چشم انسان چند مگا پیکسل است و آیا ما توانایی مشاهده جزئیات 8K را داریم؟
به گزارش تور فرانسه، کیفیت عکاسی در دوربین های عکاسی و موبایل ها در حال افزایش است بتازگی دوربین های موبایل های پرچمدار می توانند با 108 مگاپیکسل عکاسی نمایند اما کیفیت چشم ما چقدر است و تا چه میزان می تواند این افزایش کیفیت را درک کند؟
در این باره مقاله ای در رسانه های تکنولوژی دنیا توسط دکتر راجرام کلارک منتشر شده است و با شبیه سازی ها اجرا شده مگاپیکسل حدودی چشم انسان 576 مگاپیکسل برآورد شده است.
البته این نکته را باید دانست که روش آنالیز اطلاعات توسط مغز انسان با دوربین های عکاسی متفاوت است. مغز انسان اطلاعات گرفته شده از دو چشم را در کنار هم قرار می دهد و با حرکت های سریع چشم اطلاعات را کنار هم قرار می دهد و یک تصویرسازی جامع را انجام می دهد. در اصل چشم انسان پیکسل ها را بصورت ترکیبی با هم تلفیق می نماید.
این محاسبات اگر درست اجرا شده باشد یعنی چشم انسان فیلم هایی با کیفیت هشت کی را می تواند درک کند و افزایش بیشتر از این میزان دیگر تفاوتی برای چشم ما نخواهد داشت.
در حال حاضر شرکت دوربین سازی قصد دارند تا دو سال آینده دوربین های خود را با توانایی ضبط هشت کی وارد بازار نمایند.
احتمالا در دو سال آینده پرچمداران موبایل توانایی ضبط تصاویر متحرک با کیفیت هشت کی را خواهند داشت. این کیفیت چهار برابر کیفیت چهار کی کنونی است.
مقایسه چشم انسان با دوربین عکاسی
به گزارش زومیت، احتمالا تا به امروز با خود تصور نموده اید که چشم انسان شباهت های زیادی به دوربین عکاسی و فیلم برداری دارد. عضوی از بدن که وظیفه اصلی بینایی را برعهده دارد، دریافت تصاویر و ارسال آن ها به پردانده اصلی یعنی مغز را انجام می دهد. درنگاه اول شاید این سیستم، بسیار مشابه با دوربین های فیلم برداری و عکس برداری به نظر برسد. به همین دلیل این سؤال برای بسیاری ایجاد شده است که رزولوشن انسان چند مگاپیکسل است. پاسخ به سؤال مذکور، آن چنان آسان نیست و نمی توان با محاسبات ساده ریاضی، عددی ثابت را برای رزولوشن چشم انسان اعلام کرد. منتهی آنالیز و مقایسه دو سیستم طبیعی و مصنوعی ثبت تصویر، خالی از لطف نیست.
برای پاسخ به سوالی که رزولوشن چشم انسان را جست وجو می نماید، ابتدا باید تعریف مگاپیکسل و تفاوت آن را با رزولوشن دوربین درک کنیم. اگرچه ما تصور می کنیم که رزولوشن تصویر، عددی مثلا مانند 1080*1920 است، اما رزولوشن به فاکتورهای بسیار متعددی بستگی دارد. از میان فاکتورهای مهم می توان به نور، ابعاد حسگر، سوژه مورد ثبت و رمزنگاری و فاصله سوژه تا لنز اشاره نمود. درواقع، چگالی پیکسل از فاصله ای به بعد دیگر معنایی ندارد. درنتیجه، سؤال رزولوشن چشم انسان چند مگاپیکسل است، باید به این صورت تغییر کند: شما برای پر کردن میدان دید خود برای باور کردن به اینکه به تصویری واقعی نگاه می کنید، به چند پیکسل احتیاج دارید؟ اگرچه سؤال جدید هم نقاط ابهام متعددی دارد، اما بعضی از اشکالات سؤال اول را رفع می نماید.
مقایسه دید انسان با فاکتورها و معیارهای فناورانه، ایرادهای متعددی دارد. ابتدا باید بدانیم که بینایی انسان، بعضی از سوژه های موجود در میدان دید را نادیده می گیرد. به عنوان مثال چشم شما پس از مدتی دیگر فریم عینک را در کادر دید مشاهده نمی نماید و به نوعی جزئیات آن به مغز ارسال نمی گردد. به علاوه، هریک از دو چشم چپ و راست، نقطه کور دارند. در نهایت، تفاوت عظیم دیگر در بخشی موسوم به Fovea در چشم دیده می گردد که در بخش های بعدی آن را شرح می دهیم.
باوجود تمامی تفاوت های موجود، بعضی دانشمندان و محققان، کوشش هایی برای محاسبه رزولوشن چشن انسان انجام داده اند. دکتر راجر ام کلارک، کارشناس باسابقه عکاسی، مقاله ای مفصل پیرامون محاسبه حدودی چشم انسان منتشر نموده است. مقاله با تشبیه نسبی تعیینات چشم با فاکتورهای تصویربرداری، درنهایت به عدد 576 مگاپیکسل برای چشم انسان می رسد. در شرح واضح تر، اگر نمایشگری با عظیمی مناسب پیدا کنید که کل میدان دید شما را پوشش دهد، باید 576 مگاپیکسل عمق داشته باشد.
کلارک پس از محاسبه بالا، نکته جالب توجهی را بیان می نماید که بار دیگر نشان دهنده نادرست بودن مقایسه ی مذکور است. او می گوید نمی توان عدد کشف شده را قطعی دانست، چون چشم انسان مانند دوربین عمل نمی نماید.
پردازش پیکسل ها در چشم انسان
محاسبات نشان می دهد که تصاویر 8K با چهاربرابر رزولوشن 1080p افقی و عمودی و 16 برابر رزولوشن کلی، احتمالا شفاف ترین تصاویری هستند که چشم انسان توانایی درک آن ها را دارد. نباید فراموش کنید که نام 8K از عدد حدودی تعداد پیکسل ها در محور افقی این تصاویر گرفته شده است. همه ما می دانیم که رزولوشن در مشاهده محتوای بصری و کیفیت آن اهمیت بالایی دارد. صرف نظر از نوع تصویری که مشاهده می کنید، وقتی با یک محتوای بصری با رزولوشن بسیار بالا و شفافیت بالا روبه رو باشید، گویی تصویر در ذهن شما به خوبی نقش می بندد. رخدادی که ارتباط زیادی با ساختار پردازش پیکسل ها در چشم دارد.
باوجود شرحات بالا، بعضی کارشناسان این ادعا را مطرح می نمایند که آیا باتوجه به محدود بودن ابعاد چشم انسان (بخوانید ابعاد حسگر دریافت نماینده سیگنال) آیا رزولوشن بسیار بالا هنوز هم اهمیت دارد؟ پاسخ به سؤال مذکور و پیدا کردن تأثیر یا عدم تأثیر رزولوشن بالا، در آنالیز و درک یکی از پیچیده ترین ساختارهای سیستم بدن انسان نهفته است. ترکیب کارایی ساختار پیچیده ای که در چشم تا مغز قرار گرفته است و تجربه ای ذهنی برای انسان ایجاد می نماید، هنوز هم سهم عمده ای از بحث و تحقیق دانشمندان را به خود اختصاص می دهد و پرسش های بی پاسخ متعددی دارد. درنهایت باوجود پیچیدگی سیستم، می توان بعضی از خصوصیت های آن را با آزمایش های تجربی درک کرد.
از پیکسل به تصویر: چشم های ما چگونه نور را به عکس تبدیل می نمایند؟
نور (چه نوری که به صورت متمرکز از پیکسل ها دریافت می گردد یا جریانی از فوتون های ریز از دنیای سه بعدی فیزیکی است)، در ترکیبی پراکنده و ناخوانا به چشم انسان می رسد. پیش از اینکه مغز مشغول ترکیب و منظم کردن اطلاعات دریافتی گردد، نور توسط ساختار داخلی چشم جذب شده و بازتاب داده می گردد. این فرایند توسط لنز طبیعی چشم و دو ساختار موسوم به Humour یا زلالیه انجام می گردد. زلالیه در تعریف ساده ماده ای تقریبا مایع است که با پوششی شبیه به آب، از لنز محافظت نموده و شکل کروی چشم را حفظ می نماید.
اگر ساختار قابل رؤیت را با لنز دوربین تشبیه کنیم، شبکیه حکم فیلم داخل دوربین را ایفا می نماید. این عضو ظریف و باریک شامل سه لایه نورون است که اولین سری پردازش اطلاعات بصری را انجام می دهند. سلول های حساس به نور در شبکیه که به نام گیرنده های نوری (Photoreceptors) شناخته می شوند، فوتون ها را پس از متمرکز شدن به پشت چشم، جذب می نمایند.
گیرنده نوری در هریک از چشم های انسان شامل 120 میلیون سلول استوانه ای (Rods) می گردد که با حساسیت بالایی نسبت به نور واکنش نشان می دهند. در کنار آن ها، 6 تا 7 میلیون سلول مخروطی حساس به رنگ نیز قرار گرفته است. سلول های استوانه ای بخش عمده ای از شبکیه را اشغال می نمایند، اما در مرکز شبکیه بخشی وجود دارد که سلول های مخروطی در آن متمرکز شده اند. این بخش به نام fovea شناخته می گردد. درنهایت شرح این بخش، نشان دهنده اهمیت سلول های استوانه ای و مخروطی بود که به عنوان تنها سلول های گیرنده نور، نقشی اساسی در تبدیل داده های بصری به سیگنال های الکتروشیمیایی ایفا می نمایند.
پس از دریافت نور، نورون های موجود در شبکیه می توانند میدان بصری را با ثبت کنتراست های موجود در داده های دریافت شده توسط گیرنده های نوری، تجزیه نمایند. کنتراست ها یا لبه ها، واحد های اساسی کل فرایند پردازش بصری هستند. سوزانا مارتینز و استیون ماکنیک، اساتید چشم پزشکی و عصب شناسی، در کتابی به نام Champions of Illusion شرح قابل توجهی برای لبه ها ارائه می نمایند: لبه را می توان تقاوت بین دو نقطه از فضایی مشترک دانست که می تواند نور یا رنگ باشد. وقتی سیگنال لبه ها به مغز برسد، خطوطی پیرامون شکل سوژه موجود در میدان دید در مغز ثبت می گردد.
چشم انسان مانند دوربین برای دریافت حداکثر شفافیت ممکن از یک سوژه، باید به صورت مستقیم به آن خیره گردد. نباید فراموش کنید که حتی قدرتمندترین لنزهای موجود برای دوربین های مدرن نیز توانایی ثبت حداکثر جزئیات را در کل دامنه لنز ندارند. چشم انسان نیز حداکثر جزئیات و دقت را تنها در میدان مقابل fovea مشاهده می نماید که سهم کوچکی از میدان دید را تشکیل می دهد. ماکنیک می گوید تنها 0/1 درصد از میدان دید شما در هر لحظه، توانایی دریافت حداکثر جزئیات تصویر را دارد و سایر داده های دریافت شده، ترکیبی از توهم های بصری هستند.
حداکثر شفافیت، تنها در زاویه کاملا مقابل چشم، دیده می گردد
هر بار که شما به سوژه ای خیره می شوید، مثلا به صفحه ساعت خود نگاه می کنید، سایر دنیا حاضر در میدان دید به منظره ای مات تبدیل می گردد؛ اما انسان این فرایند مات یا بلوری شدن را متوجه نمی گردد. دلیل رخداد مذکور را باید در مهندسی عالی موجود در کورتکس بینایی مغز جست وجو کرد. هربار که نمایی از یک اتاق را در برابر خود می بینیم، مغز نه تنها آن چه که در برابر چشمان قرار گرفته است، بلکه ترکیبی از تصاویر دریافت شده از حرکت جهشی اخیر چشم را هم ثبت می نماید. تصاویر ثبت شده در کنار حافظه بصری شما، مدلی ذهنی از فضای پیرامون را ایجاد می نماید که در هر لحظه نیز به روزرسانی می گردد. درنهایت با اینکه تنها درصد کوچکی از میدان دید در حالت فوکوس قرار گرفته است، اما تمامی میدان را با شفافیتی برابر مشاهده می کنید.
حرکت نورون های عصبی برای تشکیل تصویری شفاف از کل میدان دید، وابستگی زیادی به توانایی چشم در راهنمایی قدرت تمرکز در هر جهت دارد. چشم هایی که دقتی پایین تر از ایده آل دارند، به یاری لنزهای خارجی، قدرت را افزایش می دهند. به عنوان مثال، لنزهای تماسی مانند دوربین های کامپکت عمل می نمایند و حرکتی همگام با مرکز بینایی دارند. درمقابل، عینک های طبی، به صورت ایستا عمل نموده وسهم عمده ای از میدان دید را پوشش می دهند و عظیم نمایی برابری را در همه زوایا ایجاد می نمایند.
آیا ما توانایی مشاهده جزئیات 8K را داریم؟
دقت بینایی (یا همان فاکتوری که در محاسبه ضعیف بودن چشم اندازه گیری می گردد) را می توان رزولوشن چشم انسان دانست. اضافه کردن عینک یا لنز طبی تماسی با هدف افزایش قدرت فوکوس چشم، تاحدودی شبیه به افزایش رزولوشن نمایشگر است.
رزولوشن بالاتر علاوه بر پیکسل های بیشتر (یعنی داده های نوری بیشتر) به معنای پیکسل های کوچک تر نیز هست. چون رزولوشن فاکتوری برای اندازه گیری گسترش داده در سطحی تعیین است. با درنظرگرفتن تعداد ثابتی پیکسل، میدان دید عظیم تر یا نمایشگر عظیم تر، به معنای کاهش رزولوشن خواهد بود، چون داده ها در سطح عظیم تری گسترده می شوند. از آنجایی که حداکثر توانایی چشم انسان در درک کردن جزئیات، به فاصله پیکسل ها (و نه تعداد آن ها) بستگی دارد، نمی توان ادعا کرد که 8K فراتر از توان درک جزئیات بیننده است.
باوجود شرحات بالا، مزیت های 8K تنها محدود به افزایش ابعاد نمایشگر نمی گردد. متخصصان فناوری می گویند در رزولوشن 8K، شاهد نمایش لبه های تصاویر با کیفیتی نرم تر و واقعی تر نیز هستیم که اهمیت زیادی در درک عمیق در چشم کاربر دارند. بعضی حتی ادعا می نمایند که در رزولوشن 8K، تصاویر به قدری شارپ هستند که شبیه به عکس های متحرک به نظر می رسند. به علاوه، وقتی حتی از فاصله نزدیک به نمایشگر 8K نگاه می کنید، نمی توانید پیکسل های آن را از هم تشخیص دهید.
فاکتور و اصطلاح دیگری که در تحلیل ساختار بینایی انسان مطرح می گردد، دقت بیش ازحد یا Hyperacuity نام دارد. فاکتور مذکور، یکی از سؤال های بی پاسخ دیگر در درک پردازش بصری انسان محسوب می گردد. دانشمندان می گویند دقت بصری ما بسیار بیشتر از آن چیزی است که تصور می کنیم. به بیان دیگر، کورتکس بینایی از ابزاری ناشناس و مبهم برای ایجاد اطلاعات بصری از داده های پراکنده استفاده می نماید.
درنهایت بحث های بالا نشان می دهد که نمی توان هیچ نظریه قطعی درباره محدودیت های پردازش جزئیات در چشم انسان مطرح نمود. همان طور که دیدیم، ترکیبی از فعالیت های گوناگون، منجر به تبدیل شدن داده های بصری به تصویر در مغز می شوند و نمی توان با محاسبه های ساده، عددی را برای آن ها پیشنهاد داد. به هرحال ما امروز تنها می توانیم درباره کیفیت بهبودیافته تصاویر 8K صحبت کنیم که قطعا تجربه ای شفاف تر از محتوای بصری را در ذهن مان حک می نمایند.
منبع: فرارو