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人类创造了照相机，后来又发明了数码相机，百般的努力，是为了留住眼睛所看到的美丽。随着技术的不断进步，数码相机的像素值越来越大，感光度也越来越高，记录的细节越来越多。毫不夸张地说，数码相机正在改变每个人的生活，使我们多了一种记录世界的方法。 现在，千万像素的数码相机已经不是新闻，ISO 3200的高感光度也成为可能。不知你有没有想过，数码相机的能力，是否已经超过了你的肉眼呢？下面，我们将从四个方面对比肉眼和数码相机。
像素值
像素值永远是数码相机最关键的参数。在目前，500万像素基本是数码相机的最低配置，稍微好一点的都是七八百万像素，专业级数码单反的像素已经上到千万。那么，人眼究竟有多少万像素呢？
首先我们要明白这样一个事实：数码相机的CCD/CMOS感光元件是平的，而人眼是感光神经是圆弧形分布的！所以，我们必须首先进行弧线/弦的转换。
人眼的敏锐度可以定义为1/a，其中a=x/弧分。x究竟代表什么？不同学者有不同的答案。对此，我们不妨选择一种得到广泛接受的看法。想象一个栅格测试图，x定义为其中一对平行线耦。根据德国人Konig在1897年（没错，一百多年前）的计算，在亮光下，1/a=1.7。（参见Die Abhangigkeit der Sehscharfe von der Beleuchtungsintensitat,' S. B. Akad. Wiss. Berlin, 559-575）详细推算过程略。
“亮光”，指的是光强大于0.1朗伯，1朗伯光强相当于每平方厘米1/π坎德拉。1坎德拉等于是在101325Pa下，处于铂凝固温度的黑体的1/600000平方米表面在垂直方向上的发光强度。
根据上文所提1/a公式，人眼的敏锐度等于1.7的倒数，即0.59，也就是说，人类需要0.59度的弧分才能区分一对耦线。可以把两条耦线看作是2个像素。0.59/2=0.3，每个像素在人眼中相当于0.3弧分！
假设我们在观看一块20英寸远的，20×13.3英寸的平面印刷物。该印刷物的相对角度为53×35.3度。因此需要53×60/0.3=10600，35×60/.3=7000像素，总和基本达到7400万像素。同时，20英寸内的10600个像素，相当于每英寸530个像素（530ppi），这在印刷业是清晰度非常高的数值。
那么，人眼一共有多少像素呢？
首先，人眼的作用更类似于一台视频摄像机，而非静态的照相机。人的眼球反复转动，持续接受外界的光信号，并随时“更新”大脑内的图像细节。同时，大脑将双眼得到的不同信号组合起来，也可增加图像的分辨率。而且，我们经常会转动眼球或者转动脖子，以接受更多的信息。因此，眼球和大脑的有机结合，使人眼的分辨率不仅仅由虹膜上的光受体决定。
根据以上的观点，假设前方有一个四方形的视野，比如一扇开着的窗户。像素值相当于[90（度）×60（弧度/度）×1/0.3]^2=324000000，即3亿2400万像素。但是你其实不会意识到如此多的像素值，仅仅是大脑根据需要，获取“有用”的细节。从另一个方面来说，人眼的可视范围非常宽，几乎达到180度。如果以此计算，即使仅以120度计算，像素就可达到5亿7600万像素。如此高的像素值，确实不是现有的数码相机可以相比的。
飞思的P45数码后背，有效像素高达3900万，每张照片的文件大小达到110MB以上，售价更是超过20万元，但是仍旧和人眼有较大的差距。
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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发表于 2009-1-5 18:58:43
发表于 2009-1-6 02:33:30
发表于 2009-1-6 09:31:55
