Tämä artikkeli sai alkunsa seurattuani verkkokeskustelua siitä, antaako täyskennoisen kameran 35mm- vai 50mm-objektiivi normaalin ihmissilmän näkökenttää vastaavan näkökentän. Tämä erityinen keskustelu syventyi välittömästi silmän optiseen fysiikkaan kamerana ja objektiivina – ymmärrettävä vertailu, koska silmä koostuu etuelementistä (sarveiskalvo), aukkokehästä (iiris ja pupilli), linssistä ja sensorista (verkkokalvo).
Huolimatta kaikesta vaikuttavasta matematiikasta, jota silmämunan optiseen fysiikkaan liittyen heitetään edestakaisin, keskustelu ei tuntunut loogisesti järkevältä, joten luin aiheesta paljon omaa lukemista.
Tästä artikkelista ei ole mitään suoraa hyötyä, jonka avulla voisit juosta ulos ja ottaa parempia valokuvia, mutta saatat pitää sitä mielenkiintoisena. Saatat myös pitää sitä uskomattoman tylsänä, joten kerron ensin johtopäätökseni kahden Garry Winograndin lainauksen muodossa:
Valokuva on illuusio kirjaimellisesta kuvauksesta siitä, miten kamera ”näki” palan aikaa ja tilaa.
Valokuvassa ei ole kyse siitä, mitä kuvataan. Kyse on siitä, miten tuo asia näyttää kuvatulta.”
Tehdessäni kaikkea tätä tutkimusta siitä, miten ihmissilmä on kuin kamera, opin oikeastaan sen, miten ihmisen näkö ei ole kuin valokuva. Tavallaan se selitti minulle, miksi pidän valokuvaa niin usein paljon kauniimpana ja kiinnostavampana kuin itse kuvauskohdetta.
Silmä kamerajärjestelmänä
Pinnallisesti katsottuna on melko loogista verrata silmää kameraan. Voimme mitata silmän pituuden edestä taaksepäin (noin 25 mm sarveiskalvosta verkkokalvolle) ja pupillin halkaisijan (2 mm supistuneena, 7-8 mm laajentuneena) ja laskea näistä mittauksista linssin kaltaisia lukuja.
Silmän polttovälille ilmoitetaan kuitenkin erilaisia lukuja. Jotkut perustuvat silmän anatomisten rakenteiden fyysisiin mittauksiin, toiset optometrisiin laskelmiin, jotkut ottavat huomioon sen, että silmän linssi ja silmän koko itsessään muuttuvat eri lihasten supistuessa.
Yhteenvetona voidaan kuitenkin todeta, että yksi yleisesti mainittu silmän polttovälin pituus on 17mm (tämä lasketaan optometrisen diopterin arvosta). Yleisemmin hyväksytty arvo on kuitenkin 22mm – 24mm (laskettuna silmän fysikaalisesta refraktiosta). Tietyissä tilanteissa polttoväli voi todellisuudessa olla pidempi.
Koska tiedämme likimääräisen polttovälin ja pupillin halkaisijan, silmän aukko (f-stop) on suhteellisen helppo laskea. Kun otetaan huomioon 17 mm:n polttoväli ja 8 mm:n pupilli, silmämunan pitäisi toimia f/2.1 -objektiivina. Jos käytetään 24 mm:n polttoväliä ja 8 mm:n pupillia, sen pitäisi olla f/3,5. Tähtitieteessä on itse asiassa tehty useita tutkimuksia, joissa on mitattu ihmissilmän f-aukko, ja mitattu luku on f/3,2 – f/3,5 (Middleton, 1958).
Tässä vaiheessa kumpikin teistä, jotka olette lukeneet näin pitkälle, on varmaan miettinyt: ”Jos silmän polttoväli on 17 tai 24 millimetriä, miksi kaikki kiistelevät siitä, onko 35 millimetrin vai 50 millimetrin linsseillä sama näkökenttä kuin ihmissilmällä?”
Syy on se, että silmän mitattu polttoväli ei ole se, mikä määrittää ihmissilmän näkökentän näkökentän. Perehdyn tähän tarkemmin jäljempänä, mutta pääpointti on se, että vain osa verkkokalvosta käsittelee näkemäämme pääkuvaa. (Päänäön aluetta kutsutaan näköhavainnon kartioksi, muu osa näkemästämme on ”perifeeristä näköä”).
Tutkimuksissa on mitattu näköhavainnon kartiota ja todettu sen olevan noin 55 asteen levyinen. 35 mm:n täyskennoisessa kamerassa 43 mm:n objektiivi tarjoaa 55 asteen kuvakulman, joten tämä polttoväli tarjoaa täsmälleen saman kuvakulman kuin meillä ihmisillä. Hitto, jos se ei ole 35mm:n ja 50mm:n puolivälissä. Alkuperäinen väittely on siis päättynyt, 35mm SLR-kameran varsinainen ”normaali” objektiivi ei ole 35mm eikä 50mm, vaan puolessa välissä.
Silmä ei ole kamerajärjestelmä
Vastauksen saatuani alkuperäiseen keskusteluun, olisin voinut jättää asian sikseen ja kävellä pois, saaden jälleen yhden melko hyödyttömän nippelitiedon arkistoituna hämmästyttääkseni nettiystäviäni sillä. Mutta NOOoooo. Kun minulla on kasa töitä, jotka täytyy tehdä, huomaan melkein aina päättäväni viettää vielä pari tuntia lukemalla lisää artikkeleita ihmisen näkökyvystä.
Olette ehkä huomanneet, että ylläolevasta osiosta on jätetty pois joitakin silmä-kamera-analogioita, koska kun päästään aukon ja linssin yksinkertaisten mittausten ohi, loputkin vertailut eivät enää sovi niin hyvin.
Asettele silmän anturia, verkkokalvoa. Verkkokalvo on lähes samankokoinen (halkaisijaltaan 32mm) kuin täyskennoisen kameran kenno (halkaisijaltaan 35mm). Sen jälkeen lähes kaikki on kuitenkin erilaista.
Ensimmäinen ero verkkokalvon ja kameran sensorin välillä on melko ilmeinen: verkkokalvo on kaareva silmämunan takapintaa pitkin, eikä litteä kuten kameran piisensori. Kaarevuudella on ilmeinen etu: verkkokalvon reunat ovat suunnilleen samalla etäisyydellä linssistä kuin sen keskikohta. Tasaisella kennolla reunat ovat kauempana linssistä ja keskusta lähempänä. Etuna verkkokalvo – sillä pitäisi olla parempi ”kulmien terävyys”.
Ihmissilmässä on myös paljon enemmän pikseleitä kuin kamerassasi, noin 130 miljoonaa pikseliä (tunnetteko te 24 megapikselin kameran omistajat olonne nyt nöyräksi?). Kuitenkin vain noin 6 miljoonaa silmän pikseleistä on käpyjä (jotka näkevät värejä), loput 124 miljoonaa näkevät vain mustaa ja valkoista. Mutta etu verkkokalvo taas.
Mutta jos tarkastelemme tarkemmin, erot korostuvat entisestään…
Kameran kennossa jokainen pikseli on asetettu säännölliseen ruudukkokuvioon. Jokaisella kennon neliömillimetrillä on täsmälleen sama määrä ja kuvio pikseleitä. Verkkokalvolla on pieni keskialue, noin 6mm halkaisijaltaan (makula), joka sisältää tiheimmän keskittymän valoreseptoreita silmässä. Makulan keskiosassa (fovea) on tiheästi vain kartiosoluja (väriaistinsoluja). Loput makulasta tämän keskeisen ”vain värejä sisältävän” alueen ympärillä sisältää sekä sauvoja että käpyjä.
Makulassa on noin 150 000 ”pikseliä” kussakin 1 mm:n ruudussa (vertaa sitä 24 000 000 pikseliä, jotka on levitetty 5DMkII:n tai D3x-kameran 35 x 24 mm:n kennolle), ja se muodostaa ”keskeisen näkymiskykymme” (edellä mainittu 55 asteen näköhavainnon näkökenttä). Joka tapauksessa näkökenttämme keskiosassa on paljon enemmän erottelukykyä kuin parhaassakaan kamerassa.
Muualla verkkokalvolla on paljon vähemmän ”pikseleitä”, joista suurin osa on vain mustavalkotunnistavia. Se tarjoaa sen, mitä yleensä pidämme ’perifeerisenä näkökenttänä’, asioita, jotka näemme ’silmäkulmassa’. Tämä osa aistii liikkuvat kohteet erittäin hyvin, mutta ei tarjoa riittävää resoluutiota esimerkiksi kirjan lukemiseen.
Ihmissilmän kokonaisnäkökenttä (alue, jolla näemme liikettä) on 160 astetta, mutta näkökentän kartion ulkopuolella emme oikeastaan pysty tunnistamaan yksityiskohtia, vain laajoja muotoja ja liikettä.
Ihmissilmän edut kameraan verrattuna heikkenevät hiukan sitä mukaa, kun lähdemme pois verkkokalvolta ja kuljemme taaksepäin kohti aivoja. Kamera lähettää jokaisen pikselin tiedot sensorista tietokonesirulle käsiteltäväksi kuvaksi. Silmän verkkokalvolla on 130 miljoonaa sensoria, mutta näköhermossa, joka kuljettaa sensoreiden signaalit aivoihin, on vain 1,2 miljoonaa kuitua, joten alle 10 prosenttia verkkokalvon datasta välittyy aivoihin milloinkin. (Osittain tämä johtuu siitä, että verkkokalvon kemiallisilla valosensoreilla kestää jonkin aikaa ”latautua” stimulaation jälkeen. Osittain siksi, että aivot eivät kuitenkaan pystyisi käsittelemään niin paljon tietoa.)
Ja tietysti aivot käsittelevät signaaleja paljon eri tavalla kuin valokuvauskamera. Toisin kuin kameran ajoittaiset sulkimen napsautukset, silmä lähettää aivoille jatkuvaa syötevideota, joka prosessoidaan näkemäämme. Aivojen alitajuinen osa (lateraalinen geniculaarinen ydin, jos on pakko tietää) vertailee molemmista silmistä tulevia signaaleja, kokoaa tärkeimmät osat kolmiulotteisiksi kuviksi ja lähettää ne eteenpäin aivojen tietoiseen osaan kuvantunnistusta ja jatkokäsittelyä varten.
Alitajuiset aivot lähettävät signaaleja myös silmälle, joka liikuttaa silmämunaa hieman pyyhkäisevässä kuviossa niin, että makulan terävä näky liikkuu kiinnostavan kohteen yli. Muutaman sekunnin murto-osan aikana silmä itse asiassa lähettää useita kuvia, ja aivot käsittelevät ne täydellisemmäksi ja yksityiskohtaisemmaksi kuvaksi.
Alitajunta-aivot myös hylkäävät suuren osan saapuvasta kaistanleveydestä ja lähettävät vain pienen murto-osan tiedoistaan eteenpäin tietoisiin aivoihin. Voit kontrolloida tätä jossain määrin: esimerkiksi juuri nyt tietoiset aivosi käskevät lateraaliselle genikulaariselle ytimelle ”lähetä minulle tietoa vain keskusnäkymästä, keskity noihin kirjoitettuihin sanoihin näkökentän keskellä, siirry vasemmalta oikealle, jotta voin lukea ne”. Lopeta lukeminen hetkeksi ja yritä silmiäsi liikuttamatta nähdä, mitä on perifeerisessä näkökentässäsi. Sekunti sitten et ”nähnyt” tuota tietokonenäytön oikealla tai vasemmalla puolella olevaa kohdetta, koska perifeerinen näkökenttä ei välittynyt tietoisille aivoille.
Jos keskityt, vaikka silmiäsi liikuttelematta, voit ainakin havaita kohteen olevan siellä. Jos kuitenkin haluat nähdä sen selvästi, sinun on lähetettävä silmälle toinen aivosignaali, joka siirtää näköhavaintokartion kyseiseen kohteeseen. Huomaa myös, että et voi sekä lukea tekstiä että nähdä oheiskohteita – aivot eivät pysty käsittelemään niin paljon dataa.
Aivot eivät ole valmiit, kun kuva on saavuttanut tietoisen osan (jota kutsutaan näköaivokuoreksi). Tämä alue on vahvasti yhteydessä aivojen muistiosioihin, jolloin voit ”tunnistaa” kuvassa olevat kohteet. Olemme kaikki kokeneet sen hetken, kun näemme jotain, mutta emme tunnista mitä se on sekuntiin tai kahteen. Kun olemme tunnistaneet sen, ihmettelemme, miksi ihmeessä se ei ollut ilmeinen heti. Se johtuu siitä, että aivot tarvitsivat sekunnin murto-osan päästäkseen käsiksi muistitiedostoihin kuvan tunnistamista varten. (Jos et ole vielä kokenut tätä, odota muutama vuosi. Tulet kokemaan.)
Todellisuudessa (ja tämä on hyvin ilmeistä) ihmisen näkökyky on video, ei valokuvaus. Jopa valokuvaa tuijottaessa aivot ottavat useita ”tilannekuvia” siirtäessään tarkennuskeskipistettä kuvan yli, pinoamalla ja kokoamalla ne lopulliseksi kuvaksi, jonka havaitsemme. Jos katsot valokuvaa muutaman minuutin ajan, huomaat, että alitajuisesti silmäsi on ajelehtinut kuvan yli, saanut yleiskuvan kuvasta, keskittynyt yksityiskohtiin siellä täällä ja siellä ja muutaman sekunnin kuluttua oivaltanut joitakin asioita, jotka eivät olleet ilmeisiä ensisilmäyksellä.
Mikä on pointtina?
Noh, minulla on joitain havaintoja, vaikkakin ne ovat kaukana siitä, että ne ovat kaukana siitä, että ”Minkä linssin katselukenttää muistuttaisi parhaiten ihmisen näkökenttää”. Nämä tiedot saivat minut miettimään, mikä saa minut innostumaan joistakin valokuvista ja toisista ei niinkään. En tiedä, onko mikään näistä havainnoista totta, mutta ne ovat mielenkiintoisia ajatuksia (ainakin minulle). Kaikki ne perustuvat yhteen tosiasiaan: kun todella pidän jostakin valokuvasta, käytän minuutin tai kaksi sen katsomiseen, annan inhimillisen näkökenttäni skannata sitä, tarttua siitä yksityiskohtiin tai kenties ihmetellä yksityiskohtia, jotka eivät näy.
”Normaalilla” kuvakulmalla (35mm-50mm) otetut valokuvat näyttävät säilyttävän viehättävyytensä riippumatta niiden koosta. Jopa tällä polttovälillä kuvatut web-kokoiset kuvat säilyttävät otoksen olemuksen. Alla olevassa (35mm:llä otetussa) kuvassa on paljon enemmän yksityiskohtia, kun sitä katsoo suurena kuvana, mutta olemus on ilmeinen pienessäkin kuvassa. Ehkä aivojen prosessointi tunnistaa paremmin kuvan, jonka se näkee normaalissa näkökentässään. Ehkä se johtuu siitä, että meillä valokuvaajilla on taipumus alitajuisesti korostaa sommittelua ja aiheita ”normaalin” kuvakulman valokuvassa.
Ylläoleva kuva osoittaa jotakin muuta, mitä olen aina miettinyt: tapahtuuko kiehtovuutemme ja rakkautemme mustavalkoiseen valokuvaukseen siksi, että se on yksi harvoista tavoista, joilla makulassamme olevat tiheäkartioiset kartioreseptorit (jotka ovat pelkkiä värejä käyttäviä reseptoreja) pakotetaan lähettämään aivoihimme myös sarjakuvaa?
Ehkä aivomme tykkäävät ehkä katsella vain sävyjä ja kuvioita ilman, että väritiedot tukkivat silmämunan ja aivojen välisen kapean kaistanleveyden.
Tele- ja makrokuvaukset näyttävät usein hyvältä pienissä tulosteissa tai web-kokoisissa JPG-kuvissa, kuten ”normaalikulmaiset” kuvat. Minulla on toimistoni seinällä 8 × 10 kokoinen kuva norsun silmästä ja samankokoinen makrotuloste hämähäkistä, jotka jopa huoneen toiselta puolelta katsottuna näyttävät upeilta. (Ainakin minusta ne näyttävät upeilta, mutta huomaat, että ne roikkuvat toimistossani. Olen ripustanut ne pariin muuhunkin paikkaan talossa, ja minulle on hienotunteisesti sanottu, että ”ne eivät todellakaan sovi olohuoneen kalusteiden kanssa”, joten ehkä ne eivät näytä niin hienoilta kaikkien mielestä.)
Ei ole mitään loistavaa sommittelua tai muita tekijöitä, jotka tekisivät noista kuvista viehättäviä minun silmissäni, mutta minusta ne ovat silti kiehtovia. Ehkä siksi, että pienessäkin koossa inhimillinen näkökykyni näkee valokuvassa yksityiskohtia, joita en ikinä näkisi katsellessani norsua tai hämähäkkiä ”paljain silmin”.”
Toisaalta, kun saan hyvän laajakulma- tai maisemakuvan, tuskin edes vaivaudun postaamaan web-kokoista grafiikkaa tai tekemään pientä tulostetta (enkä aio aloittaa tätä artikkelia varten). Haluan sen painettuna SUURENA. Luulen, että ehkä siksi, että ihmisen näkökykyni voi skannata kuvan läpi poimien pieniä yksityiskohtia, jotka menevät täysin hukkaan, kun sitä pienennetään. Ja joka kerta, kun teen ison tulosteen, jopa paikasta, jossa olen käynyt kymmeniä kertoja, huomaan valokuvassa asioita, joita en ole koskaan nähnyt siellä henkilökohtaisesti ollessani.
Ehkä se ”video”, jonka aivoni tekevät skannatessani tulostetta, tarjoaa paljon enemmän yksityiskohtia, ja pidän sitä miellyttävämpänä kuin valokuvan sommittelu antaisi pienenä tulostettuna (tai jonka näin ollessani itse paikalla).
Ja ehkä se alitajuinen ”skannaaminen”, jota näköni tekee valokuvassa, selittää, miksi sellaiset asiat kuin ”kolmanneksen sääntö” ja valikoiva tarkennus vetävät silmäni tiettyihin valokuvan osiin. Ehkä me valokuvaajat yksinkertaisesti tajusimme, miten aivot käsittelevät kuvia, ja hyödynsimme sitä käytännön kokemuksen kautta tietämättä kaikkea asiaan liittyvää tiedettä.
Mutta ainoa todellinen johtopäätökseni taitaa olla tämä: valokuva EI ole juuri sitä, mitä silmäni ja aivoni näkivät tapahtumapaikalla. Kun saan hyvän kuvan, se on jotain erilaista ja jotain parempaa, kuten Winogrand sanoi kahdessa yllä olevassa sitaatissa, ja myös tässä sitaatissa:
Näet jotain tapahtuvan ja pamautat sitä. Joko saat sen, mitä näit, tai saat jotain muuta – ja kumpi on parempi, sitä painat.
Tekijästä: Roger Cicala on LensRentalsin perustaja. Tämä artikkeli julkaistiin alun perin täällä.
Kuvakrediitit: Silmäni läheltä, jonka on kirjoittanut machinecodeblue, Nikh’s eye through camera’s eye from my eyes for your eyes :-), jonka on kirjoittanut slalit, Schematic of the Human Eye, jonka on kirjoittanut entirelysubjective, My left eye retina, jonka on kirjoittanut Richard Masoner/Cyclelicious, Kromaattinen aberraatio (ikään kuin), jonka on kirjoittanut moppet6553535
.