Ten artykuł powstał po tym, jak śledziłem dyskusję online na temat tego, czy obiektyw 35 mm lub 50 mm w aparacie pełnoklatkowym daje pole widzenia odpowiadające normalnemu widzeniu ludzkiemu. Ta szczególna dyskusja natychmiast zagłębiła się w fizykę optyczną oka jako aparatu i obiektywu – zrozumiałe porównanie, ponieważ oko składa się z elementu przedniego (rogówka), pierścienia przysłony (tęczówka i źrenica), obiektywu i czujnika (siatkówka).
Pomimo całej imponującej matematyki rzucanej tam i z powrotem w odniesieniu do optycznej fizyki gałki ocznej, dyskusja nie do końca wydawała się mieć logiczny sens, więc zrobiłem dużo własnych lektur na ten temat.
Nie będzie żadnych bezpośrednich korzyści z tego artykułu, które pozwolą ci wybiec i robić lepsze zdjęcia, ale możesz uznać to za interesujące. Możesz też uznać go za niewiarygodnie nudny, więc najpierw przedstawię Ci mój wniosek, w postaci dwóch cytatów z Garry’ego Winogranda:
Fotografia jest iluzją dosłownego opisu tego, jak aparat 'zobaczył’ kawałek czasu i przestrzeni.
Fotografia nie jest o rzeczy sfotografowanej. To jest o jak ta rzecz wygląda sfotografowana.
Podstawowo w robieniu wszystkich tych badań o jak ludzkie oko jest jak aparat fotograficzny, co naprawdę nauczyłem się jest jak ludzka wizja nie jest jak fotografia. W pewnym sensie, to wyjaśniło mi, dlaczego tak często znaleźć fotografię znacznie bardziej piękne i interesujące niż znalazłem rzeczywistej sceny itself.
The Eye as a Camera System
Superficially, jego całkiem logiczne, aby porównać oko do kamery. Możemy zmierzyć front-to-back długość oka (około 25mm od rogówki do siatkówki), a średnica źrenicy (2mm skurczone, 7 do 8 mm rozszerzone) i obliczyć obiektyw-jak liczby z tych pomiarów.
Znajdziesz kilka różnych liczb cytowanych dla ogniskowej długości oka, choć. Niektóre są od fizycznych pomiarów anatomicznych struktur oka, inne od optometrycznych obliczeń, niektóre biorą pod uwagę, że soczewka oka i wielkość oka sama zmienia się ze skurczami różnych mięśni.
Podsumowując, chociaż, jedna powszechnie cytowana ogniskowa oka jest 17mm (to jest obliczane z Optometric diopter wartości). Bardziej powszechnie akceptowana wartość, jednakże, jest 22mm do 24mm (obliczona z fizycznej refrakcji w oku). W pewnych sytuacjach, ogniskowa może być w rzeczywistości dłuższa.
Ponieważ znamy przybliżoną ogniskową i średnicę źrenicy, jej stosunkowo łatwo obliczyć aperturę (f-stop) oka. Biorąc pod uwagę ogniskową 17mm i źrenicę 8mm gałka oczna powinna działać jak obiektyw f/2.1. Jeśli użyjemy ogniskowej 24mm i źrenicy 8mm, powinno to być f/3.5. W astronomii przeprowadzono wiele badań mających na celu zmierzenie wartości f-stop ludzkiego oka i zmierzona liczba wynosi od f/3,2 do f/3,5 (Middleton, 1958).
W tym momencie oboje z was, którzy przeczytali to daleko, prawdopodobnie zastanawiali się „Jeśli ogniskowa oka wynosi 17 lub 24 mm, dlaczego wszyscy kłócą się o to, czy obiektywy 35 mm lub 50 mm mają takie samo pole widzenia jak ludzkie oko?”
Powód jest taki, że zmierzona ogniskowa oka nie jest tym, co określa kąt widzenia ludzkiego wzroku. Zajmę się tym bardziej szczegółowo poniżej, ale głównym punktem jest to, że tylko część siatkówki przetwarza główny obraz, który widzimy. (Obszar głównego widzenia nazywany jest stożkiem uwagi wzrokowej, reszta tego, co widzimy, to „widzenie peryferyjne”).
Badania zmierzyły stożek uwagi wzrokowej i stwierdziły, że ma on szerokość około 55 stopni. W aparacie pełnoklatkowym 35 mm obiektyw 43 mm zapewnia kąt widzenia 55 stopni, więc ta ogniskowa zapewnia dokładnie taki sam kąt widzenia, jaki mamy my, ludzie. Cholera, jeśli to nie jest w połowie drogi między 35mm a 50mm. Tak więc oryginalny argument jest zakończony, rzeczywisty „normalny” obiektyw w lustrzance 35mm nie jest ani 35mm ani 50mm, jest w połowie drogi pomiędzy.
Oko nie jest systemem aparatu
Uzyskawszy odpowiedź na oryginalną dyskusję, mogłem zostawić rzeczy w spokoju i odejść z kolejnym kawałkiem dość bezużytecznych ciekawostek, aby zadziwić moich internetowych przyjaciół. Ale NOOoooo. Kiedy mam masę pracy, która wymaga zrobienia, znajduję, że prawie zawsze wybiorę spędzenie kolejnych kilku godzin czytając więcej artykułów o ludzkiej wizji.
Możesz zauważyć, że powyższa sekcja opuściła niektóre z analogii oko-kamera, ponieważ po przejściu przez proste pomiary przysłony i obiektywu, reszta porównań nie pasuje tak dobrze.
Pomyśl o czujniku oka, siatkówce. Siatkówka ma prawie taki sam rozmiar (32 mm średnicy) jak czujnik w aparacie pełnoklatkowym (35 mm średnicy). Potem jednak prawie wszystko jest inne.
Pierwsza różnica między siatkówką a czujnikiem w aparacie jest raczej oczywista: siatkówka jest zakrzywiona wzdłuż tylnej powierzchni gałki ocznej, a nie płaska jak czujnik krzemowy w aparacie. Zakrzywienie ma oczywistą zaletę: krawędzie siatkówki znajdują się mniej więcej w tej samej odległości od obiektywu co centrum. Na płaskiej matrycy krawędzie są bardziej oddalone od obiektywu, a środek bliżej. Zaleta siatkówki – powinna mieć lepszą „ostrość narożników”.
Ludzkie oko ma również dużo więcej pikseli niż twój aparat, około 130 milionów pikseli (wy posiadacze 24-megapikselowych aparatów czujecie się teraz skromni?). Jednakże, tylko około 6 milionów pikseli oka to czopki (które widzą kolor), pozostałe 124 miliony po prostu widzą czerń i biel. Ale znowu przewaga siatkówki. Big time.
Ale jeśli spojrzymy dalej, różnice stają się jeszcze bardziej wyraźne…
Na czujniku kamery każdy piksel jest ustawiony w regularny wzór siatki. Każdy milimetr kwadratowy czujnika ma dokładnie taką samą liczbę i wzór pikseli. Na siatkówce znajduje się mały centralny obszar, o średnicy około 6 mm (plamka), który zawiera najgęstsze skupisko fotoreceptorów w oku. Centralna część plamki (fovea) jest gęsto upakowana wyłącznie komórkami czopkowymi (wyczuwającymi kolor). Reszta plamki wokół tego centralnego obszaru „tylko koloru” zawiera zarówno pręciki jak i czopki.
Makula zawiera około 150,000 „pikseli” w każdym 1mm kwadracie (porównaj to z 24,000,000 pikseli rozłożonych na matrycy 35mm x 24mm w 5DMkII lub D3x) i zapewnia nasze „centralne widzenie” (55 stopniowy stożek uwagi wzrokowej wspomniany powyżej). W każdym razie, centralna część naszego pola widzenia ma znacznie większą zdolność rozdzielczą niż nawet najlepszy aparat fotograficzny.
Reszta siatkówki ma znacznie mniej „pikseli”, z których większość jest tylko czarno-biała. Zapewnia to, co zwykle uważamy za „widzenie peryferyjne”, rzeczy, które widzimy „w kącie oka”. Ta część wyczuwa poruszające się obiekty bardzo dobrze, ale nie zapewnia wystarczającej rozdzielczości, aby przeczytać książkę, na przykład.
Całkowite pole widzenia (obszar, w którym możemy zobaczyć ruch) ludzkiego oka wynosi 160 stopni, ale poza stożkiem uwagi wzrokowej nie możemy naprawdę rozpoznać szczegółów, tylko szerokie kształty i ruch.
Zalety ludzkiego oka w porównaniu z aparatem fotograficznym nieco się zmniejszają, gdy opuszczamy siatkówkę i podróżujemy z powrotem w kierunku mózgu. Kamera wysyła dane każdego piksela z czujnika do chipa komputerowego w celu przetworzenia na obraz. Oko ma 130 milionów czujników w siatkówce, ale nerw wzrokowy, który przenosi sygnały z tych czujników do mózgu ma tylko 1,2 miliona włókien, więc mniej niż 10% danych z siatkówki jest przekazywane do mózgu w danym momencie. (Częściowo dzieje się tak dlatego, że chemiczne czujniki światła w siatkówce potrzebują trochę czasu, aby „naładować się” po pobudzeniu. Częściowo dlatego, że mózg i tak nie mógłby przetworzyć tak wielu informacji.)
I oczywiście mózg przetwarza sygnały o wiele inaczej niż aparat fotograficzny. W odróżnieniu od przerywanych kliknięć migawki aparatu fotograficznego, oko wysyła do mózgu stałe wideo paszy, które jest przetwarzane w to, co widzimy. Podświadoma część mózgu (boczne jądro genitalne, jeśli musisz wiedzieć) porównuje sygnały z obu oczu, składa najważniejsze części do obrazów 3-D, i wysyła je do świadomej części mózgu do rozpoznawania obrazu i dalszego przetwarzania.
Podświadomy mózg wysyła również sygnały do oka, przesuwając gałkę oczną nieznacznie we wzorze skanowania tak, że ostre widzenie plamki porusza się w poprzek obiektu zainteresowania. W ciągu kilku ułamków sekund oko faktycznie wysyła wiele obrazów, a mózg przetwarza je w bardziej kompletny i szczegółowy obraz.
Podświadomy mózg również odrzuca wiele z przychodzącego pasma, wysyłając tylko niewielki ułamek swoich danych do świadomego mózgu. Możesz to do pewnego stopnia kontrolować: na przykład, w tej chwili twój świadomy mózg mówi bocznemu jądru genitalnemu „wysyłaj mi informacje tylko z centralnego pola widzenia, skup się na tych wpisanych słowach w centrum pola widzenia, poruszaj się od lewej do prawej, żebym mógł je przeczytać”. Przestań czytać na sekundę i bez poruszania oczami spróbuj zobaczyć, co znajduje się w twoim peryferyjnym polu widzenia. Sekundę temu nie „widziałeś” tego obiektu na prawo lub lewo od monitora komputera, ponieważ widzenie peryferyjne nie było przekazywane do świadomego mózgu.
Jeśli się skoncentrujesz, nawet bez poruszania oczami, możesz przynajmniej stwierdzić, że obiekt tam jest. Jeśli jednak chcesz zobaczyć go wyraźnie, będziesz musiał wysłać kolejny sygnał z mózgu do oka, przesuwając stożek uwagi wzrokowej na ten obiekt. Zauważ również, że nie możesz jednocześnie czytać tekstu i widzieć obiektów peryferyjnych – mózg nie jest w stanie przetworzyć takiej ilości danych.
Mózg nie kończy pracy, gdy obraz dotarł do części świadomej (zwanej korą wzrokową). Obszar ten łączy się silnie z częściami pamięciowymi mózgu, pozwalając na „rozpoznanie” obiektów na obrazie. Wszyscy doświadczyliśmy tego momentu, kiedy widzimy coś, ale przez sekundę lub dwie nie rozpoznajemy, co to jest. Kiedy już to rozpoznamy, zastanawiamy się, dlaczego nie było to oczywiste od razu. Dzieje się tak dlatego, że mózg potrzebował ułamka sekundy, aby uzyskać dostęp do plików pamięci służących do rozpoznawania obrazów. (Jeśli jeszcze tego nie doświadczyłeś, po prostu poczekaj kilka lat. Będziesz.)
W rzeczywistości (i to jest bardzo oczywiste) ludzka wizja to wideo, a nie fotografia. Nawet gdy wpatrujemy się w fotografię, mózg robi wiele „migawek”, gdy przesuwa środek ostrości nad obrazem, układając je i składając w końcowy obraz, który postrzegamy. Spójrz na zdjęcie przez kilka minut, a zdasz sobie sprawę, że podświadomie twoje oko dryfowało nad obrazem, uzyskując przegląd obrazu, skupiając się na szczegółach tu i tam, a po kilku sekundach zdając sobie sprawę z pewnych rzeczy, które nie były oczywiste na pierwszy rzut oka.
So What’s the Point?
Cóż, mam pewne obserwacje, chociaż są one dalekie od „który obiektyw ma pole widzenia najbardziej podobne do ludzkiego wzroku?”. Ta informacja skłoniła mnie do zastanowienia się nad tym, co sprawia, że jedne fotografie tak mnie fascynują, a inne nie bardzo. Nie wiem, czy którekolwiek z tych spostrzeżeń jest prawdziwe, ale są to ciekawe przemyślenia (przynajmniej dla mnie). Wszystkie opierają się na jednym fakcie: kiedy naprawdę podoba mi się fotografia, spędzam minutę lub dwie patrząc na nią, pozwalając mojemu ludzkiemu wzrokowi skanować ją, wyłapując z niej szczegóły lub być może zastanawiając się nad szczegółami, które nie są widoczne.
Fotografie zrobione pod „normalnym” kątem widzenia (35mm do 50mm) wydają się zachowywać swój urok niezależnie od ich rozmiaru. Nawet zdjęcia w rozmiarze internetowym zrobione przy tej ogniskowej zachowują istotę ujęcia. Poniższy strzał (zrobiony przy 35mm) ma dużo więcej szczegółów, gdy jest oglądany w dużym obrazie, ale istota jest oczywista nawet przy małym rozmiarze. Być może przetwarzanie mózgu jest bardziej komfortowe w rozpoznawaniu obrazu, który widzi w swoim normalnym polu widzenia. Może to dlatego, że my fotografowie mamy tendencję do podświadomego podkreślania kompozycji i tematów w „normalnym” kącie widzenia fotografii.
Zdjęcie powyżej demonstruje coś innego, nad czym zawsze się zastanawiałem: czy nasza fascynacja i miłość do czarno-białej fotografii występuje, ponieważ jest to jeden z niewielu sposobów, w jaki receptory gęstego stożka (tylko kolor) w naszej plamce żółtej są zmuszone do wysyłania obrazu w skali szarości do naszego mózgu?
Może nasz mózg lubi patrzeć tylko na ton i teksturę, bez kolorowych danych zapychających to wąskie pasmo między gałką oczną a mózgiem.
Jak 'normalny-kąt’ strzały, teleobiektywy i makrofotografie często wyglądają świetnie w małych odbitkach lub JPG-ach wielkości strony internetowej. Mam 8 × 10 oka słonia i podobnej wielkości makro odbitkę pająka na ścianie mojego biura, które nawet z drugiego końca pokoju wyglądają świetnie. (Przynajmniej dla mnie wyglądają świetnie, ale zauważysz, że wiszą w moim biurze. Powiesiłem je w kilku innych miejscach w domu i taktownie powiedziano mi, że „naprawdę nie pasują do mebli w salonie”, więc może nie dla wszystkich wyglądają tak świetnie.)
Nie ma tam świetnej kompozycji ani innych czynników, które sprawiłyby, że te zdjęcia byłyby dla mnie atrakcyjne, ale i tak uważam je za fascynujące. Być może dlatego, że nawet przy małym rozmiarze, mój ludzki wzrok może dostrzec szczegóły na zdjęciu, których nigdy nie mógłbym zobaczyć patrząc na słonia lub pająka „gołym okiem”.
Z drugiej strony, kiedy dostaję dobry szeroki kąt lub ujęcie krajobrazowe, prawie nawet nie zawracam sobie głowy zamieszczaniem grafiki w rozmiarze internetowym lub robieniem małej odbitki (i nie zamierzam zaczynać dla tego artykułu). Chcę, żeby to było wydrukowane DUŻO. Myślę, że być może po to, aby mój ludzki wzrok mógł przeskanować obraz, wyłapując drobne szczegóły, które są całkowicie tracone, gdy jest on pomniejszony. I za każdym razem robię duży druk, nawet sceny, w której byłem tuzin razy, zauważam rzeczy na zdjęciu, których nigdy nie widziałem, kiedy byłem tam osobiście.
Prawdopodobnie „wideo”, które mój mózg robi podczas skanowania druku dostarcza dużo więcej szczegółów i uważam, że jest to bardziej przyjemne niż kompozycja zdjęcia dałaby, kiedy jest ono wydrukowane małe (lub które widziałem, kiedy faktycznie byłem na miejscu).
I być może podświadome „skanowanie” że moja wizja robi w poprzek fotografii rachunki dla dlaczego rzeczy jak „reguła trzecich” i selektywne skupienie ciągnie moje oko do pewnych części fotografii. Być może my fotografowie po prostu zorientowaliśmy się, jak mózg przetwarza obrazy i wykorzystaliśmy to poprzez praktyczne doświadczenie, nie znając całej nauki z tym związanej.
Ale wydaje mi się, że mój jedyny prawdziwy wniosek jest taki: fotografia NIE jest dokładnie tym, co moje oko i mózg widziały na miejscu zdarzenia. Kiedy mam dobre ujęcie, to jest to coś innego i coś lepszego, jak to, co Winogrand powiedział w dwóch cytatach powyżej, a także w tym cytacie:
Widzisz, że coś się dzieje i walisz w to. Albo dostajesz to, co widziałeś, albo dostajesz coś innego – i cokolwiek jest lepsze, drukujesz.
O autorze: Roger Cicala jest założycielem firmy LensRentals. Ten artykuł został pierwotnie opublikowany tutaj.
Opracowanie: Moje oko z bliska przez machinecodeblue, Nikh’s eye through camera’s eye from my eyes for your eyes 🙂 by slalit, Schematic of the Human Eye by entirelysubjective, My left eye retina by Richard Masoner / Cyclelicious, Chromatic aberration (sort of) by moppet65535