Каково разрешение человеческого глаза (или сколько мегапикселей мы видим в каждый отдельный момент времени)


Очень часто фотографы, а иногда и люди из других специальностей, проявляют интерес к собственному зрению.

Вопрос, казалось бы, простой на первый взгляд… можно погуглить, и всё станет ясно. Но практически все статейки в сети дают либо «космические» числа — вроде 400-600 мегапикселей (Мп), либо это и вовсе какие-то убогие рассуждения.

Поэтому постараюсь кратко, но последовательно, чтобы никто ничего не упустил, раскрыть эту тему.

Начнём с общей структуры зрительной системы

  • Сетчатка
  • Зрительный нерв.
  • Таламус(ЛКТ).
  • Зрительная кора.
  • Сетчатка состоит из трёх типов рецепторов: палочки, колбочки, фоторецепторы(ipRGC).
    Нас интересуют только колбочки и палочки, так как они создают картинку.

    • Колбочки воспринимают синий, зелёный, красный цвета.
    • Палочки формируют яркостную составляющую с наибольшей чувствительностью в бирюзовом цвете.

    Колбочек в среднем 7 млн, а палочек — около 120 млн.

    Практически все колбочки расположены в центральной ямке FOVEA (жёлтое пятно в центре сетчатки). Именно fovea отвечает за самую чёткую область зрительного поля.
    Для лучшего понимания проясню — fovea покрывает ноготь на мизинце на вытянутой руке, разрешающий угол примерно 1,5 градуса. Чем дальше от центра fovea, тем более размытую картинку мы видим.

    Плотность распределения палочек и колбочек в сетчатке.

    Палочки отвечают за восприятие яркости/контраста. Наибольшая плотность палочек — примерно по-середине между центральной ямкой и краем сетчатки.

    Интересный факт — многие из вас замечали мерцание старых мониторов и телевизоров при взгляде на них «боковым зрением», а когда смотрите прямо, то всё отлично, было, да?)

    Это происходит по причине наибольшей плотности палочек в боковой части сетчатки. Чёткость зрения там паршивая, зато чувствительность к изменению яркости — самая высокая.
    Как раз эта особенность и помогала нашим предкам быстро реагировать на самые мелкие движения на периферии зрения, чтобы тигры не пооткусывали им задницы)

    Итак, что мы имеем — сетчатка содержит суммарно около 130 Мп. Ура, вот и ответ!

    Нет… это только начало и цифра далека от верного значения.

    Вернёмся снова к центральной ямке fovea.

    Колбочки в самой центральной части ямки «umbo» имеют каждая свой аксон (нервное волокно).

    Т.е. эти рецепторы, можно сказать, самые приоритетные — сигнал от них почти напрямую поступает в зрительную кору мозга.

    Колбочки, расположенные дальше от центра, уже собираются в группы по несколько штук — они называются «рецептивные поля».

    Например, 5 колбочек соединяются с одним аксоном, и дальше сигнал идёт по зрительному нерву в кору.

    На этой схеме как раз показан случай такой группировки нескольких колбочек в рецептивное поле.

    Палочки, в свою очередь, собираются в группы по несколько тысяч — для них важна не резкость картинки, а яркость.

    Итак, промежуточный вывод:

    • каждая колбочка в самом центре сетчатки имеет свой аксон,
    • колбочки на границах центральной ямки собираются в рецептивные поля по несколько штук,
    • несколько тысяч палочек соединяются с одним аксоном.

    Здесь начинается самое интересное — ~130 миллионов рецепторов превращаются за счёт группировки в 1 миллион нервных волокон (аксонов).

    Да, всего один миллион!

    Но как же так?!

    В фотиках матрицы по 100500 мегапикселей, а наши глаза всё равно круче!

    Сейчас и до этого доберёмся)

    Значит, 130 Мп превратились в 1 Мп, и мы каждый день смотрим на мир вокруг… хорошая графика, не так ли?)

    Есть пара инструментов, помогающих нам видеть мир вокруг почти постоянно почти чётким:

    1.Наши глаза совершают микро- и макросаккады — что-то типа постоянных перемещений взгляда.

    Макросаккады — произвольные движения глаз, когда человек рассматривает что-то. В это время происходит «буферизация» или слияние соседних изображений, поэтому мир вокруг нам кажется чётким.

    Микросаккады — непроизвольные, очень быстрые и мелкие (несколько угловых минут) движения.

    Они необходимы для того, чтобы рецепторы сетчатки банально успевали насинтезировать новых зрительных пигментов — иначе поле зрения просто будет серым.

    2.Ретинальная проекция

    Начну с примера — когда мы читаем что-то с монитора и постепенно крутим колёсико мышки для перемещения текста, то текст не смазывается… хотя должен) Это очень занятная фишка — здесь в работу подключается зрительная кора.

    Она постоянно держит в буфере картинку и при резком смещении объекта/текста перед зрителем быстро смещает эту картинку и накладывает на реальное изображение.

    А как же она знает, куда смещать?

    Очень просто — Ваше движение пальцем по колёсику уже изучено моторной корой до миллиметров… Зрительная и моторная области работают синхронно, поэтому Вы не видите смаза.
    А вот когда кто-то другой крутанёт колёсико….:)

    Зрительный нерв
    С каждого глаза выходит зрительный нерв плотностью ~1 Мп (от 770 тысяч до 1,6 млн пикселей — кому как повезло), дальше нервы с левого и правого глаз пересекаются в оптической хиазме — это видно на первой картинке — происходит смешение аксонов примерно по 53% с каждого глаза.

    Потом два этих пучка попадают в левую и правую части таламуса — это такой «распределитель» сигналов в самом центре мозга.

    В таламусе происходит, можно сказать, первичная «ретушь» картинки — повышается контраст.

    Далее сигнал из таламуса поступает в зрительную кору.

    И здесь происходит невероятное количество процессов, вот основные:

    • слияние картинок с двух глаз в одну — происходит что-то типа наложения (1 Мп так и остаётся),
    • определение элементарных форм — палочек, кружочков, треугольников,
    • определение сложных шаблонов — лица, дома, машины и т.д.,
    • обработка движения,
    • покраска картинки. Да, именно покраска, до этого в кору просто поступали аналоговые импульсы разной частоты,
    • ретушь слепых зон сетчатки — без этого мы бы видели постоянно перед собой два тёмно-серых пятна размером с яблоко,
    • ещё уйма «фотошопа»,
    • и наконец, вывод финального изображения — то, что вы и называете зрением — феномен зрения.

    Так почему же, спросите вы, мы не видим отдельных пикселей? Картинка должна быть совсем убогая, как на старой приставке!

    В этом и заключается суть феноменологии зрения — у вас ОДНА зрительная система. Вы не можете посмотреть на свою же картинку со стороны.

    Если бы человек обладал двумя зрительными системами и по желанию мог переключиться с системы 1 на систему 2 и оценить как работает первая система — тогда да, ситуация была бы печальная 🙂

    Но имея одну зрительную систему ВЫ сами и являетесь этой картинкой, которую видите!

    Зрительная кора сама осознаёт процесс зрения. Перечитайте это несколько раз.
    При травме первичной зрительной коры человек не понимает, что он слеп — это называется анозогнозия, т.е. картинку он совершенно не видит, но при этом может нормально ходить по коридору с препятствиями(первая ссылка в списке).

    Завершая эту, надеюсь, краткую и понятную статью, хочу напомнить — мы все имеем картинку в ~1 Мп… живите с этим 🙂

    Литература:
    Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»
    Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»
    Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»
    Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»
    Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

    Ссылки:

    https://www.cell.com/fulltext/S0960-9822(08)01433-4
    https://iovs.arvojournals.org/article.aspx?articleid=2161180
    https://en.wikipedia.org/wiki/Fovea_centralis
    https://en.wikipedia.org/wiki/Photoreceptor_cell

    UPD: поступило заметное количество комментариев/вопросов про цветоощущение. Если эта тема интересна — напишите тег #цветоощущение — займусь созданием статьи.

    Оставить комментарий

    Интересное