相機和人眼誰更厲害? 不比一下,還真不好說

瘋攝     2020年11月10日

我們可以通過眼睛的視覺來感知周圍的世界,這是我們與生俱來的能力。而另一方面,相機是人類發明的,用來產生我們通過眼睛看到的圖像。雖然人眼和相機都使用透鏡來接收和投射圖像,但兩者在能力上有本質的區別。

相機和人眼誰更厲害? 不比一下,還真不好說

為什麼我的相機不能把我眼睛所看到的都記錄下來?為什麼相機記錄下來的圖像,比我眼睛看到的更有吸引力?這似乎是一個簡單的問題,但這也是一個非常難回答的問題,我們不僅需要深入了解相機如何記錄光線,而且還需要研究我們的眼睛如何運作。解決這些問題不但能讓我們更加了解攝影,而且還能揭示出我們對世界的認知。

本文似乎與往常的主題有些不同,我們不去討論任何攝影技巧,也不去研究任何攝影理論。我們僅僅作為一期科普節目,揭開幾乎所有攝影師心中共同的疑問,我們的相機與眼睛究竟有多大的差距?

我們對眼睛與相機的基本認知

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在人眼中,角膜的作用類似於相機的鏡頭,虹膜和瞳孔的作用類似於相機的光圈,視網膜的作用就像最終產生圖像的相機膠片或傳感器。人眼和相機之間的一個重要區別是,眼睛在三維中看到物體,而相機僅在二維中記錄信息。

我們的眼睛能夠看到周圍場景,並根據主題做出動態調整,而相機捕捉的是單一的靜止圖像。這一特點解釋了我們眼睛相對於相機的許多優勢。例如,當我們眼睛可以在對焦於不同亮度的區域時進行補償,當我們環顧四周時,我們可以獲得更廣闊的視角,當我們交替對焦於不同距離的物體時,我們的眼睛也可以進行補償。並且,最重要的是我們真正看到的,是我們的大腦根據眼睛提供的信息輸入重建後的物體,而不是我們眼睛接收到的實際光線。

是不是產生了一定的懷疑,其實最初我也是這樣的。但是下面的例子直觀的再現了一情況,在這種情況下,一個人的大腦可能會被欺騙,看到一些與眼睛不同的東西。

錯誤的顏色:

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在圖像中並盯著中央十字。缺失的點會繞著圓旋轉,但過一會兒這個點就會變成綠色,其實圖像中並沒有綠色。

馬赫波段:

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每一條帶的上邊緣和下邊緣附近都將出現稍微暗一些或淺一些的顏色,其實每一條帶都是均勻的灰色。

然而,這並不能阻止我們比較眼睛和相機!在許多情況下,公平的比較仍然是可行的,但前提是我們要同時考慮我們所看到的和我們的大腦如何處理這些信息,後續部分我們將盡可能區分這兩者。

在本文中我們可以將比較大致分為以下視覺類別:

視角

解析度和細節

靈敏度和動態範圍

以上這些通常被認為是我們的眼睛和相機最不同的地方。其他主題可能包括景深、立體視覺、白色平衡和色域,這些雖有涉及但不作為本文的重點。

相機與人眼:視角對比

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對於相機,這取決於鏡頭的焦距(以及相機的傳感器大小)。例如,長焦鏡頭的焦距比標准人像鏡頭的焦距長,因此視角較窄。

我們的眼睛沒有那麼直接,雖然人類的眼睛的焦距約22mm,但這是一個誤導。

我們的眼睛背面是彎曲的

我們視野的周邊包含的細節比中心的細節少

我們認為的場景是雙眼的結合

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人雙眼的視角總和大約為200°-220°的視角,這取決於人們如何嚴格地將物體定義為「看得見」。同樣,雙眼重疊區域約為114°,幾乎與魚眼鏡頭一樣廣。然而,由於進化的原因,我們極端的周邊視覺只對感知運動和大型物體有用(比如人從你身邊跑過來)。此外,這樣的廣角如果被相機捕捉到,會產生非常不自然的畸變。

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我們的中心視角大約40-60度,這一部分區域是最能影響我們感知的。順便說一句,這接近於一個50mm的「標準」焦距鏡頭,準確地說是全畫幅相機的43mm焦距或1.6x裁切係數半畫幅相機的27mm焦距。雖然這並不能再現我們所看到的全部視角,但它確實與我們所認為的不同類型失真之間的最佳平衡。

用相機拍攝太廣的視角和物體的相對大小被誇大了,而太窄的視角意味著物體的相對大小幾乎相同,你失去了深度感。相比之下,即使我們的眼睛捕捉到一個扭曲的廣角圖像,我們也會重建它,形成一個看起來沒有失真的三維心理圖像。

相機與人眼:解析度和細節對比

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目前大多數數位相機的像素都在1600萬至2400萬像素之間,這常常被認為遠遠低於我們自己的視覺系統。但這是基於這樣一個概念:在「完美」的視覺下,人眼能夠分辨出相當於5200萬像素的圖像。

然而,這種計算具有誤導性。只有我們的中心視力是「完美」的視覺,所以我們實際上從來沒有在眼睛中一下解決那麼多的細節。在遠離中心視覺的地方,我們的視覺能力會急劇下降,因此,只要偏離中心20度,我們的眼睛就只能分辨十分之一的細節。

綜上所述,我們的眼睛只需要掃一眼,就能感知到相當於500萬至1500萬像素相機的細節。然而,我們的大腦並不是一個像素一個像素地記住圖像。相反,它記錄了令人難忘的紋理,顏色和對比度的一個圖像的基礎上。

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為了在腦海中形成一個詳細的圖像,因此我們的眼睛會快速地連續聚對焦於幾個感興趣的區域,這有效地描繪了我們的認知。

最終的結果是我們得到一個基於興趣,細節被有效優先化的心理圖像。這對攝影師來說有一個重要但常常被忽視的含義:即使一張照片的細節達到了相機的技術極限,如果圖像本身不值得記住,這些細節最終也不會有多大價值。

我們眼睛分辨細節的其他重要區別:

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微妙的層次:過多的注意力往往集中在可以解決的最細微的細節上,但細微的色調漸變也很重要,而這恰好是我們的眼睛和相機最不同的地方。在上面的示例中,兩個圖像都包含具有相同對比度的紋理,但這在右側圖像中不可見,因為紋理已被放大。

不對稱:每隻眼睛更能夠感知我們視線下方的細節而不是上方,相機幾乎完全對稱地記錄圖像。

弱光環境:在極低的光線下,如月光或星光下,我們的眼睛實際上開始在單色中觀察場景。在這種情況下,我們的中心視覺也開始描述更少的細節,許多天體攝影師都意識到了這一點。

相機與人眼:靈敏度和動態範圍對比

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動態範圍是眼睛經常被認為的一個巨大優勢。如果我們考慮到我們的瞳孔在不同的亮度區域放大和縮小的情況,我們的眼睛遠遠超過了單個相機圖像的能力(並且可以有超過24檔的動態範圍)。然而,在這種情況下也並不是一個公平的比較。

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如果我們考慮我們眼睛的瞬時動態範圍(瞳孔大小不變),那麼相機的表現會好得多。這類似於在一個場景中觀察一個區域,讓我們的眼睛調整,而不去看其他任何地方。在這種情況下,大多數人的眼睛可以看到動態範圍為10-14檔,這肯定超過了大多數緊湊型相機(5-7檔)。並與數碼單反相機(12-15檔)非常相似。

另一方面,我們的眼睛的動態範圍也取決於亮度和主體對比度,所以上述情況只適用於典型的光線條件。例如,在弱光星空觀測中,我們的眼睛可以有更高的瞬時動態範圍。

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敏感度是另一個重要的視覺特徵,描述了分辨非常模糊或快速移動的物體的能力。在明亮的光線下,現代相機能更好地分辨快速移動的物體,這一點在高速攝影中得到了很好的體現。這通常可以通過相機ISO超過3200來實現,但是人眼想達到自身的極限敏感度(約為相機1/100-1/200快門速度),僅需在等效ISO始終被認定為25的情況下實現。

然而,在光線不足的情況下,我們的眼睛變得更敏感(假設讓我們在弱光環境下調整30分鐘以上)。我們就可以獲得一個等效ISO 5000-10000,但是仍然沒有數位相機那麼高。另一方面,相機的優勢在於能夠拍攝更長時間的曝光以拍攝出更暗的物體,而人眼在盯著某物超過10-15秒後,我們的眼睛就看不到額外的細節。

結語

有人可能會說,相機總有一天會打敗人眼,其實這並不重要,因為相機需要不同的標準。

總的來說,我們視覺系統的大部分優勢來自於這樣一個事實,我們的大腦能夠智能地分析來自我們眼睛的信息,這是目前為止所有相機所不能及的。但是我們對相機而言,所擁有的只是原始圖像,在一些視覺能力上相機遠遠的超過了我們自己的眼睛。

然而,真正的贏家是攝影師,因為我們能夠自如的操控相機,從而超越我們自己的心理圖像。

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