СКОЛЬКО МЕГАПИКСЕЛЕЙ В ЧЕЛОВЕЧЕСКОМ ГЛАЗУ?

Вы когда-нибудь задумывались сколько мегапикселей в человеческом глазу? Или задавались вопросом: когда же уже создадут камеру, которая сможет так же четко фотографировать объекты, как видим их мы? Тогда, сколько же должно быть мегапикселей в камере, чтобы она сделала фотографию настолько качественную, что мы бы не смогли увидеть ни одного отдельного пикселя? Наши глаза выдают нам чёткую картинку без пикселей, отсюда следует, что разрешение нашего глаза невероятно высокое. Но тем не менее, если задать вопрос в Google* “Сколько мегапикселей в глазу у человека?”, то ответы будут разные. Если обобщить, то в среднее значение составляет от 120 до 576 мегапикселей. Но тогда для чего нам матрицы с большим разрешением и мониторы 8K, если в глазах мегапикселей меньше?

Итак, для начала как же устроено зрение. Строение глаз очень похоже на камеру смартфона или фотоаппарата. Роговица похожа на защитный фильтр, благодаря хрусталику можно фокусировать свое зрение на разных объектах. Сетчатка – это матрица, а радужная оболочка является диафрагмой. Картинка на сетчатке глаза формируется перевернутой, как и на камере, затем картинку переворачивает наш мозг, а в смартфоне процессор. Матрица в камере состоит из отдельных светочувствительных элементов и называются они пикселями, а в сетчатке глаза светочувствительными элементами являются палочки, колбочки и фоторецепторы. Рассмотрим только палочки и колбочки, так как они формируют картинку. Палочки в отличие от колбочек обладают наибольшей чувствительностью и отвечают за яркость изображения, поэтому в основном они нужны для ночного зрения. Колбочки же наоборот имеют небольшую чувствительность и отвечают за цвет. В своем составе имеют 3 типа пикселей: красный, зелёный и синий. В здоровом глазу находится около 7 миллионов колбочек и 120 миллионов палочек. Получается в глазах 127 мегапикселей? Это не совсем верно.

На самом деле, сравнивать разрешение матрицы камеры и сетчатки человеческого глаза нельзя, потому что это два совершенно разных механизма формирования изображения. Как уже говорилось, матрица состоит из пикселей, каждый из которых представляет собой светочувствительный элемент – фотодиод.

При попадании света на фотодиоды, они формируют электрические сигналы, зависящие от яркости света. Затем соседние пиксели, обладающие светофильтрами, которые воспринимают свет определенной длины волны, создают цветное изображение.

Другим образом формирует картинку сетчатка глаза. Светочувствительные клетки сетчатки имеют отростки, называемые колбочками и палочками. Когда свет попадает на эти самые отростки, то они создают нервные возбуждения, которые моментально передаются в мозг, где и воспроизводится окончательная картина.

Несмотря на разные механизмы формирования изображения пиксели в матрице и колбочки, палочки в сетчатке не могут работать по отдельности. Они объединены в группы.

Такая технология объединения пикселей в камерах называется биннинг. Биннинг или бинаризация — это технология объединения соседних пикселей.

Четыре или девять небольших субпикселя превращаются в один большой «суперпиксель», а разрешение пропорционально падает в четыре раза.

Однако, несмотря на все их объединения в группы, каждый пиксель считывается отдельности.

Эта технология нужна для того, чтобы уловить как можно больше света и избавиться от шумов в фотографии. Еще один важный момент каждый пиксель в любой камере подключен к матрице отельно, то есть, например, если в камере 5 миллионов пикселей, то и 5 миллионов проводов. Бинаризация или биннинг — это технология объединения соседних пикселей. Четыре небольших субпикселя превращаются в один большой «суперпиксель», а разрешение пропорционально падает в четыре раза.

У человеческих глаз, так же, как и у камеры, есть определённый биннинг “пикселей”. Колбочки и палочки объединяются в группы по сотни штук. Если в камере каждый пиксель подключён по отдельности, то в глазах одним “проводом” могут быть подключены целые группы рецепторов. Получается, что наш мозг получает информацию не от каждого рецептора, а от объединенных в группу “пикселей”.

В среднем у человека примерно 1 миллион пучков в глазу, то есть “проводов”. Значит в наших глазах около 1 миллиона пикселей, по-другому это около 1 мегапикселя. Звучит странно, ведь 1 мегапиксель — это разрешение экрана 1280 на 720, и если вывести видео с таким разрешением на большой экран, то с лёгкостью можно будет увидеть зерно. Мы видим мир намного чётче, что же не так?

Оказывается, всё дело в строении сетчатки, а точнее в неравномерном распределении палочек и колбочек. В обоих глазах человека, почти в центре находится “слепое пятно”. На графике представлена плотность палочек и колбочек на сетчатке глаза. Глядя на график, можно заметить, что колбочки, которые отвечают за создание цветного изображения, находятся в центре глаза в маленькой точке нашей сетчатки. А вот палочки, светочувствительные пиксели, располагаются по периферии. Скачок на графике, который находится в нулевом значении по оси абсцисс, называется Центральной ямкой или Fovea и занимает около 20% нашей матрицы. Также на графике можно увидеть то самое слепое пятно, о котором мы говорили выше.

Рисунок 1. Плотность палочек и колбочек на сетчатке глаза

Слепое пятно для нашего мозга не является проблемой, она решается следующим образом. Так как у левого глаза слепое пятно находится слева, а у правого справа, наш “процессор” накладывает изображения правого и левого глаза друг на друга, вследствие чего получается полноценное изображение.

Вся тайна четкого, качественного изображения заключается в обработке фотографии нашим мозгом.

Если сравнивать качество изображения, которое нам выдаёт смартфон, и качество изображения, которое получает мозг, то, изображение смартфона намного лучше.

Наш мозг, действительно, получает картинку очень плохого качества.

Но так как наши глаза непрерывно и ритмично совершают очень мелкие движения, сканируя всё, что находится в поле зрения, а мозг благополучно строит трехмерное изображение, убирая тени от сосудов, силуэт носа и закрашивая слепые пятна, мы получаем единую качественную картинку.

Оказывается, что не так уж просто однозначно ответить на вопрос: сколько мегапикселей в глазах? Количество пикселей в глазах можно считать по количеству клеток сенсоров и тогда в глазах всего 127 мегапикселей. Или считать по количеству соединений “пикселей” с мозгом, тогда всего на всего 1 мегапиксель. Подводя итог, можно сказать, что наши глаза фиксируют картинку в 1 мегапиксель, но благодаря быстрому движению глаз и нашему мозгу мы видим изображения невероятного качества!

*(По требованию Роскомнадзора информируем, что иностранное лицо, владеющее информационными ресурсами Google является нарушителем законодательства Российской Федерации – прим. ред)