Como a faixa dinâmica do olho humano se compara à das câmeras digitais?

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De acordo com os testes DxO , as câmeras têm 10 a 12 pontos de faixa dinâmica. Isso está correto? O ruído pode estragar completamente alguns valores mais baixos (resultando facilmente na perda de algumas paradas).

Também Norman Koren diz que alcance dinâmico originais de uma câmera digital pode ser de 9 a 11 paradas, mas imprime têm "apenas" 6,5 paradas.

Em uma seção sobre alcance dinâmico, a Wikipedia diz que o olho humano tem uma taxa de contraste de cerca de 6,5 pontos . Se for esse o caso, por que o olho humano é claramente muito melhor do que as câmeras para gravar cenas com alto alcance dinâmico?

Paolo
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A questão do alcance dinâmico é feita como parte de Como o olho humano se compara às câmeras e lentes modernas? , mas esta parte específica não foi realmente respondida. Eu acho que é uma pergunta de acompanhamento independente razoável, já que a pergunta mais ampla pode ser muito ampla.
mattdm

Respostas:

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Essa é uma pergunta muito boa, e a resposta pode preencher centenas de páginas - e, de fato, a resposta já preenche centenas de páginas.

A resposta curta é que os números que você está citando não concordam com a realidade aparente porque os números citados com frequência estão errados :-). Leia ...

Muito está disponível na internet sobre esse assunto e a qualidade, como sempre, é amplamente variável. Também há muitos papagaios de "fatos" entre sites e figuras como as da Wikipedia parecem bastante comuns, mas existem alguns argumentos bastante fundamentados que parecem sugerir que a figura da Wikipedia está extremamente errada e subestima a figura de maneira substancial.

É importante observar que o olho atua como um detector de contraste em vez de um detector de nível absoluto (como o sensor de uma câmera digital usa); portanto, as comparações precisam de cuidados.

Com íris, adaptação química e todos os outros truques possíveis, parece que a faixa dinâmica absoluta de todo o sistema ocular ultrapassa 20 pontos. Como cada parada é um fator 2, são 2 ^ 20 ou aproximadamente "bem acima de 1.000.000: 1". No topo, o sol está muito brilhante !!!. Na extremidade inferior, o olho escuro adaptado pode detectar um único fóton. Um D3S (melhor desempenho que um D4) pode ter problemas com isso. (Observe que isso não é TODOS os fótons - quando você atinge o nível de poucos fótons por segundo, muitos deles atingem áreas sem sensor e não são detectados. Mas quando alguém atinge uma área sensível da retina, produz um sinal que pode ser gravado.)

Mas eu discordo :-). Uma página extremamente boa (ao que parece) que discute o alcance dinâmico dos olhos e muito mais

Cabeçalhos de parágrafo são dignos de nota:

Notas sobre a resolução da
acuidade visual do olho humano e os detalhes da resolução das impressões
Quantos megapixels equivalentes o olho possui?
A sensibilidade do olho humano (equivalente a ISO)
A amplitude dinâmica do olho
A distância focal do olho

O escritor argumenta que o alcance dinâmico do olho sem alterar a sensibilidade por adaptação ou íris é de cerca de 1.000.000: 1 em condições de pouca luz. Ou seja, tão grande quanto o limite inferior "bem acima" mencionado acima. Em seguida, ele justifica essa reivindicação, conforme copiado abaixo. Isso parece bastante convincente à primeira vista. Pode haver falhas no argumento, mas parece bom, e isso não significa que ele se aplique a todos os níveis de luz.

Aqui está um experimento simples que você pode fazer. Saia com um mapa estelar em uma noite clara com lua cheia. Aguarde alguns minutos para que seus olhos se ajustem. Agora encontre as estrelas mais fracas que você pode detectar quando pode ver a lua cheia em seu campo de visão. Tente limitar a lua e as estrelas a cerca de 45 graus em linha reta (o zênite).

Se você tiver um céu limpo longe das luzes da cidade, provavelmente poderá ver magnitude 3 estrelas.

A lua cheia tem uma magnitude estelar de -12,5.

Se você pode ver a magnitude 2,5 estrelas, o intervalo de magnitude que está vendo é 15.

A cada 5 magnitudes é um fator de 100, então 15 é 100 * 100 * 100 = 1.000.000.

Assim, o alcance dinâmico nessa condição de luz relativamente baixa é de cerca de 1 milhão a um, talvez mais alto!

Mas, aqui está uma sugestão minha para um experimento com níveis normais de luz do dia.

  • Encontre uma cena que tenha uma boa mistura de áreas escuras e áreas muito claras - idealmente com algumas áreas escuras como ilhas isoladas perto de ilhas de brilho. Um exemplo pode ser a luz do sol brilhando através das árvores em uma área fortemente sombreada - algumas ilhotas ou áreas profundamente sombreadas ajudarão.

  • Permita que seus olhos se adaptem ao nível geral de iluminação - não olhe fixamente para os pontos brilhantes perto de onde o sol está brilhando e não foque em áreas especialmente escuras.

  • Observe o quão bem você pode ver os detalhes nas áreas mais escuras - em que nível de escuridão se desvanece o preto.

  • Tente o mesmo com áreas claras - ao olhar para o sol, haverá um lugar onde os detalhes desaparecem e você não pode ver mais razoavelmente.

  • Lance seus olhos de um lado para o outro da cena entre a escuridão e a luz para tentar impedir que seu mecanismo de adaptação mude f-stop em você.

  • Agora, tire fotos da cena. Exponha "corretamente" e, em seguida, para que as áreas mais escuras que você possa ver possam ser vistas na foto e, em seguida, para que os realces mais brilhantes que você possa distinguir não sejam desbotados.

  • Se você tiver o equipamento, tire uma foto HDR com variação máxima de f-stop entre as fotos. (Meu Sony A77 permite etapas de 5ev.)

Minha experiência é que meu olho sempre pode ver uma faixa de brilho mais ampla do que minha câmera (Minolta 7Hi, A200, 5D, 7D, A700, A77, outras)

Na imagem HDR máxima (faixa de 10 ev entre os centros), meu olho pode ver tão ou melhor que a câmera.

A área em que isso não parece ocorrer é extremamente baixa com luz, quando eu precisar permitir que o olho se integre (o que ocorre por até 4 segundos!), Enquanto eu posso olhar para uma foto com pouca luz e ver a imagem imediatamente. O fato de eu precisar de uma exposição de 10 segundos é irrelevante para visualização.


Outras coisas variavelmente boas:

Russell McMahon
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Uau :) isso é realmente fascinante.
Paolo
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É ainda pior que isso; o cérebro compõe a periferia da imagem mental usando o que vê quando você move o foco pela cena. Assim, você vê todos os detalhes de destaque de uma área mais clara quando o olho se ajusta a isso e depois todos os detalhes de sombra de uma área mais escura. Isso tudo acontece em milissegundos, para que você não perceba que a cena está sendo reconstruída para você.
Phil H
+1 Boa resposta, e quando você acrescenta o fato de não "vermos" com nossos olhos, mas com nosso cérebro, fica ainda mais complicado.
Whatsisname
Coisas interessantes. Eu acho que pode haver alguma fusão de termos aqui, no entanto. Eu li coisas no passado (precisarei encontrar links) que indicavam que o olho tinha um intervalo dinâmico de cerca de 24 pontos, mais ou menos, mas um intervalo de contraste de cerca de 20 ou menos. Faixa dinâmica é a faixa de sensibilidade INTEIRA de um dispositivo sensor, onde a faixa de contraste é geralmente usada para indicar a parte da faixa dinâmica total que está sendo utilizada. Isso faria sentido, uma vez que o olho pode detectar apenas um fóton (seu limite inferior de DR) e milhões de fótons sob a luz do sol.
jrista
Faria sentido, então, que o DR do olho humano seja mais parecido com 2 ^ 24 (16 milhões) ... por mais que pareça o DR de uma câmera, não se pode fazer uso de toda a faixa dinâmica de que o hardware é capaz o tempo todo. Você precisa compactar o DR disponível em uma faixa mais estreita de contraste para caber no dispositivo de visualização ... que é cerca de 8 a 10 pontos para telas de computador e 5-7 pontos para impressão. A natureza do contraste variável dentro da faixa dinâmica total de um dispositivo deve esclarecer os leitores sobre o motivo pelo qual é chamado de dinâmico .
jrista
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Metaforicamente, isso pode ser devido ao fato de o cérebro não "ver" uma única imagem, mas compõe uma com base em uma série de "tiros" contínuos dos olhos enquanto eles se movem pela cena.

Cada uma dessas "fotos" é "tirada" com "aberturas" variáveis, a fim de maximizar a faixa dinâmica geral da "imagem" final.

Você pode pensar no processo mental como uma mistura de panorama e HDR, se preferir. : o)

André Carregal
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Essa questão não pode ser padronizada porque o alcance dinâmico do olho está sempre mudando para se ajustar à intensidade da luz, não apenas pela "abertura humana", mas também pela sensibilidade do cérebro ao que o olho está olhando. É como uma câmera com processadores diferentes, usando os mais sensíveis à luz quando deseja e usando a maior sensibilidade ao escuro quando quiser. Eu acho que o alcance dinâmico do olho está em torno de 22 a 24 EV.

Estou intrigado com esta pergunta há algum tempo. Tente tirar uma foto de um estande de exposição de branco-leite com folhas de caixas de luz de diferentes ângulos, sem ter que usar suporte para exposição e depois suporte para balanço de branco separadamente e depois processá-las posteriormente. É fisicamente impossível.

Assim como o olho se ajusta psicologicamente ao balanço de brancos, é por isso que o termo "precisa de um novo olho" é porque a percepção visual também é um fator.

Oliver
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A principal razão para isso é que o olho humano registra o brilho em uma escala logarítmica, enquanto os sensores digitais são lineares. Dê uma olhada neste site na metade do caminho para obter mais informações.

David
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A melhor resposta aqui é a melhor, enquanto existem vários comentários incorretos. O olho não recebe sua ampla faixa dinâmica por causa dos movimentos oculares e ajustes rápidos. Tente o experimento em que você mantém os olhos fixos em um ponto e, com os olhos fixos, observe o que você pode ver em sua visão periférica em áreas muito mais claras ou mais escuras. Tente fixar pontos de variação de luminosidade para ver que, de fato, praticamente tudo o que cai nos níveis normais de luz é claramente visível para você. Como você está focado e fixo em um ponto, os movimentos oculares não podem explicar o fato de que você ainda pode perceber facilmente objetos claros e escuros na periferia próxima. Tire uma foto com as melhores câmeras e isso não será remotamente verdadeiro.

É claro que o sol e outras fontes brilhantes são muito brilhantes quando estão perto do centro da sua visão, e passar da luz interna intensa para a escuridão também é demais. Com base em comparações com as câmeras de vídeo muito caras usadas para esportes, bem como as câmeras digitais de alto dólar, o número de 24 paradas provavelmente está correto.

Chris BC
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