Źródło: Wikimedia Commons

Opisana wcześniej budowa ludzkiego oka implikuje kilka niedogodności. Daleki od idealnej sfery kształt gałki ocznej wraz z nierównomiernością soczewki powodują, że obraz na krańcach jest rozmazany. Skupienie czopków w środku obrazu (plamka żółta) daje zatem gwarancję wyraźnego widzenia kolorów jedynie w tym obszarze.

----- R E K L A M A -----

FUJIFILM X-T50 Z RABATEM 800 ZŁ!

Fujifilm X-T50 SILVER BODY

6748 zł 5948 zł

Fujifilm X-T50 SILVER + 15-45/3.5-5.6

7298 zł 6498 zł

Fujifilm X-T50 BLACK BODY

6748 zł 5948 zł

Fujifilm X-T50 SILVER + 16-50/2.8-4.8...

8248 zł 7448 zł

Raty 0%. Zostaw swój sprzęt w rozliczeniu.

Dodatkowo plamka ślepa powoduje, że pojedyncze oko wykazuje pewne braki w percepcji otaczającego nas świata. Jej obecność łatwo zademonstrować korzystając z planszy przygotowanej w XVII w. przez francuskiego zakonnika, Edme Mariotte’a.

Doświadczenie polega na zasłonięciu lewego oka i patrzeniu na krzyżyk, a w trakcie patrzenia przybliżaniu się i oddalaniu od planszy. W pewnej odległości od oka (około 30–40 cm) bordowy punkt na planszy zniknie, dając dowód na obecność plamki ślepej.

Gdy rozpatrujemy oko jako przyrząd optyczny rejestrujący obraz, porównanie z aparatem fotograficznym wygląda dość fatalnie.

Przykładowy obraz i symulacja jego odbioru z siatkówki oka (prawy).

Faktycznie można się pokusić o stwierdzenie, że oku bliżej do rozklekotanego i zanieczyszczonego „Heliosa” niż „wypieszczonego Zeissa”.

Niektórzy badacze uważają, że taki sposób pracy oka jest związany z pierwotną potrzebą, gdy drapieżniki, polując na swoją ofiarę, skupiały na niej wzrok, tak jak polują dziś tygrysy czy koty. Istotne jest dobre widzenie zachowania ofiary, podczas gdy kątem oka wystarczy „dostrzec” ruch obiektu, nie ma znaczenia, jakiego – mamy tylko wiedzieć, czy coś nie chce zapolować na nas. Nazywamy to widzeniem peryferyjnym.

Rekonstrukcja obrazu w mózgu

Patrzenie obojgiem oczu, tzw. stereoskopowe, umożliwia nie tylko analizę odległości, ale także zwiększenie powierzchni ostrego widzenia (żółte plamki obu oczu) oraz niwelację wpływu ślepej plamki (przesunięcie jej od centrum powoduje, że mózg może uzupełnić braki z drugiego oka).

Obraz, jaki widzimy, nie powstaje w oku, ale przez złożenie wielu kadrów w mózgu. Jak takie składanie się odbywa? Trudno nam patrzeć w jeden punkt, podświadomie omiatamy wzrokiem obserwowaną scenę. Mózg szuka charakterystycznych części, by rozpoznać elementy składowe sceny. Niektóre punkty są istotniejsze, inne mniej.

Przykład zmian punktu zainteresowania przy oglądaniu zdjęcia.

Patrząc na zdjęcie powyżej, zapewne wpierw spojrzymy na wiatę, później na kolorowe kwiatki z pierwszego planu, być może w kolejnej chwili skupimy się na gałęziach w prawym górnym rogu. To, w jaki sposób przenosimy wzrok, jest indywidualną cechą każdego z nas. W procesie edukacji wykształciliśmy jednak ten sam wzorzec ruchu gałki ocznej podczas czytania. Książka może być też dobrym eksperymentem na sprawdzenie, jak dobrze widzimy „kątem oka”. Wystarczy przybliżyć książkę, skupić wzrok na jednej linijce tekstu i nie zmieniając pozycji oka, starać się odcyfrować słowo na dole strony.

Taka rekonstrukcja w mózgu nie tylko przywraca rozdzielczość i kolorystykę w całym polu widzenia, umożliwia także dopasowanie jasności poszczególnych fragmentów obrazu – to cecha dająca jak dotąd niedoścignioną w technice cyfrowej dynamikę.

Patrzymy na wodospady	Patrzymy na niebo	Obraz jaki widzimy

Oko jako fotorejestrator

Ogniskowa

Soczewka ludzkiego oka nie ma wiele wspólnego z profesjonalnie wykonanym przyrządem optycznym – dwuwypukłą soczewką sferyczną. W wypadku ludzkiego oka krzywizny obu powierzchni są inne, o zmiennej refrakcji (współczynnik załamania soczewki, który jest wyższy w centrum i mniejszy na jej brzegach), trudno też przyrównać wewnętrzną powierzchnię do wycinka sfery. Dodatkowo znajduje się ona za rogówką, w komorze oka, zawieszona na rzęskowych mięśniach w przezroczystym płynie niebędącym destylowaną wodą. Kolejną trudnością jest akomodacja, czyli zdolność uzyskiwania ostrych obrazów z różnych odległości, która to realizuje się przez zmianę kształtu soczewki. Wszystko to powoduje trudność w jednoznacznym określeniu ogniskowej ludzkiego oka.

Możemy pokusić się jednak o pewne przybliżenie. Wiemy, że zakres ostrego obrazu uzyskujemy od okolic 25 cm do nieskończoności, choć w rzeczywistości oko akomoduje od 10 cm (punkt bliży wzrokowej) do okolic 6 m (punkt dali wzrokowej). Współczynnik załamania ciała szklistego (woda) wynosi 1.33, a odległości soczewki od siatkówki to u dorosłego człowieka 25 mm.

Policzmy odległość ogniska od strony siatkówki, czyli pomijamy wpływ załamania światła w rogówce.

Wzór na soczewkę przyjmie taką postać:

f – ogniskowa, s – odległość: s_o – obrazowa, s_p – przedmiotowa

Podstawiając nasze dane, otrzymamy:

Gdy czytamy książkę, ogniskowa oka to niewiele więcej niż 22 mm, podczas gdy dla patrzenia na horyzont wynosi 24 mm. Przestrzegamy przed wyznaczeniem kąta widzenia, gdyż sposobu, w jaki patrzymy na świat, pod tym względem nie da się porównać z pracą aparatu fotograficznego.

Pole widzenia

Zacznijmy od tego, że każde z dwojga naszych oczu daje kąt widzenia z zakresu 120 do aż 200 stopni (dokładna wartość zależy od tego, co określimy jako widoczne, a co jako niewidoczne). Obrazy z obu oczu nakładają się na siebie, a wspólna część to kąt około 130 stopni. Jednak z tego zakresu nie widzimy wszystkiego tak samo – centrum obrazu (żółta plamka), które postrzegamy jako ostre i stanowi bazę dla percepcji otaczającego nas świata (to, co wyraźnie widzimy, nie ruszając oczami), to około 40 do 60 stopni. Taka wartość odpowiada kątowi, jaki na pełnoklatkowym aparacie da obiektyw o ogniskowej 43 mm.

Przysłona

Źrenica zdrowego człowieka, bez wpływu środków farmaceutycznych, takich jak np. atropina, może otworzyć się do 8 mm. W jasnym otoczeniu natomiast przymknie się tak, że światło przechodzić będzie przez otwór o średnicy 3 mm. Gdy znamy ogniskową soczewki, prosta kalkulacja wskazuje, że oko ludzkie pracuje w zakresie liczb przysłon f/2.7 do f/8.3.

Rozdzielczość

Miarą medyczną ostrości widzenia jest visus, czyli stosunek odległości, z której badany rozpoznaje znak (np. 5 m), do odległości, z jakiej dany znak powinien zostać rozpoznany (25 m, czyli visus to 5/25). Do jej pomiaru stosuje się tablice opracowane w XIX wieku przez Hermanna Snelenna. Prawidłową ostrość wzroku opisuje się w zależności od odległości, z jakiej ogląda się testową tablicę, np 5/5 czy 20/20 (w nomenklaturze anglosaskiej). Tablice umożliwiające badanie ostrości wzroku zostały skonstruowane w oparciu o doświadczalne wyznaczenie zdolności rozdzielczej oka, gdzie jako rozróżnialne punkty uznaje się takie, w których promienie światła pobudzają dwa różne czopki na siatkówce oka, oddzielone jednym czopkiem niepobudzonym. Innym testem zdolności rozdzielczej siatkówki jest obserwacja gwiaździstego nieba i określenie wielkości gwiazdowej (magnitudo, wprowadzona przez Ptolemeusza jednostka blasku gwiazd) widocznych gołym okiem gwiazd. Szacuje się, że zdolność rozdzielcza ludzkiego oka to 0.017 stopnia, czyli 1 minuta kątowa.

1 minuta kątowa odpowiada obszarowi o promieniu 6 μm na siatkówce. Problem stanowi rozłożenie czopków, w wyniku czego większa rozdzielczość jest w centrum. Biorąc pod uwagę pole ostrego widzenia (20/20), czyli kąt 60 stopni, przyjmujemy, że oko ludzkie odpowiada matrycy o rozdzielczości 48 Mpix. W praktyce wiemy, że nasze pole dobrego widzenia to około 130 stopni. Taki kąt odpowiada matrycy wielkości 100 Mpix. Oczywiście gdybyśmy brali pod uwagę całe pole widzenia człowieka i ignorowali fakt, że za ostrość całości odpowiedzialny jest mózg, który składa częściowe obrazy, odpowiedni sensor powinien mieć rozdzielczość aż 430 Mpix!

Dynamika

W pełni otwarta źrenica powoduje, że jesteśmy w stanie dojrzeć źródło o strumieniu (irradiancji) 1e-10 W/m². Wielkość źrenicy wynosi 8 mm, czyli odpowiada to mocy 1e-14 W. Z drugiej strony patrząc wprost na Słońce, obserwujemy źródło światła o strumieniu około 250 W/m² przy maksymalnie domkniętej źrenicy. Słońce nie uszkadza siatkówki, ponieważ nie jest punktowym źródłem i tym samym rozkłada się na siatkówce. Wzrok może uszkodzić nam laser o mocy 1e-6 W (już nie powinny nas dziwić specjalne oznaczenia na niektórych urządzeniach elektronicznych). Zakres dynamiki, jaki możemy postrzegać, korzystając ze znanych nam jednostek, to 26 EV (różnica między 1e-6 a 1e-14 W). Pamiętajmy jednak, że ten pomiar uwzględnia adaptację do warunków oświetleniowych; gdy założymy niezmienność wielkości źrenicy, zakres dynamiczny spadnie do 16 EV.

Migawka

Ostatnimi parametrami fotograficznymi, jakie chcemy omówić, są odpowiedniki migawki i czułości ISO. Te wartości najtrudniej określić, gdyż narząd wzroku działa bardziej jak kamera filmowa niż aparat fotograficzny. Mózg przyzwyczajony jest do bombardowania informacjami, co powoduje u nas nieumiejętność utrzymywania wzroku w jednym miejscu na dłużej niż kilka sekund. Trudno wyobrazić sobie kilkuminutowe wpatrywanie się w bezruchu w gwiaździste niebo bez mrugnięcia. A jaki jest najkrótszy czas? Tu podpowiedzią może być filmowanie i wrażenie ruchu, które pojawia się już od 24 kl/s, choć ta wartość ma dużo wspólnego, ale z potrzebą synchronizacji dźwięku, a nie ukryciem ruchu. Dziś popularne są telewizory oferujące wyświetlanie z szybkością 100 kl/s. Faktycznie nawet zawody sportowe wyglądają dobrze. Czy zatem czas 1/100 s jest graniczny? Usiądźmy w ciemnym pokoju i oświetlmy go wyzwoleniem lampy błyskowej – czy coś zobaczymy? Tak, czyli 1/2000 s też wystarczy. Ale czy widzieć oznacza zidentyfikować? Do tego mózg potrzebuje co najmniej 1/200 s. Okazuje się zatem, że pytanie „jaką liczbę kl/s ustawić, by nie widzieć przejść pomiędzy poszczególnymi klatkami filmu?” ma niewiele wspólnego z zagadnieniem „jak krótkie oświetlenie sceny wystarczy, by ją zobaczyć?”.

Czułość

Znamy różnice w pracy czopków i pręcików. Wiemy, jak długi czas musi minąć, byśmy zaadaptowali wzrok do ciemności. Fakt adaptacji czopków pozwala też odpowiedzieć na pytanie, skąd się biorą widoczne odcienie zieleni a także czerwieni w zorzy polarnej podczas ciemnej nocy. Wiemy też, że pręciki wolniej reagują na światło, a to wymaga patrzenia dłuższy czas na gwiazdy (czas rzędu kilku sekund). Ważnym aspektem jest też obecność żółtej plamki – tam nie ma pręcików, czyli by najlepiej widzieć w nocy, musimy skierować wzrok lekko w bok.

Roger Clark w swoim eksperymencie (opisanym w książce „Visual Astronomy of the Deep Sky”) wybrał gwiazdy o magnitudo (wielkości gwiazdowej) 14. By zarejestrować aparatem to, co zobaczył człowiek, należało użyć nastaw czasu migawki 12 s i czułości ISO 400. To porównanie wskazuje, że czułość pręcików ludzkiego oka może być oszacowana na poziomie ISO 800.

Ponieważ czopki są kilkaset razy mniej czułe (wg „Vision Through the Atmosphere” Williama Edgara Middletona różnica wynosi 600x), ich czułość jest szacowana na ISO 1.

Człowiek to nie robot

Wielogodzinne patrzenie w monitor, niezależnie od tego, czy jest związane z pracą, czy z rozrywką, może powodować zmęczenie oczu, a w rezultacie nawet bóle głowy. Badania wykonane przez EIZO dowiodły, że negatywny wpływ na oczy ma nie tylko zbyt jasny lub zbyt ciemny ekran, ale też niebieskie światło oraz migotanie obrazu.

Monitory EIZO z serii FlexScan EcoView zostały wyposażone w szereg funkcji eliminujących wyżej wymienione czynniki, co przyczynia się do zmniejszenia zmęczenia oczu. Poniżej przedstawimy dwie z nich.

Funkcja EyeCare Filter umożliwia nałożenie jednego z kilku wzorów, symulujących różne rodzaje papieru. Intensywność nakładanego filtra można regulować, tak aby obraz był jak najbardziej przyjazny dla naszych oczu. To funkcja niezastąpiona podczas przygotowywania i czytania długich dokumentów. Po wielogodzinnej pracy oczy będą na pewno mniej zmęczone.

Dla wielu osób problemem jest odpowiednie ustawienie jasności i kolorów monitora. Funkcja FineContrast gwarantuje, że obraz, niezależnie od aplikacji, z którą się pracuje, zawsze będzie wyświetlany w optymalny sposób.