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Title: ¿Ve el ojo humano a 4k? Notas sobre la resolución y otros detalles del ojo humano EL 4K DEPENDE DE LA DISTANCIA DE VISION
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Contenido

Notas sobre la resolución de la
agudeza visual del ojo humano y la resolución de detalles en las impresiones
¿Cuántos megapíxeles equivalentes tiene el ojo?
La sensibilidad del ojo humano (equivalente a ISO)
El rango dinámico del ojo
La longitud focal del ojo
También vea la serie sobre el color en el cielo nocturno

Notas sobre la resolución del ojo humano ¿Cuál es la resolución de la combinación de ojo humano u ojo más cerebro en las personas? Parece que hay muchos números diferentes citados.

La agudeza visual se define como 1 / a donde a es la respuesta en x / arco-minuto. El problema es que varios investigadores han definido x como cosas diferentes. Sin embargo, cuando las definiciones diferentes se normalizan a la misma cosa, los resultados concuerdan. Aquí está el problema:

Normalmente se usa un patrón de prueba de rejilla, por lo que x se define como ciclos en el patrón. Diferentes investigadores han usado una línea, un par de líneas y un ciclo completo como la definición de x. Así, reportan valores aparentemente diferentes para la agudeza visual y la resolución. Es fácil recompensar la agudeza a un estándar común, cuando el estudio define lo que se utilizó.

Entonces, cuando definimos x como un par de líneas, como se hace normalmente en la óptica moderna, el valor de 1 / a es 1.7 bajo buenas condiciones de iluminación. Esto fue determinado por primera vez por Konig (1897 [sí, eso es 1897] en 'Die Abhangigkeit der Sehscharfe von der Beleuchtungsintensitat,' SB Akad. Wiss. Berlin, 559-575. También en: Hecht (1931, 'The Retinal Processes Concerned with Visual Visuality. y Color Vision, 'Boletín No. 4 del Laboratorio de Oftalmología de Howe, Harvard Medical School, Cambridge, Massachusetts.) Una trama resumida de numerosos sujetos de agudeza visual en función del brillo aparece como Pirenne (1967, "Vision and the Eye, "Chapman and Hall, Londres, página 132).

La agudeza = 1.7 cuando el nivel de luz es mayor que aproximadamente 0.1 Lambert. Un Lambert es una unidad de luminancia igual a 1 / pi candela por centímetro cuadrado. Una candela es una sexagésima parte de la intensidad de un centímetro cuadrado de un cuerpo negro a la temperatura de solidificación del platino. De acuerdo con el diccionario de fotónica http://www.photonics.com/dictionary, una fuente puntual de una intensidad de candela irradia un lumen en un ángulo sólido de un esteriano .

La agudeza de 1.7 corresponde a 0.59 minutos de arco POR PAR DE LINEA. No puedo encontrar ninguna otra investigación que contradiga esto de ninguna manera.

Por lo tanto, uno necesita dos píxeles por par de líneas, ¡y eso significa un espacio de píxeles de 0.3 minutos de arco!

Blackwell (1946) derivó la resolución del ojo, que él llamó el ángulo visual crítico en función del brillo y el contraste. En luz brillante (por ejemplo, la luz de oficina típica a la luz solar total), el ángulo visual crítico es de 0,7 minutos por arco (vea Clark, 1990, para un análisis adicional de los datos de Blackwell). El número anterior, 0,7 arco-minuto, corresponde a la resolución de un punto como fuente no puntual. Nuevamente, necesita dos píxeles para decir que no es un punto, por lo que los píxeles deben estar a 0,35 arco-minuto (o más pequeños) en el límite de la agudeza visual, en estrecha concordancia con los pares de líneas. Los pares de líneas son más fáciles de detectar que los puntos, por lo que esto también es consistente, pero está más cerca de lo que pensé que sería.

En los estudios modernos, como Curcio et al. (1990), la agudeza se mide en ciclos por grado. Curcio et al. Derivados 77 ciclos por grado, o 0,78 arco-minuto / ciclo. Nuevamente, necesita un mínimo de 2 píxeles para definir un ciclo, por lo que el espacio entre píxeles es de 0.78 / 2 = 0.39 arco-minuto, cerca de los números anteriores.

Agudeza visual y resolución de detalles en impresiones

¿Cuántos píxeles se necesitan para coincidir con la resolución del ojo humano? Cada píxel no debe aparecer más grande que 0,3 minutos de arco. Considere una impresión de 20 x 13.3 pulgadas vista a 20 pulgadas. La impresión subtiende un ángulo de 53 x 35,3 grados, por lo que requiere 53 * 60 / .3 = 10600 x 35 * 60 / .3 = 7000 píxeles, para un total de ~ 74 megapixeles para mostrar detalles en los límites de la agudeza visual humana.

Los 10600 píxeles de más de 20 pulgadas corresponden a 530 píxeles por pulgada, lo que de hecho parecería muy nítido. Tenga en cuenta que en una prueba de impresora reciente, mostré que una impresión de 600 ppi tenía más detalles que una impresión de 300 ppi en una impresora HP1220C (1200x2400 puntos de impresión). He realizado algunas pruebas a ciegas en las que un espectador tuvo que ordenar 4 fotos (150, 300, 600 y 600 ppi). Los dos 600 ppi se imprimieron a 1200x1200 y 1200x2400 ppp. Hasta ahora, todos han recibido el orden correcto de mayor a menor ppi (incluye personas de hasta 50 años). Consulte: http://www.clarkvision.com/articles/printer-ppi

¿Cuántos megapíxeles equivalentes tiene el ojo?

El ojo no es una cámara de instantáneas de un solo cuadro. Es más como una transmisión de video. El ojo se mueve rápidamente en pequeñas cantidades angulares y actualiza continuamente la imagen en el cerebro para "pintar" el detalle. También tenemos dos ojos, y nuestros cerebros combinan las señales para aumentar aún más la resolución. Normalmente también movemos nuestros ojos alrededor de la escena para recopilar más información. Debido a estos factores, el ojo más el cerebro ensambla una imagen de mayor resolución que la posible con el número de fotorreceptores en la retina. Por lo tanto, los números equivalentes en megapíxeles a continuación se refieren al detalle espacial en una imagen que se requeriría para mostrar lo que el ojo humano podría ver cuando se ve una escena.

Con base en los datos anteriores para la resolución del ojo humano, primero probemos un ejemplo "pequeño". Considere una vista frente a usted que tenga 90 grados por 90 grados, como mirar una escena a través de una ventana abierta. El número de píxeles sería
90 grados * 60 arco-minutos / grado * 1 / 0.3 * 90 * 60 * 1 / 0.3 = 324,000,000 píxeles (324 megapixeles).
En cualquier momento, realmente no percibes tantos píxeles, pero tu ojo se mueve alrededor de la escena para ver todos los detalles que deseas. Pero el ojo humano realmente ve un campo de visión más grande, cerca de 180 grados. Seamos conservadores y utilicemos 120 grados para el campo de visión. Entonces veríamos
120 * 120 * 60 * 60 / (0.3 * 0.3) = 576 megapíxeles.
El ángulo completo de la visión humana requeriría incluso más megapíxeles. Este tipo de detalle de imagen requiere una cámara de gran formato para grabar.

La Sensibilidad del Ojo Humano (Equivalente ISO)

En niveles de poca luz, el ojo humano se integra hasta aproximadamente 15 segundos (Blackwell, J. Opt. Society America, v 36, p624-643, 1946). La ISO cambia con el nivel de luz al aumentar la rodopsina en la retina. Este proceso demora media hora en completarse, y eso supone que no ha estado expuesto a la luz solar brillante durante el día. Suponiendo que uses lentes oscuros y que te adaptes bien a la oscuridad, puedes ver estrellas bastante débiles lejos de la ciudad. Sobre esta base, se puede hacer una estimación razonable del ojo adaptado a la oscuridad.

En una exposición de prueba que realicé con una lente de apertura Canon 10D y 5 pulgadas, la DSLR puede grabar 14 estrellas de magnitud en 12 segundos a ISO 400. Puede ver 14 estrellas de magnitud en unos pocos segundos con la misma lente de apertura. (Clark, RN, Astronomía visual del cielo profundo, Cambridge U. Press y Sky Publishing, 355 páginas, Cambridge, 1990.)

Así que estimaría que el ojo adaptado a la oscuridad sería de ISO 800.

Tenga en cuenta que en ISO 800 en una 10D, la ganancia es de 2,7 electrones / píxel (referencia: http://clarkvision.com/articles/digital.signal.to.noise ) que sería similar a la del ojo al poder ver una pareja De fotones para una detección.

Durante el día, el ojo es mucho menos sensible, más de 600 veces menos (Middleton, Visión a través de la atmósfera, U. Toronto Press, Toronto, 1958), que situaría el equivalente de ISO en aproximadamente 1.

El rango dinámico del ojo

El ojo humano puede funcionar a la luz del sol y ver la tenue luz de las estrellas, un rango de más de 100 millones a uno. Los datos de Blackwell (1946) cubrieron un rango de brillo de 10 millones y no incluyeron intensidades más brillantes que sobre la Luna llena. El rango completo de adaptabilidad es del orden de mil millones a 1. Pero esto es como decir que una cámara puede funcionar en un rango similar al ajustar la ganancia ISO, la apertura y el tiempo de exposición.

En cualquier vista, el ojo ojo puede ver más de un rango de 10,000 en la detección de contraste, pero depende del brillo de la escena, y el rango disminuye con los objetivos de menor contraste. El ojo es un detector de contraste, no un detector absoluto como el sensor en una cámara digital, por lo tanto, la distinción. (Vea la Figura 2.6 en Clark, 1990; Blackwell, 1946, y las referencias en ella). El alcance del ojo humano es mayor que cualquier película o cámara digital de consumo.

Aquí hay un experimento simple que puedes hacer. Sal con una carta estelar en una noche clara con luna llena. Espera unos minutos a que se ajusten tus ojos. Ahora encuentra las estrellas más débiles que puedas detectar cuando puedas ver la luna llena en tu campo de visión. Intenta limitar la luna y las estrellas a unos 45 grados de altura (el cenit). Si tiene cielos despejados lejos de las luces de la ciudad, probablemente podrá ver estrellas de magnitud 3. La luna llena tiene una magnitud estelar de -12.5. Si puede ver una magnitud de 2,5 estrellas, el rango de magnitud que está viendo es 15. Cada 5 magnitudes es un factor de 100, por lo que 15 es 100 * 100 * 100 = 1,000,000. Por lo tanto, el rango dinámico en esta condición de luz relativamente baja es de aproximadamente 1 millón a uno, (20 paradas) ¡quizás más alto!

Otra prueba es usar un telescopio para ver la estrella más brillante en el cielo nocturno, Sirio A y es un compañero cercano, Sirio B. La distancia de Sirio A a Sirio B varía en su órbita pero varía de aproximadamente 3 a 12 segundos de arco. Por eso siempre está cerca, incluso en grandes telescopios. Sin embargo, con una buena óptica (destello bajo) y una atmósfera clara, se pueden ver ambas. Sirius A tiene un brillo de -1.47 magnitudes estelares y Sirius B 8.44 magnitudes, para un rango de brillo de 10.28 magnitudes o un rango de brillo de 12,900, o 13.7 paradas. La detección de estrellas débiles cerca de una estrella brillante puede verse limitada por el destello del lente / telescopio. Pero a distancias mayores que Sirius A y B, las estrellas más débiles pueden detectarse en la misma vista que las estrellas brillantes, por lo que el rango dinámico es más de 13.7 paradas.

En mis propias pruebas realicé un experimento en el que se veía una nube brillante fuera de una ventana, y los detalles en una habitación oscura se midieron con un medidor de luz y se descubrió que eran 14 paradas más débiles. Múltiples personas pudieron ver detalles tanto en la nube como en el cuarto oscuro en la misma vista.

La longitud focal del ojo

¿Cuál es la longitud focal del ojo? Hice una búsqueda en Google y encontré muchas "respuestas" que iban de 17 mm a 50 mm (50 es totalmente absurda). Para la respuesta correcta, está Referencia: Luz, Color y Visión, Hunt et al., Chapman and Hall, Ltd, Londres, 1968, página 49 para "adulto europeo estándar":

Distancia focal del objeto del ojo = 16.7 mm
Distancia focal de la imagen del ojo = 22.3 mm

La distancia focal del objeto es para los rayos que salen del ojo. Pero para una imagen en la retina, la distancia focal de la imagen es lo que uno quiere. Por ejemplo, consulte: http://galileo.phys.virginia.edu/classes/531.cas8m.fall04/l11.pdf .

Así que esto explica la longitud focal de ~ 17 mm comúnmente citada, pero el valor correcto es la distancia focal de ~ 22 mm

Esto tiene más sentido para la relación f /: con una apertura de 7 mm, la relación f / = 22.3 / 7 = 3.2.

Por supuesto, estos valores varían, con valores citados de 22 a 24 mm, igual con la abertura. La apertura máxima también disminuye con la edad.

El máximo de f / stop en la comunidad astronómica se especifica en f / 3.5 para un ojo humano adaptado a la oscuridad. Con una apertura máxima de 7 mm, esto implica aproximadamente una distancia focal de 25 mm. El aumento mínimo del telescopio astronómico se cita comúnmente como un cono de luz f / 3.5, lo que significa que si observa a través de un sistema más rápido, la óptica f / 3.5 del ojo no puede reunir toda la luz.

La respuesta espectral del ojo

También vea la serie sobre el color en el cielo nocturno:

Sí, puedes ver color en el cielo nocturno.

2a) El color del cielo nocturno
2b) El color de las estrellas
2c) El color de las nebulosas y el polvo interestelar en el cielo nocturno
2d) Verificación del color natural en las imágenes del cielo nocturno y comprensión de lo bueno y lo malo, procesamiento posterior
2e) Verificación del flujo de trabajo de procesamiento de imágenes por astrofotografía en color natural con contaminación lumínica
2f) Color verdadero del trapecio en M42, La Gran Nebulosa en Orión

Referencias
Blackwell, J. Optical Society America, v 36, p624-643, 1946

Curcio, CA, Sloan, KR, Kalina, RE y Hendrickson, AE, topografía de fotorreceptores humanos. Journal of Comparative Neurology 292, 497-523, 1990.

Clark, RN, Astronomía visual del cielo profundo , Cambridge University Press y Sky Publishing, 355 páginas, Cambridge, 1990.

Agudeza visual, http://webvision.med.utah.edu/KallSpatial.html

El ojo y la cámara, http://www.luminous-landscape.com/columns/eye-camera.shtml. (Un artículo interesante sobre la comparación de imágenes de cámara y el ojo.)


FUENTE : www.clarkvision.com/articles/eye-resolution.html


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