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感光度
人眼的感光度是可以自动调节的。在环境光强发生变化的情况下,人眼通过调节虹膜中视网膜色素的含量,增加或减少感光度。这种调节是相当慢的,最长可达半个小时。黑夜中突然打开日光灯会觉得很刺眼,就是这个原因。你在远离市区的乡村可以看到很多星星,在充满光污染的城市中可能连月亮都看不到,这也是感光度调节在作怪。
在之前的一个测试中,有人使用Canon EOS 10D和5英寸针孔透镜,在ISO 400情况下12秒钟内记录了14颗星星。而我们可在10秒钟之内认清楚14颗星。(Clark, R.N., Visual Astronomy of the Deep Sky, Cambridge U. Press and Sky Publishing, 355 pages, Cambridge, 1990)粗略估计,人眼的最高感光度相当于ISO 800。
另外据统计,10D在ISO 800时,CMOS上的每个像素点平均接收2.7个电子。而视神经接受外界的光信号,同样需要至少一对电子。
在日光下,眼睛的感光度非常低,几乎为夜间的1/600(Middleton, Vision Through the Atmosphere, U. Toronto Press, Toronto, 1958),也就是说,日光下的感光度基本达到ISO 1。如此低的感光度可以有效的保护视神经和虹膜。
而数码相机方面,感光度ISO 3200在数码单反上早已经非常普及,富士已经有了ISO 3200的便携机问世。但是,数码相机在高感光度下的噪点始终是困扰整个数码成像业的大问题。而人的肉眼和大脑似乎从来没有这样的困扰。
动态范围
人眼既可以分辨强烈日光下的物体细节,也能在夜晚看清楚天边微弱的星光。二者的光强有千万倍之差。当然,如此大的差别并不全部是动态范围的原因,相机也可通过调节ISO,光圈或曝光时间实现。
一般认为,人眼可区分10000倍的对比度。但这取决于场景的亮度。亮度降低时,动态范围的下降非常快。人眼的动态范围远远高于目前已知的胶片相机或普通民用数码相机。
可以通过一个小实验验证:在月圆之夜,带上一张星图来到郊外。待眼睛适应周围亮度之后观看星空,在有月亮的部分找到肉眼可见最微弱的星光。然后,设法找到在月球周围45度以内的星星。在远离市区光污染,并天气晴朗的情况下,你应该可以看到2.5等星(满月的星等为-12.5)。星等差为15。每相差5等,亮度相差100倍。因此,100×100×100=1000000,即一百万。在此弱光下,人眼的动态范围可达到一百万!
焦距
关于人眼的焦距,有多种解释。较为可信的是,目标焦距(Object focal length)为16.7mm,图像焦距(Image focal length)为22.3mm。其中,“目标焦距”指来自眼球之外的光线形成的焦距,而图像焦距为虹膜成像的焦距。参见“Light, Color and Vision, Hunt et al., Chapman and Hall, Ltd, London, 1968, page 49 for "standard European adult”。
此焦距在相机领域算得上广角了。据此,我们可以计算出人眼的光圈值:由于人眼孔径为7mm(这个应该是瞳孔的直径),22.3/7=f/3.2。这个数值显然不怎么大,
总结
上亿像素,动态视频连续记录,ISO 1-800,16mm广角镜头,另有“双镜头”立体图像功能,这就是我们的眼睛。一台数码相机可能要卖到成千上万元,由几千个零件通过极为复杂的生产设计工艺制造而成。而人的眼睛来源于细胞的自然进化,体积虽小,但是功能极为强大,是我们不得不感叹造物主的神奇。
我们做这个比较,主要是为了探寻人眼的真正潜力,以及现有的摄影技术能在多大程度上取代人的肉眼。目前的数码相机/单反/后背,像素可达到4千万以上,感光度可从ISO 50到ISO 3200,显然,与人眼相比,数码成像工业还有很长的路要走。或许,影像工业的终极目标,就是用机器取代人的眼睛吧。
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