Сетчатка глаза сколько мегапикселей
Очень часто фотографы, а иногда и люди из других специальностей, проявляют интерес к собственному зрению.
Вопрос, казалось бы, простой на первый взгляд… можно погуглить, и всё станет ясно. Но практически все статейки в сети дают либо «космические» числа — вроде 400-600 мегапикселей (Мп), либо это и вовсе какие-то убогие рассуждения.
Поэтому постараюсь кратко, но последовательно, чтобы никто ничего не упустил, раскрыть эту тему.
Начнём с общей структуры зрительной системы
- Сетчатка
- Зрительный нерв.
- Таламус(ЛКТ).
- Зрительная кора.
Сетчатка состоит из трёх типов рецепторов: палочки, колбочки, фоторецепторы(ipRGC).
Нас интересуют только колбочки и палочки, так как они создают картинку.
- Колбочки воспринимают синий, зелёный, красный цвета.
- Палочки формируют яркостную составляющую с наибольшей чувствительностью в бирюзовом цвете.
Колбочек в среднем 7 млн, а палочек — около 120 млн.
Практически все колбочки расположены в центральной ямке FOVEA (жёлтое пятно в центре сетчатки). Именно fovea отвечает за самую чёткую область зрительного поля.
Для лучшего понимания проясню — fovea покрывает ноготь на мизинце на вытянутой руке, разрешающий угол примерно 1,5 градуса. Чем дальше от центра fovea, тем более размытую картинку мы видим.
Плотность распределения палочек и колбочек в сетчатке.
Палочки отвечают за восприятие яркости/контраста. Наибольшая плотность палочек — примерно по-середине между центральной ямкой и краем сетчатки.
Интересный факт — многие из вас замечали мерцание старых мониторов и телевизоров при взгляде на них «боковым зрением», а когда смотрите прямо, то всё отлично, было, да?)
Это происходит по причине наибольшей плотности палочек в боковой части сетчатки. Чёткость зрения там паршивая, зато чувствительность к изменению яркости — самая высокая.
Как раз эта особенность и помогала нашим предкам быстро реагировать на самые мелкие движения на периферии зрения, чтобы тигры не пооткусывали им задницы)
Итак, что мы имеем — сетчатка содержит суммарно около 130 Мп. Ура, вот и ответ!
Нет… это только начало и цифра далека от верного значения.
Вернёмся снова к центральной ямке fovea.
Колбочки в самой центральной части ямки «umbo» имеют каждая свой аксон (нервное волокно).
Т.е. эти рецепторы, можно сказать, самые приоритетные — сигнал от них
почти
напрямую поступает в зрительную кору мозга.
Колбочки, расположенные дальше от центра, уже собираются в группы по несколько штук — они называются «рецептивные поля».
Например, 5 колбочек соединяются с одним аксоном, и дальше сигнал идёт по зрительному нерву в кору.
На этой схеме как раз показан случай такой группировки нескольких колбочек в рецептивное поле.
Палочки, в свою очередь, собираются в группы по несколько тысяч — для них важна не резкость картинки, а яркость.
Итак, промежуточный вывод:
- каждая колбочка в самом центре сетчатки имеет свой аксон,
- колбочки на границах центральной ямки собираются в рецептивные поля по несколько штук,
- несколько тысяч палочек соединяются с одним аксоном.
Здесь начинается самое интересное — ~130 миллионов рецепторов превращаются за счёт группировки в 1 миллион нервных волокон (аксонов).
Да, всего один миллион!
Но как же так?!
В фотиках матрицы по 100500 мегапикселей, а наши глаза всё равно круче!
Сейчас и до этого доберёмся)
Значит, 130 Мп превратились в 1 Мп, и мы каждый день смотрим на мир вокруг… хорошая графика, не так ли?)
Есть пара инструментов, помогающих нам видеть мир вокруг
почти постоянно почти чётким:
1.Наши глаза совершают микро- и макросаккады — что-то типа постоянных перемещений взгляда.
Макросаккады — произвольные движения глаз, когда человек рассматривает что-то. В это время происходит «буферизация» или слияние соседних изображений, поэтому мир вокруг нам кажется чётким.
Микросаккады — непроизвольные, очень быстрые и мелкие (несколько угловых минут) движения.
Они необходимы для того, чтобы рецепторы сетчатки банально успевали насинтезировать новых зрительных пигментов — иначе поле зрения просто будет серым.
2.Ретинальная проекция
Начну с примера — когда мы читаем что-то с монитора и постепенно крутим колёсико мышки для перемещения текста, то текст не смазывается… хотя должен) Это очень занятная фишка — здесь в работу подключается зрительная кора.
Она постоянно держит в буфере картинку и при резком смещении объекта/текста перед зрителем быстро смещает эту картинку и накладывает на реальное изображение.
А как же она знает, куда смещать?
Очень просто — Ваше движение пальцем по колёсику уже изучено моторной корой до миллиметров… Зрительная и моторная области работают синхронно, поэтому Вы не видите смаза.
А вот когда кто-то другой крутанёт колёсико….:)
Зрительный нерв
С каждого глаза выходит зрительный нерв плотностью ~1 Мп (от 770 тысяч до 1,6 млн пикселей — кому как повезло), дальше нервы с левого и правого глаз пересекаются в оптической хиазме — это видно на первой картинке — происходит смешение аксонов примерно по 53% с каждого глаза.
Потом два этих пучка попадают в левую и правую части таламуса — это такой «распределитель» сигналов в самом центре мозга.
В таламусе происходит, можно сказать, первичная «ретушь» картинки — повышается контраст.
Далее сигнал из таламуса поступает в зрительную кору.
И здесь происходит невероятное количество процессов, вот основные:
- слияние картинок с двух глаз в одну — происходит что-то типа наложения (1 Мп так и остаётся),
- определение элементарных форм — палочек, кружочков, треугольников,
- определение сложных шаблонов — лица, дома, машины и т.д.,
- обработка движения,
- покраска картинки. Да, именно покраска, до этого в кору просто поступали аналоговые импульсы разной частоты,
- ретушь слепых зон сетчатки — без этого мы бы видели постоянно перед собой два тёмно-серых пятна размером с яблоко,
- ещё уйма «фотошопа»,
- и наконец, вывод финального изображения — то, что вы и называете зрением — феномен зрения.
Так почему же, спросите вы, мы не видим отдельных пикселей? Картинка должна быть совсем убогая, как на старой приставке!
В этом и заключается суть феноменологии зрения — у вас ОДНА зрительная система. Вы не можете посмотреть на свою же картинку со стороны.
Если бы человек обладал двумя зрительными системами и по желанию мог переключиться с системы 1 на систему 2 и оценить как работает первая система — тогда да, ситуация была бы печальная 🙂
Но имея одну зрительную систему ВЫ сами и являетесь этой картинкой, которую видите!
Зрительная кора сама осознаёт процесс зрения. Перечитайте это несколько раз.
При травме первичной зрительной коры человек не понимает, что он слеп — это называется анозогнозия, т.е. картинку он совершенно не видит, но при этом может нормально ходить по коридору с препятствиями(первая ссылка в списке).
Завершая эту, надеюсь, краткую и понятную статью, хочу напомнить — мы все имеем картинку в ~1 Мп… живите с этим 🙂
Литература:
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.cell.com/fulltext/S0960-9822(08)01433-4
https://iovs.arvojournals.org/article.aspx?articleid=2161180
https://en.wikipedia.org/wiki/Fovea_centralis
https://en.wikipedia.org/wiki/Photoreceptor_cell
UPD: поступило заметное количество комментариев/вопросов про цветоощущение. Если эта тема интересна — напишите тег #цветоощущение — займусь созданием статьи.
Источник
Статья автора MaksymBondarenkoс ресурса Habr
Очень часто фотографы, а иногда и люди из других специальностей, проявляют интерес к собственному зрению.
Вопрос, казалось бы, простой на первый взгляд… можно погуглить, и всё станет ясно. Но практически все статейки в сети дают либо «космические» числа — вроде 400-600 мегапикселей (Мп), либо это и вовсе какие-то убогие рассуждения.
Поэтому постараюсь кратко, но последовательно, чтобы никто ничего не упустил, раскрыть эту тему.
Начнём с общей структуры зрительной системы
- Сетчатка
- Зрительный нерв.
- Таламус(ЛКТ).
- Зрительная кора.
Сетчатка состоит из трёх типов рецепторов: палочки, колбочки, фоторецепторы(ipRGC).
Нас интересуют только колбочки и палочки, так как они создают картинку.
- Колбочки воспринимают синий, зелёный, красный цвета.
- Палочки формируют яркостную составляющую с наибольшей чувствительностью в бирюзовом цвете.
Колбочек в среднем 7 млн, а палочек — около 120 млн.
Практически все колбочки расположены в центральной ямке FOVEA (жёлтое пятно в центре сетчатки). Именно fovea отвечает за самую чёткую область зрительного поля.
Для лучшего понимания проясню — fovea покрывает ноготь на мизинце на вытянутой руке, разрешающий угол примерно 1,5 градуса. Чем дальше от центра fovea, тем более размытую картинку мы видим.
Плотность распределения палочек и колбочек в сетчатке.
Палочки отвечают за восприятие яркости/контраста. Наибольшая плотность палочек — примерно по-середине между центральной ямкой и краем сетчатки.
Интересный факт — многие из вас замечали мерцание старых мониторов и телевизоров при взгляде на них «боковым зрением», а когда смотрите прямо, то всё отлично, было, да?)
Это происходит по причине наибольшей плотности палочек в боковой части сетчатки. Чёткость зрения там паршивая, зато чувствительность к изменению яркости — самая высокая.
Как раз эта особенность и помогала нашим предкам быстро реагировать на самые мелкие движения на периферии зрения, чтобы тигры не пооткусывали им задницы)
Итак, что мы имеем — сетчатка содержит суммарно около 130 Мп. Ура, вот и ответ!
Нет… это только начало и цифра далека от верного значения.
Вернёмся снова к центральной ямке fovea.
Колбочки в самой центральной части ямки «umbo» имеют каждая свой аксон (нервное волокно).
Т.е. эти рецепторы, можно сказать, самые приоритетные — сигнал от них почти напрямую поступает в зрительную кору мозга.
Колбочки, расположенные дальше от центра, уже собираются в группы по несколько штук — они называются «рецептивные поля
Например, 5 колбочек соединяются с одним аксоном, и дальше сигнал идёт по зрительному нерву в кору.
На этой схеме как раз показан случай такой группировки нескольких колбочек в рецептивное поле.
Палочки, в свою очередь, собираются в группы по несколько тысяч — для них важна не резкость картинки, а яркость.
Итак, промежуточный вывод:
- каждая колбочка в самом центре сетчатки имеет свой аксон,
- колбочки на границах центральной ямки собираются в рецептивные поля по несколько штук,
- несколько тысяч палочек соединяются с одним аксоном.
Здесь начинается самое интересное — ~130 миллионов рецепторов превращаются за счёт группировки в 1 миллион нервных волокон (аксонов).
Да, всего один миллион!
Но как же так?!
В фотиках матрицы по 100500 мегапикселей, а наши глаза всё равно круче!
Интересно??? Тогда читай полную статью автора MaksymBondarenko
на ресурсе Habr, там много годноты!
Каково разрешение человеческого глаза (или сколько мегапикселей мы видим в каждый отдельный момент времени)
Источник
Вы когда-нибудь задумывались над тем, какое же разрешение, эквивалентное пиксельному на фотоаппарате, имеет наше с вами зрение? Может ли конкурировать самая мощная фотокамера в мире со строением человеческого глаза? И почему же камера и наши глаза видят мир совершенно по-разному? Давайте попробуем вместе во всем этом разобраться в данной статье.
Что круче: человеческий глаз или самый мощный фотоаппарат в мире?
Сколько мегапикселей имеет человеческий глаз?
Человеческая сетчатка глаза обладает примерно 5 миллионами цветных рецепторов, что в переводе на пиксельный язык равняется всего лишь 5 мегапикселям. Не самый продвинутый показатель, по сравнению с современными устройствами, не так ли?
Несмотря на это, человеческий глаз имеет еще около ста миллионов монохромных рецепторов, которые определяют создание анализирующим поступающую информацию устройством — мозгом — полной картины окружающего пространства. Кроме того, органы зрения человека, в отличие от фотокамеры, принимают информацию не статично, а в движении, таким образом формируя общее панорамное изображение, эквивалентное 576 мегапикселям. Что же, а вот этот результат уже воодушевляет!
У каких животных самое лучшее зрение?
Несмотря на сложную систему устройства человеческого зрения, позволяющую добиться впечатляющего результата в 576 мегапикселей, в природе этот показатель не считается пределом. Самой сложной зрительной системой среди всех обитающих на планете Земля существ, обладают так называемые павлиновые креветки-богомолы (lysiosquillina glabriuscula), которые обитают у берегов Австралии. Согласно исследованиям, эти удивительные существа обладают сверхмощных зрением, который во многом превосходит все известные человеку оптические системы.
Уникальная креветка, обитающая в районе Большого Барьерного Рифа, обладает самым совершенным в природе зрением
Lysiosquillina glabriuscula имеет уникальную способность видеть мир в поляризованном свете. Иными словами, креветки способны неосознанно пользоваться теми же продвинутыми 3D технологиями, которыми пользуются современные голливудские специалисты во время создания спецэффектов для блокбастеров. Зоологи считают, что функция подобного зрения может использоваться во время проведения брачного периода или же просто при общении между креветками-богомолами.
Креветки могут видеть окружающий их мир в ослепительно ярком свете
Что же именно могут видеть своими уникальными глазами эти морские существа? Исследователи считают, что зрение павлиновых креветок может воспринимать невидимый человеческому глазу циркулярно поляризованный свет, который можно пронаблюдать в лабораторных условиях при использовании специальных очков с поляризаторами.
Читайте также: Создана камера, способная делать снимки с расстояния в 45 километров
Помимо креветок, одним из самых совершенных видов зрения в природе обладают мухи. Считается, что скорость частоты смены кадров в глазах у этих насекомых во много раз превосходит человеческие показатели. Так, частота смены изображений у мух составляет около 300 кадров минуту, в то время как у человека этот показатель равен всего лишь 24 кадрам.
Канадский музей насекомых Victoria Bug Zoo разработал необычную концепцию стенда, который позволяет прохожим взглянуть на мир глазами насекомых
Уникальная зрительная система мухи обладает приблизительно 3,5 тысячами мелких шестигранных фасеток, каждая из которых способна улавливать лишь самую мизерную деталь изображения. Благодаря такому устройству глаза, муха способна мгновенно ориентироваться в пространстве, что, по сути, и делает ее столь неуловимой для запущенного тапка.
Как выглядит самый мощный фотоаппарат в мире?
Самой мощной фотокамерой в мире по праву признана камера на 3,2 гигапикселя, которая была разработана в рамках строительства Большого Синоптического Исследовательского Телескопа в Чили. Разработчики считают, что начало эксплуатации самой мощной фотокамеры в мире произойдет уже совсем скоро — в 2022 году. Гигантский фотоаппарат весит приблизительно 3 тонны, при этом имея размеры небольшого автомобиля. Согласно расчетам, активная эксплуатация телескопа будет происходить в течение 10 лет, во время которых фотокамера телескопа будет делать около 800 снимков неба в высочайшем разрешении. Ученые надеются, что использование подобного телескопа сможет помочь человечеству гораздо лучше узнать Вселенную, чем когда-либо раньше.
Концепт LSST — наземного телескопа нового поколения с самой совершенной в мире фотокамерой
Как вы считаете, возможно ли когда-нибудь создать устройство, которое сможет превзойти человеческий глаз по всем параметрам? Давайте попробуем обсудить этот вопрос в нашем Telegram-чате или на канале Hi-News в Яндекс.Дзен.
Источник
:DDDDDDD!!!!Разрешение человеческого глаза? Оч ржачный вопрос:):): )
Дело в том, что цифровая техника должна хранить изображение ТОЛЬКО в цифровом виде (т. е. с помощью чисел — компьютер не может запоминать картинки как они есть) . Чтоб это осуществить изображение разбивается на пикселы (наименьшая деталь картинки, значение которой можно задать числом) и сохраняется в виде матрицы цифр.
Ну это я так, просветил: ) Теперь по сути вопроса: )
Если рассматривать человеческий глаз, то равносильной ему деталью в фотоаппарате будет оптика, а оптика разрешения не имеет. Она всего лишь воспринимает изображение. Далее полученное изображение проецируется на матрицу, и тут вот уже появляется разрешение: ) Эт кол-во пикселов на которое может «разбить» данное изображение данный фотоаппарат. Человеческий же мозг воспринимает и сохраняет картинку «как есть» — ему не надо переводить её в цифровой вид, а значит понятие «разрешение» тоже отпадает; )
Написал сложновато.. . Если чего не понятно, то потом могу по подробнее рассказать)
Вопрос задан некорректно.
Мегапиксель, 10 в 6 степени пикселей, не является разрешением
Вопрос и правда не коректен, ведь давние заблуждения по поводу устройства глаза, фоторецепторов и нервов, передающих «изображение» в моСк не очень и верны:
«Глаз вместе с мозгом — это «компьютер», обрабатывающий спектры пространственных частот и их функции корреляции, а не аналог фотоаппарата. »
Читайте далее.. .
<a rel=»nofollow» href=»https://nauka.relis.ru/05/0409/05409054.htm» target=»_blank»>https://nauka.relis.ru/05/0409/05409054.htm</a>
А вот ещё одна статья, там интересное мнение про «разрешение» человееского глаза (100 Мпикселей типа) :
<a rel=»nofollow» href=»https://www.membrana.ru/articles/health/2005/04/07/205000.html» target=»_blank»>https://www.membrana.ru/articles/health/2005/04/07/205000.html</a>
Оптическое разрешение человеческого глаза при остроте зрения в 1 единицу — 1 угловая минута. В некоторых случаях глаз человека имеет остроту зрения 1,5 единицы, в таком случае оптическое разрешение его глаза составляет 40 угловых секунд. Острота зрения в 1 единицу соответствует 100 мегапикселям на один глаз, если сравнивать в цифровой фотокамерой, соответственно нормальное разрешения зрения человека около 200 мегапикселей.
Разрешение взято по количеству светочуствительных клеток — палочек, которые не различают цветов. За цветоопределение отвечают колбочки, которых в несколько раз меньше, поэтому по цвету у человека разрешение тоже меньше, и цвет очень удаленного или мелкого предмета вы скорее всего не различите. Но на остроту зрения это не влияет.
Следует заметить, что разрешение глаза человека несмотря на значительное по сравнению с большинством животных количество «пикселей» невелико. В отличие, например, от глаза орла, человеческий глаз не имеет зума, и на расстоянии километра может не заметить диск диаметром 25 см. Глаз орла (и некоторых других птиц) может приближать и удалять объекты, как зум фото- или видеокамеры, но он гораздо проще по устройству. При повороте его зрачка вперёд сетчатка в глубине глаза максимально удалена от хрусталика, когда же птица смотрит вбок, сетчатка на боковой поверхности глазного яблока намного ближе к хрусталику и обеспечивает глазу широкий обзор. Разрешение сетчатки орла тоже в 4 раза выше человеческого. Перемножаясь с зумом, эти показатели дают большое преимущество, заменяя мощный бинокль. <a href=»/» rel=»nofollow» title=»2683055:##:https://www.imbf.org/docs/sermons-popular/storyeagle.htm» target=»_blank» >[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>
Современная техника позволяет с орбиты планеты читать заголовки газет и различать звёздочки на погонах. В системах ближайших звёзд, находящихся от нас на расстоянии нескольких световых лет, были обнаружены крупнейшие планеты (газовые гиганты, похожие на наши Сатурн и Юпитер).
Изображение на сетчатке глаза и изображение на фотографии принципиально отличаются друг от друга.
Изображение на фотографии должно покрывать широкое пространственное поле и обеспечивать одинаково качественное изображение всех элементов этого поля.
Глаз должен обеспечить мозгу быстрое общее впечатление от видимой сцены и качественное изображение в небольшой области в центре поля зрения. В случае, если необходима более поддробная информация об объекте, глаза, подобно узкому лучу прожектора, сканирует объект, замечая и распознавая более мелкие детали.
Вследстве этого, область чёткого (фотографического) изображения имеет у глаза угловой размер не более 3 градусов. Поскольку разрешающая способность глаза около 1 угловой минуты, что условно примем за размер «пикселя» , то область фотографической чёткости имеет размер примерно 180х180 пискелей или 0.03 мегапикселя.
За пределами области наибольшей чёткости разрешающая способность глаза уменьшается, и на периферии зрительного поля (боковое зрение) глаз воспринимает только движущиеся/статичные цветные пятна неопределённой формы, которые могут быть распознаны только как типовые объекты заложеной в память «библиотеки» наиболее часто встречающихся изображений.
С вышесказанным входит в кажущееся противоречие тот факт, что количество зрительных клеток в сетчатке составляет около 150 млн. Однако противоречия никакого нет. Минимальной воспринимающей ячейкой глаза является не отдельная светочувствительная клетка, а группа (поле) рядом стоящих клеток. Эта группа, благодаря многослойной системе нейронов, располагающейся в нижних слоях сетчатки, может независимо от сознания осуществлять довольно сложную автоматическую обработку изображения: фиксировать однородность поля по освещённости, обнаруживать границу тёмного и светлого фрагмента, определять наличие движения изображения и с точностью до 30º его направление и т. д.
Таким образом, количество «пикселей» в глазу примерно на два порядка меньше, чем количество светочувствительных клеток.
Дополню:
Цветовая чувствительность глаза на порядок меньше яркостной.
И еще есть диапазон яркостей ок 250 Дб, лучшая Пленка дает ок 150 Дб.
А у голубя еще выше.. . И не надо забывать про мозг. Так называемые Оптические Обманы связаны с обработкой изображения мозгом.
В общем — сплошные нюансы.
Короче человекческий глаз может воспринимать разрешение 7к. То есть телевизоры 8к это предел потому что дальше разницы в качестве картинки мы не заметим!!! Получается не вооруженным глазом мы можем видеть порядка 7000 точек на дюйм, если их будет больше разницы не заметим что 7000 что 15000 будет нам одинаково (не вооруженным глазом) а некоторые с просевшим зрением и 4к от 8к не отличат!!!!
Очень много смешного текста в ответах, типа «Человеческий же мозг воспринимает и сохраняет картинку «как есть»»
Исходя из разрозненной информации в интернете человек не увидит больше, чем 500 мегапикселей одновременно (по некоторым данным больше чем 105 мегапикселей). Т. е. если смотреть в телевизор, который показывает 500 мп, то с учетом того, что картинка помещается вся в угол зрения, отдельных пикселей увидеть не удастся.
Но как уже сказали, матрица в сетачтке не одна — есть матрица для различия цветов, есть для реагирования на интенсивность и т. п. Если бы в быту использовали такую технику (и на ней соответственно писали бы не просто 5Mp, на, например 5mp-color,10 mp gray), тогда можно было бы и сравнить.
Вся проблема в том, что фото-видео техника считывает изображение путём воздействия видимого света на фотосенсоры матрицы. Создавая подобное инженерное сооружение, учёные во многом брали пример с процессов, уже происходящих в природе, а именно- природе зрения.
Можно провести прямую аналогию считывающих устройств в матрице и специализированных клеток, к примеру глазного дна человеческого глаза, , преобразующих видимый свет в нервные импульсы. Таким образом чувствительность человеческого глаза, если грубо перевести его в аналогии с чувствительностью матрицы видеокамеры, соответствует примерно 120-130 Мегапикселям, по общему количеству специализированных клеток (палочек и колбочек) глазного дна. Конечно это является большим допущением, но на мой взгляд, наиболее приближено к истине.
Какое разрешение человеческого глаза? Или какой минимальный объект «а» можно увидеть с расстояния «А»?
В это трудно поверить, но разрешение нашего глаза (одного) это 640 мегапикселей. Если сравнись с современном качестве сёмки в среднем это от 12-32 и выше.
Источник
