¿Cómo se compara el rango dinámico del ojo humano con el de las cámaras digitales?


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Según las pruebas de DxO , las cámaras tienen de 10 a 12 paradas de rango dinámico. ¿Es eso correcto? El ruido puede atornillar completamente algunos valores más bajos (lo que resulta fácilmente en la pérdida de algunas paradas).

También Norman Koren dice que el rango dinámico original una cámara digital puede ser de 9 a 11 paradas, pero no se imprime tener "sólo" 6,5 paradas.

En una sección sobre el rango dinámico, Wikipedia dice que el ojo humano tiene una relación de contraste de alrededor de 6.5 paradas . Si ese es el caso, ¿por qué el ojo humano es claramente mucho mejor que las cámaras para grabar escenas con alto rango dinámico?


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La pregunta sobre el rango dinámico se hace como parte de ¿Cómo se compara el ojo humano con las cámaras y lentes modernas? , pero esta parte específica realmente no recibió respuesta. Creo que es una pregunta de seguimiento independiente razonable, ya que la pregunta más amplia puede ser demasiado amplia.
mattdm

Respuestas:


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Esta es una muy buena pregunta, y la respuesta podría llenar cientos de páginas, y, de hecho, la respuesta ya llena cientos de páginas.

La respuesta corta es que las cifras que está citando no están de acuerdo con la realidad aparente porque las cifras comúnmente citadas son incorrectas :-). Sigue leyendo ...

Hay mucho disponible en Internet sobre este tema y la calidad es, como siempre, muy variable. También hay muchos loros de "hechos" entre sitios y figuras como las de Wikipedia parecen bastante comunes, PERO hay algunos argumentos muy razonados que parecen sugerir que la figura de Wikipedia está extremadamente equivocada y subestima la cifra de manera muy sustancial.

Es importante tener en cuenta que el ojo actúa como un detector de contraste en lugar de un detector de nivel absoluto (como el que usa un sensor de cámara digital), por lo que las comparaciones necesitan atención.

Con irisación, adaptación química y cualquier otro truco que pueda lograr, parece que el rango dinámico absoluto de todo el sistema ocular supera las 20 paradas. Como cada parada es un factor de 2, eso es 2 ^ 20 o aproximadamente "más de 1,000,000: 1". En el extremo superior, el sol es demasiado brillante !!!. En el extremo inferior, el ojo oscuro adaptado puede detectar un solo fotón. Un D3S (mejor rendimiento que un D4) puede tener problemas con eso. (Tenga en cuenta que no se trata de CADA fotón: cuando baja al nivel de pocos fotones por segundo, muchos de ellos golpearán áreas que no son sensores y no serán detectados. Pero cuando uno golpea un área sensible de la retina, producirá una señal de que puede ser grabado)

Pero yo divago :-). Una página extremadamente buena (parece) que discute el rango dinámico del ojo y más es

Cabe destacar los encabezados de los párrafos:

Notas sobre la resolución de la
agudeza visual del ojo humano y la resolución de detalles en impresiones
¿Cuántos megapíxeles equivalentes tiene el ojo?
La sensibilidad del ojo humano (equivalente a ISO)
El rango dinámico del ojo
La longitud focal del ojo

El escritor argumenta que el rango dinámico del ojo sin cambiar la sensibilidad por adaptación o irisación es de aproximadamente 1,000,000: 1 en condiciones de poca luz. Es decir, tan grande como el límite inferior "muy por encima" mencionado anteriormente. Luego justifica este reclamo como se copia a continuación. Esto suena bastante convincente a primera vista. Puede haber fallas en el argumento, pero parece estar bien, y esto no significa que se aplique en todos los niveles de luz.

Aquí hay un experimento simple que puedes hacer. Salga con una carta estelar en una noche despejada con luna llena. Espere unos minutos para que sus ojos se ajusten. Ahora encuentre las estrellas más débiles que puede detectar cuando puede ver la luna llena en su campo de visión. Intenta limitar la luna y las estrellas a unos 45 grados hacia arriba (el cenit).

Si tiene cielos despejados lejos de las luces de la ciudad, probablemente podrá ver estrellas de magnitud 3.

La luna llena tiene una magnitud estelar de -12.5.

Si puede ver una magnitud de 2.5 estrellas, el rango de magnitud que está viendo es 15.

Cada 5 magnitudes es un factor de 100, entonces 15 es 100 * 100 * 100 = 1,000,000.

Por lo tanto, el rango dinámico en esta condición de luz relativamente baja es de aproximadamente 1 millón a uno, ¡tal vez más alto!

Pero, aquí hay una sugerencia mía para un experimento a niveles normales de luz diurna.

  • Encuentre una escena que tenga una buena mezcla de áreas oscuras y áreas muy brillantes, idealmente con algunas áreas oscuras como islas aisladas cerca de islas de brillo. Un ejemplo puede ser la luz del sol que brilla a través de los árboles en un área muy sombreada; algunas celetas o áreas con mucha sombra ayudarán.

  • Permita que sus ojos se adapten al nivel de iluminación general: no mire fijamente los puntos brillantes cerca de donde brilla el sol y no se concentre en áreas especialmente oscuras.

  • Observe qué tan bien puede ver los detalles en las áreas oscuras más oscuras: a qué nivel de oscuridad se desvanece el negro.

  • Intente lo mismo con áreas brillantes: al mirar hacia el sol, habrá un lugar donde los detalles desaparecerán y no podrá ver más.

  • Dirige tus ojos de un lado a otro de la escena entre la oscuridad y la luz para tratar de detener tu mecanismo de adaptación cambiando f-stop sobre ti.

  • Ahora, toma fotos de la escena. Exponga "correctamente" y luego para que las áreas más oscuras que pueda ver puedan verse en la foto y luego para que los reflejos más brillantes que pueda distinguir no se borren.

  • Si tiene el equipo, tome una foto HDR con la máxima variación de f-stop entre fotos. (Mi Sony A77 permite pasos de 5ev).

Mi experiencia es que mi ojo siempre puede ver un rango de brillo más amplio que mi cámara (Minolta 7Hi, A200, 5D, 7D, A700, A77, otro)

En la imagen HDR máxima (rango de 10 ev entre centros) mi ojo puede ver tan bien o mejor que la cámara.

El área donde esto NO PARECE ser así es con muy poca luz cuando necesito permitir que el ojo se integre (¡lo que hace por hasta unos 4 segundos!), Mientras que puedo mirar una foto con poca luz y ver la imagen inmediatamente. El hecho de que pueda haber necesitado una exposición de 10 segundos es irrelevante para la visualización.


Otras cosas variadamente buenas:


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Wow :) esto es realmente fascinante.
Paolo

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Es incluso peor que esto; el cerebro forma la periferia de la imagen mental usando lo que ve mientras mueve su enfoque alrededor de la escena. Entonces verá todos los detalles resaltados de un área más clara cuando su ojo se ajuste a eso, y luego verá todos los detalles de sombras de un área más oscura. Todo esto sucede en milisegundos, por lo que no te das cuenta de que la escena está siendo reconstruida por ti.
Phil H

+1 Buena respuesta, y cuando le agregas el hecho de que no "vemos" con nuestros ojos, pero con nuestro cerebro, se vuelve aún más complicado.
whatsisname

Cosas interesantes. Sin embargo, creo que puede haber una combinación de términos aquí. He leído cosas en el pasado (necesitaré encontrar enlaces) que indiquen que el ojo tenía un rango dinámico de aproximadamente 24 paradas, pero un rango de contraste de aproximadamente 20 o menos. El rango dinámico es el rango de sensibilidad COMPLETO de un dispositivo sensor, donde el rango de contraste generalmente se usa para indicar la parte del rango dinámico total que se está utilizando. Eso tendría sentido, dado que el ojo puede detectar tan poco como un solo fotón (su límite inferior de DR), así como millones de fotones bajo la luz solar brillante.
jrista

Tendría sentido, entonces, que el DR del ojo humano se parezca más a 2 ^ 24 (16 millones) ... por mucho que se parezca al DR de una cámara, no se puede utilizar todo el rango dinámico que el hardware es capaz de hacer. todo el tiempo. Debe comprimir el DR disponible en un rango de contraste más estrecho para adaptarse al dispositivo de visualización ... que es de aproximadamente 8-10 paradas para pantallas de computadora, y 5-7 paradas para imprimir. La naturaleza del contraste variable dentro del rango dinámico total de un dispositivo debería aclarar a los lectores la razón por la que se llama dinámico .
jrista

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Metafóricamente, puede deberse al hecho de que el cerebro no "ve" una sola imagen, sino que compone una basada en una serie de "disparos" continuos de los ojos a medida que se mueven por la escena.

Cada una de estas "tomas" se "toma" con "aperturas" variables, para maximizar el rango dinámico general de la "imagen" final.

Puede pensar en el proceso mental como una mezcla de panorama y HDR si lo prefiere. : o)


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Esta pregunta no se puede estandarizar porque el rango dinámico del ojo siempre cambia para ajustarse a la intensidad de la luz, no solo por la '' apertura humana '' sino también por la sensibilidad del cerebro a lo que el ojo está mirando. Es como una cámara con diferentes procesadores, que usa la más sensible a la luz cuando quiere y usa la más alta sensibilidad a la oscuridad cuando quiere. Creo que el rango dinámico del ojo es de alrededor de 22 a 24 EV.

Esta pregunta me ha intrigado por un tiempo. Intente tomar una foto de un stand de exhibición de color blanco como la leche con láminas de cajas de luz desde diferentes ángulos sin tener que poner el corchete para la exposición y luego el corchete para el balance de blancos por separado y luego procesarlos posteriormente. Es físicamente imposible.

Al igual que el ojo se ajusta psicológicamente al balance de blancos y es por eso que el término "necesita un ojo fresco" es porque la percepción visual también es un factor.


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La razón principal de esto es que el ojo humano registra el brillo en una escala logarítmica, mientras que los sensores digitales son lineales. Eche un vistazo a este sitio a mitad de camino para obtener más información.


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La respuesta principal aquí es la mejor, mientras tanto hay varios comentarios incorrectos. El ojo no obtiene su rango dinámico masivo debido a los movimientos oculares y los ajustes rápidos. Pruebe el experimento en el que mantiene los ojos fijos en un punto y, con los ojos fijos, observe lo que puede ver en su visión periférica cercana en áreas mucho más brillantes u oscuras. Intente fijar puntos de ligereza variable para ver que, de hecho, prácticamente todo lo que cae en los niveles de luz normales es claramente visible para usted. Dado que está enfocado y fijo en un punto, los movimientos oculares no pueden explicar el hecho de que aún puede percibir fácilmente objetos claros y oscuros en su periferia cercana. Tome una fotografía con las mejores cámaras y esto no será remotamente cierto.

Por supuesto, el sol y otras fuentes brillantes son demasiado brillantes cuando están cerca del centro de su vista, y pasar de la luz interior brillante a la oscuridad total también es demasiado. En base a las comparaciones con las cámaras de video de muy alto precio utilizadas para los deportes, así como con las cámaras digitales de alto precio, la cifra de 24 paradas es probablemente la correcta.

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