломляющая сила оптической системы глаза, выраженная в диоптриях. Диоптрия (дптр) — единица измерения силы оптической системы. Одна диоптрия (1,0 дптр) равна силе двояковыпуклой линзы с фокусным расстоянием 1 метр. Чем короче фокусное расстояние, тем сильнее преломляющая сила линзы и чем слабее преломляющая сила линзы, тем длиннее ее фокусное расстояние. (Линза в 2,0 дптр имеет фокусное расстояние 50 см, в 4,0 дптр — 25 см, в 10,0 дптр — 10 см и т.д.)

В диоптриях можно измерить и преломляющую силу вогнутых линз. Рассчитать силу вогнутых линз можно путем компенсации ими преломления, даваемого выпуклыми оптическими стеклами.

Вогнутая линза, компенсирующая выпуклую линзу в 1,0 дптр, т.е. восстанавливающая параллельное направление преломленного выпуклой линзой параллельного пучка лучей силой в 1,0 дптр., имеет ту же оптическую силу в, но с обратным знаком. Такую вогнутую линзу называют линзой в 1,0 дптр. Линза в -1,0 дптр рассеивает пучок параллельных световых лучей настолько же, насколько их собирает линза в +1,0 дптр.

Светопреломляющий аппарат глаза — это роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело.

Всякая сложная преломляющая система характеризуется своими кардинальными точками, которые и определяют диоптрический эффект системы. В ней имеется шесть кардинальных точек — две фокусных (задняя и передняя), две узловых и две главных.

Фокусные точки — это точки, в которых собираются параллельные лучи, преломившиеся в системе. Следовательно, задний фокус в глазу будет находиться в точке, в которой после преломления собираются параллельные лучи, идущие в глаз спереди. Если на систему глаза упадет параллельный пучок сзади, то после преломления он соберется в передний фокус.

Узловые точки — это точки, через которые лучи проходят, не преломляясь. Главные точки — это точки, где начинается преломление.

В преломляющей системе глаза задняя узловая точка находится близко от передней узловой, а задняя главная — очень близка к передней главной точке, поэтому упростив оптическую систему глаза можно принять, что имеется одна главная точка, расположенная в передней камере в 2 мм от роговицы, одна узловая в 7 мм позади роговицы (немного впереди заднего полюса хрусталика) и две фокусные — задняя (на 23-24 мм кзади от передней поверхности роговицы) и передняя (в 15-17 мм впереди глаза).

Чтобы изучить преломляющую систему глаза, нам нужно определить прежде всего показатели преломления водянистой влаги и хрусталика, радиусы кривизны передней поверхности роговицы, передней и задней поверхностей хрусталика, толщину хрусталика и роговицы, глубину передней камеры и длину анатомической оси глаза.

Радиус кривизны роговицы в среднем — 7,8 мм. Глубина передней камеры — 3,0 мм. Радиус передней поверхности хрусталика — 10 мм, задней — 6 мм. Толщина хрусталика — 3,6-5,0 мм.

Показатель преломления водянистой влаги — 1,33.

Показатель преломления хрусталика — 1,43.

Средняя преломляющая сила глаза у новорожденных 77,0-80,0 дптр (по Е.И. Ковалевскому), у старших детей и взрослых — 60,0 дптр с вариацией в пределах 52,0-68,0 дптр.

Клиническая рефракция — это отношение передне-задней оси глаза к силе преломляющего аппарата.

Если фокус параллельных лучей, преломившихся в системе глаза, окажется на сетчатке, то это значит, что длина фокусного расстояния данной преломляющей системы глаза совпадает с длиной передне-задней оси глаза. Это так называемая соразмерная рефракция — эмметропия (Emmetropia).

Если параллельные лучи, преломившись в линзе, соберутся впереди сетчатки, это значит, что фокусное расстояние не совпадает с длиной передне-задней оси глаза. В данном случае глаз длиннее, чем это требует сила его преломляющего аппарата. Это несоразмерная рефракция — миопия (Myopia).

Если параллельные лучи соберутся сзади сетчатки, т.к. длина фокусного расстояния преломляющего аппарата глаза больше длины передне-задней оси глаза, т.е. преломляющий аппарат слаб для глаза, который короче, чем это нужно для данной системы — это несоразмерная рефракция — гиперметропия (Hypermetropia).

Соответственно расстоянию фокуса аметропического глаза от сетчатки различают слабые, средние и сильные степени аномалий рефракции. При слабой степени аметропии острота зрения нарушается незначительно, хотя не может быть полной из-за небольшого круга светорассеяния (каждая светящаяся точка дает кружок светорассеяния тем большего диаметра, чем дальше расположен фокус от сетчатой оболочки и, следовательно, более низкую остроту зрения). Миопия и гиперметропия включены в понятие аметропия.

При средних степенях аметропии имеет место большая потеря зрения. При высокой степени аметропии острота зрения всегда очень низкая, т.к. фокус очень далеко расположен от сетчатой оболочки.

Миопия:

  • слабая степень — до 3,0 дптр;
  • средняя степень — до 6,0 дптр;
  • высокая степень — свыше 6,0 дптр.

Гиперметропия:

  • слабая — до 2,0 дптр;
  • средняя — от 2,0 до 5,0 дптр;
  • высокая — выше 5,0 дптр.

В миопическом глазу параллельные лучи собираются впереди сетчатки. Такому глазу необходимы лучи, требующие большего преломления, чем параллельные. Тогда преломляющая сила окажется недостаточной чтобы собрать эти лучи в свой главный фокус, т.е. впереди сетчатки, а соберет дальше, т.е. на сетчатке. Такими лучами являются расходящие лучи, расположенные ближе бесконечности. При приближении точки исходящие из нее лучи попадут на сетчатку. Эта точка и будет для данного глаза дальнейшей точкой ясного зрения.

В гиперметропическом глазу параллельные лучи соберутся сзади глаза. Этому глазу надо послать лучи, которые требуют меньшего преломления, чем параллельные. Такими лучами являются сходящиеся лучи до попадания в глаз. Такие лучи должны сходиться еще до глаза, чтобы после преломления в глазу они собирались как раз на сетчатке. Сходящиеся лучи находятся дальше бесконечности, т.е. в отрицательном, не существующем пространстве.

При миопии в 1,0 дптр дальнейшая точка ясного зрения находится на расстоянии метра от глаза. При миопии больше 1,0 дптр — еще ближе. У миопа дальнейшую точку ясного зрения можно определить самым простым способом. Больному предлагают читать книгу в хорошо освещенном помещении. Врач постепенно отходит от него с книжкой в руках. Самое большое расстояние, на котором испытуемый в состоянии еще разбирать шрифт, показывает положение дальнейшей точки ясного зрения.

Какое фокусное расстояние объектива наиболее близко напоминает перспективу человеческого глаза?

Я помню, как смотрел в видоискатель одним глазом, а вокруг — другим, полагая, что он будет соответствовать «естественному» размеру. Это было около 55 мм. Но это не обязательно верно …

Плюс это зависит от характера печати! Посмотрите на окончательный вариант. Скажем, фото 4 на 6, на расстоянии чтения. Поднимите его, оставив расстояние до глаза одинаковым, и оно должно выглядеть точно так же, как в исходном положении проволочной рамки (окна).

Так что это зависит от размера отпечатка и расстояния просмотра. Обрезка изменяет это, а это означает, что вам понадобится более короткая линза, если вы планируете поля для обрезки позже. Современный компьютерный просмотр, вероятно, отличается от «печати», и даже 4 на 6 — это не то, что использовалось для этого.

Если вы хотите, чтобы люди не выглядели смешно, используйте определенную длину телефото.

Задняя часть глаза не является плоской, и проекция не «корректируется» (но отображение того, какой пиксель находится там, где не действует эффект проецирования), так что на самом деле такого не бывает без специального оборудования. Однако на расстоянии считывания сканирование макулы над «окном» дает эффект, довольно близкий к плоскому, за исключением того, что у вас два глаза, и они не могут совмещаться одновременно, а восприятие корректируется с учетом расположения глаз. против оси вращения головы, и это показывает видимые различия, если вы проследите окно против удержания обычной фотографии.

Но чтобы быть точным в том, что имеется в виду, и чтобы показать, что оно точное, «окно» — это определение, которое нужно использовать. Это то, что делают режиссеры, когда они протягивают руку, чтобы определить углы кадра.

Если отпечаток удерживается таким образом, что лицо человека в натуральную величину (поместите его там, где должно быть окно), оно выглядит нежелательным, если вы находитесь ближе к окну печати / окну, чем вы бы обычно смотрели на человека.

2.6: Глаз — Физика LibreTexts

Физика глаза

Глаз отличается тем, как он формирует изображения, а также богатством деталей и цветов, которые он может обнаружить. Однако нашим глазам часто требуется некоторая коррекция, чтобы достичь так называемого «нормального» зрения. На самом деле нормальное зрение следует называть «идеальным» зрением, потому что почти половина населения требует какой-либо коррекции зрения, поэтому необходимость в очках ни в коем случае не является «ненормальной». Формирование изображения нашими глазами и обычную коррекцию зрения можно проанализировать с помощью оптики, описанной ранее в этой главе.

На рисунке \ (\ PageIndex {1} \) показана основная анатомия глаза. Роговица и хрусталик образуют систему, которая в хорошем приближении действует как единая тонкая линза. Для четкого зрения реальное изображение должно проецироваться на светочувствительную сетчатку, которая находится на фиксированном расстоянии от линзы. Гибкая линза глаза позволяет регулировать радиус кривизны линзы для получения изображения на сетчатке глаза объектов, находящихся на разном расстоянии. Центр изображения приходится на ямку, которая имеет наибольшую плотность световых рецепторов и наибольшую остроту (резкость) в поле зрения.Переменное отверстие (то есть зрачок) глаза, наряду с химической адаптацией, позволяет глазу обнаруживать интенсивность света от самой низкой наблюдаемой до 10 10 раз большей (без повреждений). Это невероятный диапазон обнаружения. Обработка импульсов зрительного нерва начинается с взаимосвязей в сетчатке и продолжается в головном мозге. Зрительный нерв передает сигналы, полученные глазом, в мозг.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): роговица и хрусталик глаза действуют вместе, формируя реальное изображение на светочувствительной сетчатке, которая имеет наибольшую концентрацию рецепторов в ямке и слепое пятно над зрительным нервом. .Радиус кривизны хрусталика глаза регулируется для формирования изображения на сетчатке глаза для различных расстояний до объекта. Здесь показаны слои тканей с разным показателем преломления в хрусталике. Однако для ясности они были опущены на других рисунках.

Показатели преломления глаза имеют решающее значение для его способности формировать изображения. В таблице \ (\ PageIndex {1} \) перечислены показатели преломления, относящиеся к глазу. Наибольшее изменение показателя преломления, в котором световые лучи наиболее отклоняются, происходит на границе раздела воздух-роговица, а не на границе водянистой влаги и линзы. Лучевая диаграмма на рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показывает формирование изображения роговицей и хрусталиком глаза. Роговица, которая сама по себе является собирающей линзой с фокусным расстоянием примерно 2,3 см, обеспечивает большую часть фокусирующей способности глаза. Линза, которая представляет собой собирающую линзу с фокусным расстоянием около 6,4 см, обеспечивает более точную фокусировку, необходимую для получения четкого изображения на сетчатке. Роговицу и хрусталик можно рассматривать как одну тонкую линзу, даже если световые лучи проходят через несколько слоев материала (например, роговицу, водянистую влагу, несколько слоев хрусталика и стекловидное тело), ​​меняя направление на каждой границе раздела.Формируемое изображение очень похоже на изображение, созданное одной выпуклой линзой (то есть реальное перевернутое изображение). Хотя образы, формируемые в глазу, инвертируются, мозг снова инвертирует их, чтобы они казались вертикальными.

Материал Показатель преломления
Вода 1.33
Воздух 1,0
Роговица 1,38
Водяная жидкость 1,34
Линза 1,41 *
Стекловидное тело 1,34

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): В человеческом глазу изображение формируется на сетчатке. Прослеживаются лучи сверху и снизу объекта, чтобы показать, как на сетчатке создается реальное перевернутое изображение. Расстояние до объекта не в масштабе.

Как уже отмечалось, изображение должно попадать точно на сетчатку, чтобы обеспечить четкое зрение, то есть расстояние изображения d i должно быть равно расстоянию от линзы до сетчатки. Поскольку расстояние от линзы до сетчатки не меняется, расстояние изображения d i должно быть одинаковым для объектов на всех расстояниях. Ресничные мышцы регулируют форму хрусталика глаза для фокусировки на близлежащих или удаленных объектах.Изменяя форму хрусталика глаза, глаз изменяет фокусное расстояние хрусталика. Этот механизм глаза называется аккомодацией.

Ближайшая точка, в которую можно поместить объект, чтобы глаз мог формировать четкое изображение на сетчатке, называется ближайшей точкой глаза. Точно так же дальняя точка — это самое дальнее расстояние, на котором объект хорошо виден. Человек с нормальным зрением может четко видеть объекты на расстоянии от 25 см до практически бесконечности. Ближайшая точка увеличивается с возрастом, становясь для некоторых пожилых людей несколькими метрами.В этом тексте мы считаем, что ближайшая точка составляет 25 см.

Мы можем использовать уравнения тонкой линзы для количественной оценки формирования изображения глазом. Во-первых, мы определяем оптическую силу линзы как

\ [P = \ frac {1} {f} \]

с фокусным расстоянием f , указанным в метрах. Единицы оптической силы называются «диоптриями» (D). То есть 1D = 1 / м, или 1 м -1 . Оптометристы назначают обычные очки и контактные линзы в единицах диоптрий. С таким определением оптической силы мы можем переписать уравнения тонкой линзы как

\ [P = \ frac {1} {d_o} + \ frac {1} {d_i}.\]

Работа с оптической силой удобна, потому что для двух или более линз, расположенных близко друг к другу, эффективная оптическая сила системы линз приблизительно равна сумме оптической силы отдельных линз:

\ [P_ {total} = P_ {линза ~ 1} + P_ {линза ~ 2} + P_ {линза ~ 3} + ⋯ \ label {sumlens} \]

Пример \ (\ PageIndex {1} \): эффективное фокусное расстояние глаза

Роговица и хрусталик глаза имеют фокусное расстояние 2,3 и 6,4 см соответственно. Найдите чистое фокусное расстояние и оптическую силу глаза.

Стратегия

Оптические силы близко расположенных линз складываются, так что \ (P_ {eye} = P_ {cornea} + P_ {lens} \).

Решение

Запись уравнения мощности через фокусные расстояния дает

\ [\ frac {1} {f_ {eye}} = \ frac {1} {f_ {cornea}} + \ frac {1} {f_ {lens}} = \ frac {1} {2,3 см} + \ frac {1} {6.4 см} \ nonumber. \]

Следовательно, фокусное расстояние глаза (роговица и хрусталик вместе) равно

\ [f_ {eye} = 1,69 см. \ nonumber \]

Оптическая сила глаза

\ [P_ {eye} = \ frac {1} {f_ {eye}} = \ frac {1} {0.0169m} = 59D. \ nonumber \]

Для четкого зрения расстояние изображения \ (d_i \) должно быть равно расстоянию от линзы до сетчатки. Нормальное зрение возможно для объектов на расстоянии от \ (d_o = 25 \, см \) до бесконечности. В следующем примере показано, как рассчитать расстояние до изображения для объекта, расположенного в непосредственной близости от глаза.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): изображение объекта, помещенного в ближайшую точку

Чистое фокусное расстояние конкретного человеческого глаза составляет 1,7 см. Объект помещается в непосредственной близости от глаза.{−1} \]

\ [= 1,8 см \]

Следовательно, изображение формируется за линзой на 1,8 см.

Значение

Из формулы увеличения находим \ (m = — \ frac {1.8cm} {25cm} = — 0,073 \). Поскольку m <0, изображение инвертируется по ориентации относительно объекта. Из абсолютного значения м мы видим, что изображение намного меньше, чем объект; на самом деле это всего 7% от размера объекта.

Коррекция зрения

Необходимость в некоторой коррекции зрения очень распространена.Типичные дефекты зрения легко понять с помощью геометрической оптики, а некоторые легко исправить. Рисунок \ (\ PageIndex {3} \) иллюстрирует два распространенных дефекта зрения. Близорукость или миопия — это способность видеть близкие объекты, тогда как удаленные объекты размыты. Глаз собирает почти параллельные лучи от удаленного объекта, и лучи пересекаются перед сетчаткой. Более расходящиеся лучи от близкого объекта сходятся на сетчатке для получения четкого изображения. Расстояние до самого дальнего объекта, который четко виден, называется дальней точкой глаза (обычно дальняя точка находится на бесконечности).Дальнозоркость или дальнозоркость — это способность ясно видеть далекие объекты, в то время как ближние объекты размыты. Дальнозоркий глаз не сводит лучи от близкого объекта в достаточной степени, чтобы они встречались на сетчатке.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): (a) Близорукий (близорукий) глаз сближает лучи от удаленного объекта перед сетчаткой, поэтому они расходятся при попадании на сетчатку, создавая размытое изображение. Слишком мощный хрусталик может вызвать близорукость, или глаз может быть слишком длинным.(b) Дальнозоркий (дальнозоркий) глаз не может собирать лучи от близкого объекта на сетчатке, создавая размытое зрение в ближнем поле. Хрусталик с недостаточной оптической силой или слишком короткий глаз могут вызвать дальнозоркость.

Поскольку близорукий глаз слишком сильно сближает световые лучи, коррекция близорукости заключается в размещении расходящейся линзы перед глазом, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {4} \). Это снижает оптическую силу слишком мощного глаза (напомним, что фокусное расстояние расходящейся линзы отрицательное, поэтому ее оптическая сила отрицательна).Другой способ понять эту коррекцию заключается в том, что расходящаяся линза заставит входящие лучи больше расходиться, чтобы компенсировать чрезмерную конвергенцию, вызванную системой линз глаза. Изображение, создаваемое расходящейся линзой очка, служит (оптическим) объектом для глаза, и поскольку глаз не может фокусироваться на объектах за пределами своей дальней точки, расходящаяся линза должна формировать изображение удаленных (физических) объектов в точке, которая ближе, чем дальняя точка.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Для коррекции близорукости требуется расходящаяся линза, которая компенсирует чрезмерную конвергенцию глазом. Рассеивающаяся линза создает изображение ближе к глазу, чем физический объект. Это изображение служит оптическим объектом для глаза, и близорукий человек может его четко видеть, потому что он находится ближе, чем его дальняя точка.

Пример \ (\ PageIndex {3} \): коррекция близорукости

Какая оптическая сила линзы очков необходима для коррекции зрения близорукого человека, дальняя точка которого 30,0 см? Предположим, что корректирующая линза закреплена на расстоянии 1,50 см от глаза.

Стратегия

Вы хотите, чтобы этот близорукий человек мог ясно видеть удаленные объекты, а это значит, что линза очков должна создавать изображение 30.0 см от глаза для объекта, находящегося на бесконечности. Изображение 30,0 см от глаза будет 30,0 см − 1,50 см = 28,5 см от линзы очка. Следовательно, мы должны иметь d i = −28,5 см, когда d o = \ (\ infty \). Расстояние до изображения отрицательное, потому что оно находится на той же стороне линзы очка, что и объект.

Решение

Поскольку d , и dodo известны, мы можем определить оптическую силу линзы очка, используя уравнение \ ref {sumdiv}:

\ [P = \ frac {1} {d_o} + \ frac {1} {d_i} = \ frac {1} {\ infty} + \ frac {1} {- 0.285м} = — 3,51Д. \]

Значение

Отрицательная оптическая сила, как и ожидалось, указывает на расходящуюся (или вогнутую) линзу. Если вы осмотрите очки для близоруких людей, вы обнаружите, что линзы самые тонкие в центре. Кроме того, если вы изучите рецепт на очки для близоруких людей, вы обнаружите, что предписанная оптическая сила отрицательна и выражена в диоптриях.

Коррекция дальнозоркости заключается в простом использовании линз, противоположных типу линз для близорукости (т.например, собирающая линза), как показано на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).

Такая линза будет создавать изображение физических объектов, которые находятся ближе, чем ближняя точка, на расстоянии между ближней и дальней точкой, так что человек может четко видеть изображение. Следовательно, чтобы определить оптическую силу, необходимую для коррекции, вы должны знать ближайшую точку человека, как описано в примере \ (\ PageIndex {4} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Коррекция дальнозоркости использует собирающую линзу, которая компенсирует недостаточную конвергенцию глазом.Сводящая линза создает изображение дальше от глаза, чем объект, так что дальнозоркий человек может его четко видеть.

Пример \ (\ PageIndex {4} \): коррекция дальнозоркости

Какая оптическая сила линзы очков необходима, чтобы дальнозоркий человек, ближайшая точка которого 1,00 м, мог ясно видеть объект, находящийся на расстоянии 25,0 см от глаза? Предположим, корректирующая линза зафиксирована на расстоянии 1,5 см от глаза.

Стратегия

Когда объект находится на расстоянии 25,0 см от глаз человека, линза очка должна создавать изображение 1.На расстоянии 00 м (ближайшая точка), чтобы человек мог хорошо ее видеть. Изображение на расстоянии 1,00 м от глаза будет составлять 100 см − 1,5 см = 98,5 см от линзы очка, поскольку линза очка расположена на расстоянии 1,5 см от глаза. Следовательно, d i = -98,5 см, где знак минус указывает, что изображение находится на той же стороне линзы, что и объект. Объект находится на расстоянии 25,0 см − 1,5 см = 23,5 см от линзы очка, поэтому d o = 23,5 см.

Решение

Поскольку d , и dodo известны, мы можем определить оптическую силу линзы очка, используя уравнение \ ref {sumlens}:

\ [P = \ frac {1} {d_o} + \ frac {1} {d_i} = \ frac {1} {0.285м} + \ frac {1} {- 0,985м} = + 3,24D. \ nonumber \]

Значение

Положительная оптическая сила, как и ожидалось, указывает на собирающую (выпуклую) линзу. Если вы посмотрите на очки дальнозорких людей, вы обнаружите, что линзы самые толстые в центре. Кроме того, очки, отпускаемые по рецепту для дальнозорких людей, имеют положительную оптическую силу.

Камера против человеческого глаза

Эта статья началась после того, как я следил за онлайн-дискуссией о том, дает ли 35-мм или 50-мм объектив полнокадровой камеры поле зрения, эквивалентное нормальному человеческому зрению. Это конкретное обсуждение сразу же погрузилось в оптическую физику глаза как камеры и объектива — понятное сравнение, поскольку глаз состоит из переднего элемента (роговицы), кольца диафрагмы (радужная оболочка и зрачок), линзы и датчика. (сетчатка).

Несмотря на всю впечатляющую математику оптической физики глазного яблока, обсуждение не имело логического смысла, поэтому я много читал по этой теме.

Эта статья не принесет прямой пользы, которая позволит вам побегать и сделать более качественные снимки, но вы можете найти ее интересной.Вы также можете найти это невероятно скучным, поэтому сначала я дам вам свой вывод в виде двух цитат из Гарри Виногранда:

Фотография — это иллюзия буквального описания того, как камера «увидела» кусок времени и пространства.

Фотография — это не предмет фотографирования. Речь идет о том, как эта штука выглядит на снимке .

В основном, проводя все эти исследования о том, что человеческий глаз похож на фотоаппарат, я действительно понял, что человеческое зрение не похоже на фотографию. В каком-то смысле это объяснило мне, почему я так часто нахожу фотографии намного красивее и интереснее, чем сама сцена.

Глаз как система камеры

На первый взгляд довольно логично сравнивать глаз с фотоаппаратом. Мы можем измерить длину глаза спереди назад (примерно 25 мм от роговицы до сетчатки) и диаметр зрачка (2 мм сужен, от 7 до 8 мм расширен) и вычислить числа, похожие на линзы, на основе этих измерений.

Тем не менее, вы найдете несколько других цифр, указанных для фокусного расстояния глаза.Некоторые из них взяты из физических измерений анатомических структур глаза, другие из оптометрических расчетов, некоторые учитывают, что хрусталик глаза и сам размер глаза изменяются при сокращении различных мышц.

Вкратце, однако, одно из часто называемых фокусных расстояний глаза составляет 17 мм (это рассчитывается на основе значения оптометрической диоптрии). Однако более общепринятое значение составляет от 22 до 24 мм (рассчитывается на основе физической рефракции в глазу). В определенных ситуациях фокусное расстояние может быть больше.

Поскольку мы знаем приблизительное фокусное расстояние и диаметр зрачка, относительно легко рассчитать апертуру (диафрагму) глаза. Учитывая фокусное расстояние 17 мм и зрачок 8 мм, глазное яблоко должно функционировать как объектив f / 2.1. Если мы используем фокусное расстояние 24 мм и зрачок 8 мм, оно должно быть f / 3,5. На самом деле в астрономии был проведен ряд исследований, чтобы измерить диафрагму человеческого глаза, и полученное число составляет от f / 3,2 до f / 3,5 (Миддлтон, 1958).

Здесь вы оба, кто дочитал до этого места, вероятно, задались вопросом: «Если фокусное расстояние глаза составляет 17 или 24 мм, почему все спорят о том, 35 ​​или 50 мм линзы — это то же поле зрения, что и человеческий глаз?»

Причина в том, что измеренное фокусное расстояние глаза не является тем, что определяет угол зрения человеческого зрения.Я расскажу об этом более подробно ниже, но главное, что только часть сетчатки обрабатывает основное изображение, которое мы видим. (Область основного зрения называется конусом зрительного внимания, остальное, что мы видим, — «периферическое зрение»).

Исследования показали, что конус зрительного внимания имеет ширину около 55 градусов. На 35-миллиметровой полнокадровой камере 43-миллиметровый объектив обеспечивает угол обзора 55 градусов, так что фокусное расстояние обеспечивает точно такой же угол обзора, что и у людей.Блин, если это не на полпути между 35 мм и 50 мм. Итак, первоначальный аргумент окончен, реальный «нормальный» объектив на 35-миллиметровой зеркальной фотокамере — это не 35 мм и не 50 мм, это что-то среднее между ними.

Глаз — это

, а не — система камеры

Получив ответ на первоначальное обсуждение, я мог бы оставить все в покое и уйти с еще одной довольно бесполезной мелочью, хранящейся, чтобы поразить моих онлайн-друзей. Но НЕЕЕЕЕТ. Когда мне нужно выполнить кучу работы, я почти всегда предпочитаю потратить еще пару часов на чтение статей о человеческом зрении.

Возможно, вы заметили, что в приведенном выше разделе не учтены некоторые аналогии с камерой, потому что, как только вы пройдете простые измерения диафрагмы и объектива, остальные сравнения не будут так хорошо соответствовать.

Рассмотрим датчик глаза, сетчатку. Сетчатка почти такого же размера (диаметр 32 мм), как сенсор полнокадровой камеры (диаметр 35 мм). Однако после этого почти все изменилось.

Сетчатка человеческого глаза

Первое различие между сетчаткой и сенсором вашей камеры довольно очевидно: сетчатка изогнута вдоль задней поверхности глазного яблока, а не плоская, как кремниевый сенсор в камере.Кривизна имеет очевидное преимущество: края сетчатки находятся примерно на таком же расстоянии от линзы, как и центр. У плоского сенсора края дальше от объектива, а центр ближе. Преимущество сетчатки — она ​​должна иметь лучшую «угловую резкость».

Человеческий глаз также имеет намного больше пикселей, чем ваша камера, около 130 миллионов пикселей (вы, владельцы 24-мегапиксельных камер, сейчас чувствуете себя скромными?). Однако только около 6 миллионов пикселей глаза являются конусами (которые видят цвет), а остальные 124 миллиона видят только черно-белое изображение.Но снова преимущество сетчатки. Долгое время.

Но если посмотреть дальше, различия станут еще более заметными…

На сенсоре камеры каждый пиксель отображается в виде регулярной сетки. Каждый квадратный миллиметр сенсора имеет одинаковое количество пикселей и одинаковый узор. На сетчатке есть небольшая центральная область размером около 6 мм (макула), которая содержит самую плотную концентрацию фоторецепторов в глазу. Центральная часть макулы (ямка) плотно упакована только колбочками (цветочувствительными) клетками.Остальная часть макулы вокруг этой центральной «цветной» области содержит как палочки, так и колбочки.

Макула содержит около 150 000 «пикселей» в каждом квадрате размером 1 мм (сравните это с 24 000 000 пикселей, распределенных по датчику 35 x 24 мм в 5DMkII или D3x) и обеспечивает наше «центральное зрение» (конус визуального внимания 55 градусов, упомянутый выше) . В любом случае, центральная часть нашего поля зрения имеет гораздо большую разрешающую способность, чем даже лучшая камера.

Остальная часть сетчатки имеет гораздо меньше «пикселей», большинство из которых являются только черно-белыми.Он обеспечивает то, что мы обычно называем «периферическим зрением», то есть то, что мы видим «краем глаза». Эта часть очень хорошо распознает движущиеся объекты, но не обеспечивает достаточного разрешения, например, для чтения книги.

Общее поле зрения (область, в которой мы можем видеть движение) человеческого глаза составляет 160 градусов, но за пределами конуса визуального внимания мы не можем распознавать детали, только широкие формы и движение.

Преимущества человеческого глаза по сравнению с камерой немного уменьшаются, когда мы покидаем сетчатку и возвращаемся к мозгу.Камера отправляет данные каждого пикселя с датчика на компьютерный чип для обработки в изображение. Глаз имеет 130 миллионов датчиков в сетчатке, но зрительный нерв, передающий сигналы этих датчиков в мозг, имеет только 1,2 миллиона волокон, поэтому менее 10% данных сетчатки передаются в мозг в любой момент времени. (Отчасти это связано с тем, что химическим датчикам света в сетчатке требуется время, чтобы «перезарядиться» после стимуляции. Отчасти потому, что мозг все равно не мог обработать такой объем информации.)

И, конечно, мозг обрабатывает сигналы совсем иначе, чем фотоаппарат. В отличие от прерывистых щелчков затвора камеры, глаз посылает в мозг постоянное видео, которое преобразуется в то, что мы видим. Подсознательная часть мозга (латеральное коленчатое ядро, если вы должны знать) сравнивает сигналы от обоих глаз, собирает наиболее важные части в трехмерные изображения и отправляет их в сознательную часть мозга для распознавания изображений и далее. обработка.

Подсознательный мозг также посылает сигналы в глаз, слегка перемещая глазное яблоко по схеме сканирования, так что резкое зрение макулы перемещается по интересующему объекту. В течение нескольких секунд глаз фактически отправляет несколько изображений, а мозг обрабатывает их в более полное и детальное изображение.

Подсознательный мозг также отклоняет большую часть входящей полосы пропускания, отправляя в сознательный мозг лишь небольшую часть своих данных. Вы можете контролировать это до некоторой степени: например, прямо сейчас ваш сознательный мозг говорит латеральному коленчатому ядру: «пришлите мне информацию только от центрального зрения, сосредоточьтесь на набранных словах в центре поля зрения, двигайтесь слева направо. правильно, чтобы я мог их прочитать ».Прекратите читать на секунду и, не двигая глазами, попытайтесь увидеть то, что находится в вашем периферийном поле зрения. Секунду назад вы не «видели» этот объект справа или слева от монитора компьютера, потому что периферическое зрение не передавалось в сознательный мозг.

Если вы сконцентрируетесь, даже не двигая глазами, вы по крайней мере сможете сказать, что объект там. Однако, если вы хотите ясно видеть его, вам придется послать другой мозговой сигнал в глаз, переместив конус визуального внимания на этот объект. Обратите также внимание на то, что вы не можете одновременно читать текст и видеть периферийные объекты — мозг не может обработать столько данных.

Мозг не работает, когда изображение достигает сознательной части (называемой зрительной корой). Эта область тесно связана с участками памяти мозга, позволяя вам «узнавать» объекты на изображении. Все мы пережили тот момент, когда что-то видим, но не осознаем, что это такое, на секунду или две. После того, как мы это узнали, мы задаемся вопросом, почему в мире это не стало очевидным сразу.Это потому, что мозгу потребовалась доля секунды, чтобы получить доступ к файлам памяти для распознавания изображений. (Если вы еще не испытали этого, просто подождите несколько лет. Будет.)

На самом деле (и это очень очевидно) человеческое видение — это видео, а не фотография. Даже глядя на фотографию, мозг делает несколько «снимков», перемещая центр фокуса над изображением, складывая их и собирая в окончательное изображение, которое мы воспринимаем. Посмотрите на фотографию несколько минут, и вы поймете, что подсознательно ваш взгляд скользил по ней, получая обзор изображения, сосредотачиваясь на деталях здесь и там, а через несколько секунд осознавая некоторые вещи, которые не были очевидны на первый взгляд.

Так в чем же смысл?

Что ж, у меня есть некоторые наблюдения, хотя они далеки от того, «какой объектив имеет поле зрения, наиболее похожее на человеческое зрение?». Эта информация заставила меня задуматься о том, что меня так увлекает одними фотографиями, а не другими. Не знаю, верны ли эти наблюдения, но это интересные мысли (по крайней мере, для меня). Все они основаны на одном факте: когда мне действительно нравится фотография, я провожу минуту или две, глядя на нее, позволяя своему человеческому зрению сканировать ее, улавливая детали или, возможно, размышляя о деталях, которые не видны.

Фотографии, сделанные под «нормальным» углом зрения (от 35 мм до 50 мм), кажутся, сохраняют свою привлекательность независимо от их размера. Даже изображения веб-формата, снятые с таким фокусным расстоянием, сохраняют суть кадра. Снимок ниже (сделанный на 35 мм) имеет гораздо больше деталей, если смотреть на большое изображение, но суть очевидна даже на маленьком. Возможно, мозгу удобнее распознавать изображение, которое он видит в обычном поле зрения. Возможно, это потому, что мы, фотографы, склонны подсознательно подчеркивать композицию и объекты на фотографии с «нормальным» углом зрения.

Фотография выше демонстрирует кое-что еще, о чем я всегда задавался вопросом: происходит ли наше увлечение и любовь к черно-белой фотографии, потому что это один из немногих способов, которыми плотные конические (только цветные) рецепторы в нашей макуле вынуждены отправлять изображение в оттенках серого? в наш мозг?

Возможно, нашему мозгу нравится смотреть только на тон и текстуру, без того, чтобы данные о цвете забивали узкую полосу пропускания между глазным яблоком и мозгом.

Как и снимки «под обычным углом», телефото и макро снимки часто отлично смотрятся на небольших отпечатках или веб-форматах JPG. У меня есть глаз слона размером 8 × 10 и макро-отпечаток паука такого же размера на стене моего офиса, который даже на другом конце комнаты выглядит великолепно. (По крайней мере, мне они кажутся великолепными, но вы заметите, что они висят в моем офисе. Я повесил их еще в паре мест в доме, и мне тактично сказали, что «они действительно не идут с мебелью для гостиной », так что, может быть, они не всем так хорошо смотрятся.)

Нет хорошей композиции или других факторов, чтобы сделать эти фотографии привлекательными для меня, но я все равно нахожу их интересными.Возможно, потому, что даже при небольшом размере мое человеческое зрение может видеть детали на фотографии, которые я никогда не видел, глядя на слона или паука «невооруженным глазом».

С другой стороны, когда я получаю хороший широкоугольный или живописный снимок, я даже не удосуживаюсь опубликовать изображение веб-размера или сделать небольшой отпечаток (и я не собираюсь начинать эту статью). Я хочу напечатать БОЛЬШОЙ. Я думаю, возможно, так, что мое человеческое зрение могло сканировать изображение, выбирая мелкие детали, которые полностью теряются при его уменьшении.И каждый раз, когда я делаю большой отпечаток, даже сцены, в которой я был десяток раз, я замечаю на фотографии вещи, которых никогда не видел, когда был там лично.

Возможно, «видео», которое мой мозг снимает при сканировании отпечатка, дает гораздо больше деталей, и я считаю его более приятным, чем композиция фотографии, когда она напечатана небольшого размера (или которую я видел, когда действительно был на месте происшествия).

И, возможно, подсознательное «сканирование», которое мое видение производит на фотографии, объясняет, почему такие вещи, как «правило третей» и выборочная фокусировка, привлекают мой взгляд к определенным частям фотографии.Возможно, мы, фотографы, просто выяснили, как мозг обрабатывает изображения, и воспользовались этим на практике, не зная всей науки.

Но я думаю, мой единственный реальный вывод таков: фотография — это НЕ то, что мои глаза и мозг видели на месте происшествия. Когда я получаю хороший снимок, это что-то другое и нечто лучшее, как то, что сказал Виногранд в двух цитатах выше, а также в этой цитате:

Вы видите, что что-то происходит, и у вас это получается.Либо вы получаете то, что видели, либо что-то еще — и в зависимости от того, что лучше, вы печатаете.


Об авторе : Роджер Чикала — основатель LensRentals. Эта статья изначально была опубликована здесь.


Изображение предоставлено : мой глаз рядом с машинным кодом синего цвета, глаз Ниха через глаз камеры от моих глаз к вашим глазам 🙂 от slalit, Схема человеческого глаза полностью субъективно, Сетчатка моего левого глаза Ричард Мейсонер / Cyclelicious, Хроматическая аберрация (вроде) по moppet65535

Vision — Какое минимальное фокусное расстояние человеческого глаза?

Краткий ответ
Фокусное расстояние среднего здорового взрослого человеческого глаза в ближней точке составляет около 18. 5 мм. Молодые люди могут размещать свои линзы дальше до фокусного расстояния около 15,4 мм.

Фон
Фокусное расстояние человеческого глаза — это расстояние между линзой и сетчаткой, когда объект находится в фокусе (рис. 1). Следовательно, ... даже если учесть размытые изображения, часть в этом вопросе не имеет особого смысла. Итак, я сосредоточу свой ответ только на четких изображениях (каламбур).

Линзы глаза толще в центре, чем по краям, и, следовательно, положительные и собирающие линзы.Они формируют перевернутое изображение на светочувствительном слое в задней части глаза — сетчатке (рис.1). Изображение сетчатки формируется двумя линзами: 1) роговицей с фиксированным фокусным расстоянием и 2) линзой глаза, которая представляет собой линзу с переменным фокусным расстоянием за счет изменения формы (рис. 1), называемую аккомодацией, и опосредуется цилиарными мышцами (Kolb, 2012).

Когда цилиарные мышцы расслаблены, фокусное расстояние хрусталика максимально, а удаленные объекты находятся в фокусе (бесконечность). Когда цилиарные мышцы сокращаются, они укорачивают фокусное расстояние хрусталика глаза, чтобы сфокусировать более близкие объекты.Две границы этого диапазона называются дальней точкой (ресничные мышцы расслаблены) и ближней точкой (максимальная аккомодация) (источник: Университет Колорадо, Боулдер).

Расстояние между линзой глаза и сетчаткой около 20 мм. Когда объект находится далеко от глаза (бесконечность), изображение находится по существу в фокусной точке. Поэтому фокусное расстояние роговицы и хрусталика глаза должно быть около 20 мм, когда мышцы глаза расслаблены. Сила линзы обратно пропорциональна его фокусному расстоянию в метрах.Следовательно, прочность роговицы и хрусталика в дальней точке составляет примерно 1 / 0,020 = 50 диоптрий (источник: Университет Колорадо, Боулдер).

Когда объект расположен в ближней точке (ближайшая точка, в которой объект может быть четко сфокусирован на сетчатке), фокусное расстояние роговицы и хрусталика глаза должно быть изменено так, чтобы формировалось изображение. на сетчатке, которая все еще находится на расстоянии 20 мм. Типичная ближняя точка у взрослого человека составляет 25 см, что соответствует фокусному расстоянию роговицы и хрусталика глаза 18.52 мм с использованием стандартных правил трассировки лучей линз. Следовательно, сила роговицы и хрусталика глаза должна теперь составлять примерно 1 / 0,01852 = 54 диоптрии. Другими словами, мышцы глаза могут обеспечить диапазон аккомодации в 4 диоптрии (источник: Университет Колорадо, Боулдер).

Дети могут, однако, фокусироваться на точках на расстоянии 6,5 см, , то есть , оптическая сила 15 диоптрий, , то есть , минимальное фокусное расстояние 15,39 мм.

Рис.1.Человеческий глаз. Верхняя панель: неприкрытый расслабленный глаз. Нижняя панель: закрытый глаз. источник: Khan Academy

Ссылка
Колб, Полная анатомия глаза. В: Webvision. Организация сетчатки и зрительной системы , Глазной центр Морана (2012)

Фокусное расстояние, наиболее близкое к человеческому глазу: если бы вам пришлось взять только одну линзу…

Какую единственную линзу вы бы взяли на этот пресловутый остров? Допустим, вам нужно путешествовать, вы хотите быть компактным и вам нужно принять решение. Одна линза. Чтобы удовлетворить ваши основные потребности. Что бы это было? Какой из них лучше всего подходит вашему стилю и предлагает наименее возможные компромиссы? Другими словами, если бы человеческий глаз был объективом фотоаппарата, что бы это было? Какое фокусное расстояние обеспечивает «наиболее естественное» зрение и поле зрения?

Какое фокусное расстояние? Подробности читайте ниже. Это картина года Энтони Суау, которая принесла ему премию World Press Award 2008. На фотографии изображен детектив, подметающий дом, чтобы убедиться, что выселенные жители покинули свой дом в Кливленде.Суау снимает исключительно с одним фокусным расстоянием. Мое любимое. Какой, какой хрусталик ближе всего к человеческому глазу? Это объектив, который я бы взял на знаменитый остров. Конечно, это невозможный вопрос.

50 мм определенно эквивалентен человеческому глазу, говорит продавец фотоаппаратов, который пытается продать вам фотоаппарат с объективом 50 мм. Смотреть по сторонам. Да, объектив 50 мм может обеспечивать такой же обзор, как человеческий глаз. Но также могли быть и 24 мм, 70 мм, 200 мм. Тем не менее, давайте попробуем.

Чтобы не попасть на скользкую территорию догматической эквивалентности, фокусные расстояния в этой статье относятся к 35-мм пленке.Итак, ваш Olympus 12mm F2 для Micro Four Thirds — это 24 мм. Canon 50mm F1.2L — это то, о чем говорится, 50 мм, но только при установке на «полнокадровый» 35-миллиметровый сенсор. На Rebel / Kiss 50 мм становятся длиннее 80 мм.

В этой статье также не говорится о зум-объективах — это было бы скучно — или о том, какой объектив обеспечивает лучшую резкость и самое плавное боке. Это строго об индивидуальных характеристиках данного фокусного расстояния. Давайте начнем!

Рыбий глаз до ~ 15 мм

Olympus 7-14mm F4 for Four Thirds, снято на 7 мм (14 мм в полнокадровом эквиваленте): искажено, но все еще выглядит нормально.Единая линза для острова? Забудьте обо всем в диапазоне 15 мм и шире. Это узкоспециализированное стекло со значительной бочкообразной деформацией. Вид на 180 ° может быть забавным раз в год. Разумное использование «рыбьего глаза» может достичь именно того эффекта, который вам нужен, но вскоре вы устанете от искаженных углов, людей и лиц. Нет, не доберусь до острова.

Но опять же, вы бы не стали рассматривать сверхширокоугольный Carl Zeiss Distagon 15mm F2.8, жемчужину в короне в своем классе, «рыбьим глазом», не так ли… Вы получаете оптику, за которую платите.Еще одна широкая классика — Olympus 7-14mm F4 for Four Thirds. Тем не менее, сверх- и сверхширокоугольные объективы отлично подходят для съемки природы, пейзажа, архитектуры и интерьера. Уличная фотография или даже фотография людей? Трудно. Так что я пропущу самые широкие фокусные расстояния для острова.

~ 21 мм

Еще широкий, очень широкий. Скорее всего, вы увидите в кадре свои ноги. Но становится интересно — но на самом деле только на полнокадровом сенсоре. Отличные 21-миллиметровые объективы — это ручная фокусировка Carl Zeiss и Leica.Также не так уж и плохо: Canon 20mm F2.8. Дисторсия хорошо контролируется, а блики от линз незначительны. Опять же, слишком специализированный.

~ 24 мм

Что ж, фокусное расстояние не для рыбы и не для птицы, хотя стандартные зум-объективы Canon и Nikon F2.8 начинаются с 24 мм. Panasonic имеет точный эквивалент с его 12-35 мм F2.8, тогда как объективы Olympus, похоже, обычно предпочитают базовое фокусное расстояние 12 мм или 24 мм. Не поймите меня неправильно, мне нравится Zuiko 12mm F2. 24-миллиметровая жемчужина в короне — Canon 24mm F1.4 L. Не менее впечатляющим является Nikon 24mm F1.4. Такое красивое стекло, но очень большое и дорогое. На мой вкус, 24-миллиметровый объектив невелик и никогда не бывает достаточно длинным. Ни рыбы, ни птицы. Для острова? Неа.

~ 28 мм

Бежать домой? В то время как 28 мм и более популярный 35 мм кажутся очень просторными, 28 мм меньше теряет окружение и кажется более интимным, чем 35 мм. Отлично подходит для портретов и снимков людей. Не ваш кусок стекла, если вы абсолютно хотите видеть каждую морщинку, но фокусное расстояние 28 мм предлагает достаточно места, чтобы показать человека в его окружении, при этом объект / объект не будет казаться слишком далеким.

Лично, но это мое неважное мнение, объектив 28 мм предлагает «наиболее естественную перспективу», которая отражает то, как человеческий глаз видит наиболее естественно. Видеть насквозь и создавать композицию с объективом 28 мм — все равно что видеть это собственными глазами. 28-миллиметровый объектив в полнокадровом режиме просто кажется естественным, максимально приближенным к реальной жизни.

Также учтите: более популярный 35 мм лучше подходит для относительно статичных снимков, а 28 мм с его зональной фокусировкой лучше для быстро движущихся ситуаций с меньшим контролем над объектами или чем-то еще.

Удостоенный наград уличный фотограф Энтони Суау, который снимает исключительно на 28 мм на свою Leica, говорит, что комбо «не мешает» и является «продолжением моего глаза, частью моего тела, частью моего существа»: