作者Furch (呼噜噜)
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标题Re: [问题] 人的眼睛有内建HDR?
时间Mon Jul 11 02:04:27 2011
※ 引述《evanzxcv (帆布)》之铭言:
这篇文章大概大部分都是错误的…
: 就藉机为大家解惑一下:
: 首先成人眼睛的直径平均约为24mm,也就是我们的视网膜尺寸最大就是24mm*24mm,
: 而135底片的标准片幅是24mm*36mm,所以想像你把135底片拿来把每幅照片拍成正方形,
: 可以说人的感光元件跟全幅相机一样大,实际焦距=等效焦距.
: 那人眼的视角是多少呢?单眼的视角约为160*175度,双眼的话横向可达200度左右.
: 根据三角函数: tan(α/2) = d/2f
: 其中α是视角、d是感光元件直径、f是焦距,
: 那麽我们取α为160度好了,解得f = 2.11 mm!
视网膜尺寸不是这样算的。这个假设忽略了一个基本的事实:
相机的底片/感光元件是平面,而
人眼的视网膜是球面。
见:
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%A7%86%E7%BD%91%E8%86%9C
成人的视网膜构成一个球面的72%,这个球面的直径约为22毫米。
图:
http://tinyurl.com/6kk23hd
由此可知视网膜之球体面积为:
4兀r^2 x 72% = 4兀 x (22mm/2)^2 x 72% →约等於1521mm^2
而135全幅,其面积为 24 x 36 = 864mm^2,两者面积差了将近一倍。
但就算得知面积与焦长转换率也没有什麽意义,
因为当感光元件为曲面/球面时,tan(α/2) = d/2f 这个公式不能拿来推算人眼的焦距。
图:
http://tinyurl.com/65x5rjj
AB两点都可以通过眼球投影在视网膜,这也解释为何人眼的视角极广。
焦距固定的状况下,视角会依片幅不同而改变,
(例如6mm的镜头在FF上是超超~级广角,但在GRD上只是相当於等效28mm的普通广角)
焦距固定的状况下,不变的只有光学性质,例如景深。
事实上,「人眼焦距只有2.11mm」,这个计算结果以常理推断并不合理。
如果人眼焦距只有2.11mm,那景深会非常非常深。
利用景深计算器:
http://so.ooidea.com/tools/dofjs.html 加以验证
(由於不清楚人类视网膜之模糊圈,故以35mm Flim代入)
以镜头焦距3mm、光圈大小F/2.8、对焦距离一公尺计算,可得景深范围0.1m至无穷远。
当你观看距离你一公尺的东西时,近至10公分,远至无穷远都清楚…?
这怎麽想都不可能。何况在室外晴天,人眼的实际光圈值只会更小(小於F/8)
: 很多人想说这怎麽可能~~焦距2.11mm的镜头!
的确是不可能。
因为 1.人眼之成相原理可视做一简单之凸透镜,所观测到的为倒立实像。
2.人眼之直径约为22-24mm。
即 人眼的 角膜/晶状体 到视网膜的距离大概至少也有22mm左右,
图:
http://tinyurl.com/63e8675
而当一个凸透镜焦距为2.11mm时,它的成相根本无法投影到距离它22mm远的视网膜。
也就是说,若人眼是由焦距2.11mm的「镜头」组成,
依据人类眼球的结构,它根本就无法成相。
再者,若焦距只有2.11mm,人眼之最大瞳孔径为7-8mm,
则光圈值为 2.11/8,可得人眼的光圈值达 F/0.26! 简直是梦幻数字XD
若人眼最大光圈值为F/0.26,那与恒定大光圈变焦镜F/2.8差了有7EV之谱!
(0.25 → 0.36 → 0.5 → 0.71 → 1 → 1.4 → 2 → 2.8)
倘若你的最大光圈是F/0.26,那在室内微光时(光圈/瞳孔放大的条件),
拿起单眼相机观看TTL观景窗,因为照度差七倍的关系,你应该会看到一片黑。
但事实上,观景窗看出的亮度也会跟你肉眼所见的差不多。
所以人眼焦距不可能为2.11mm或其近似值,有四个具体理由证明:
1.视网膜为球面,计算方式与相机镜头不同。
2.景深不可能。
3.光圈不可能。
4.基於眼球结构与凸透镜原理,要在视网膜上成相不可能。
那麽人眼的焦距大约为多少?
在问这问题前必须先要有两个认知:
第一个前面提到:人眼之成相原理可视做一简单之凸透镜,所观测到的为倒立实像。
第二个:
人眼是可变焦距的。
看到这边应该一堆人跳脚,先别急,我会讲为什麽。
一般相机镜头,对焦是靠 镜组与底片/感光元件 间的距离改变来对焦
可能是镜组整个移动(常见於定焦镜),或是镜组间的内部镜片移动。
无论如何,对焦时必定靠 镜片与底片/感光元件 间的距离变动来完成对焦。
但是人眼的「镜片」与视网膜距离并不会改变(你有看过有人眼睛会伸缩吗?)
所以一般相机的对焦动作,人眼并没有办法做到,
这意味着人眼的「相距」是固定不变的。(你的眼球也无法任意变形)
以凸透镜而言,当焦距固定时,物距改变,相距也会改变,
而若要维持相同的相距,当物距改变时,焦距也必须改变。
可以照这网页实验看看:
http://w3.sljhs.ylc.edu.tw/bandit/FLASH%5Cconvex.swf
也就是说,固定相距在观看近物时,焦距会较短,反之则较长。
所以人眼为可变焦距,目的不是为了观测远近,而是为了对焦(只是这变焦范围颇小)
大家以前都念过关於近视和远视的知识吧?
由睫状肌的控制,晶状体会变厚/变薄,
改变曲率[] → () →(),这改变的就是焦距。
你戴的近视眼镜/老花眼镜也是改变了焦距。
http://zh.wikipedia.org/wiki/File:Focus_in_an_eye.svg
凸透镜之焦距计算公式:
1/物距 + 1/相距 = 1/焦距
假设你的眼球不会任意变形(即相距固定为22mm),观看无限远之物体时:
1/∞ + 1/22mm 。因 1/∞ 趋近於零,
故可得 1/22mm = 1/焦距,此时人眼之焦距为22mm。
而人眼之最近对焦距离大约是7cm左右(不特别用力伤眼之状况下),公式:
1/66 + 1/22 = 4/66 = 1/16.5 ,可得此时焦距约为16.5mm
故基於眼球结构与凸透镜之光学理论,可得人眼之焦距约为17-22mm。
在观看近物时焦距会变短,反之在看远景时焦距会变长。
而视角问题则是因为视网膜是球面的缘故。
佐证:
在
《Light, Color and Vision, Hunt et al., Chapman and Hall, Ltd, London》
文献资料中提到:
Object focal length of the eye = 16.7 mm
Image focal length of the eye = 22.3 mm
可说是概略符合以上的计算结果。
http://galileo.phys.virginia.edu/classes/531.cas8m.fall04/l11.pdf
此书据Google所示,被相关学术文章引用约五百次以上。
图:
http://tinyurl.com/6xtzh56
依此可得人眼最大光圈值约在 F/2.8-3.1 左右。
(最大瞳孔径7-8mm,焦距22mm)
: 以能分别感受RGB三种不同颜色的视锥而言,是在中央的一小部份最为密集.
: 我们在光线充足的情况下看东西,主要就是靠这些视锥,
: 所以会发现视线中央的景物最清楚,周围就比较模糊了.
: 第二,大脑在接收视网膜得到的讯号後,没有办法同时对整个视网膜的画面做同样的处理,
: 因为在演化上没有必要,一般只要将视线中央的做最佳处理,
: 周围只要让你有感觉他的存在就好了,没有必要像中央一样清晰.
这当然是主要原因,不过另一个次要原因,是因为人眼的相场是曲面/球面。
(因为凸透镜原理和球面视网膜的缘故)
1F:→ vchenkoshe:鱼眼是连角位也有对到焦的07/10 01:08
3F:→ vchenkoshe:周边的并不是50mm 所以角边的画面是没对到焦07/10 01:09
角边是在相场之外,单就这点说是没对到焦/景深之外,其实也没说错。
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 114.25.34.209
4F:推 LoLoLuan:更专业的来了,其实我完全看不懂.... 07/11 02:08
5F:推 ppbigass:职业中的职业来惹 07/11 02:13
6F:推 LoLoLuan:V老大果然厉害! 只有他的推文被挑出来而且正确! 07/11 02:13
7F:推 litthe:嗯..这系列好精彩! 赞! +1! 07/11 02:13
8F:推 CGP:专业文,推! 07/11 02:18
9F:推 SniperF:酷喔! 07/11 02:20
10F:推 heero0333:眼科好深奥 07/11 02:26
11F:推 tacogary:虽然看不懂,但还是得推!至少有个初步的认知! 07/11 02:54
12F:推 Averil:超专业~~推 07/11 02:55
13F:推 evanzxcv:要挑一个小错:视网膜虽然占球面的72%,但事实上不是全部都 07/11 03:08
14F:→ evanzxcv:能感光到的,根据光线直射的原理,人眼内并没有"反射镜", 07/11 03:09
15F:→ evanzxcv:所以最多最多就只有50%的球面有办法成像. 07/11 03:09
16F:→ evanzxcv:因为眼球前半部的视网膜是朝後面的~ 07/11 03:10
17F:→ evanzxcv:所以把人眼的片幅近似为135全幅是完全合理的。 07/11 03:10
如果人眼是平面135片幅的话…并无法达到现实的视角
http://tinyurl.com/62zrolf
18F:推 evanzxcv:一般的定焦镜在对焦距离不同时,焦距实际上也是不同的。 07/11 03:13
要看镜组设计。如果是浮动镜组设计焦距就会改变。
19F:→ evanzxcv:总之结论很简单,人眼是超广角镜。正确的实际焦距每个人都 07/11 03:15
20F:→ evanzxcv:不同,所以要写出个数字来也没意义。 07/11 03:16
21F:推 vchenkoshe:180度最边边的视角就有用到了啦... 07/11 03:19
22F:→ evanzxcv:另外既然视网膜的设计跟135底片相机不同,谈实际焦距也没 07/11 03:29
23F:→ evanzxcv:意义了,先前要澄清的误解是"人眼相当於等效50mm",现在我 07/11 03:30
24F:→ evanzxcv:要说人眼相当於等效2.11mm也不能说错,因为公式就这样写.. 07/11 03:30
实体焦距的意义在於光学性质。
当摄物距,光圈等因素固定的状态下,
等效28mm的6mm镜头,无论如何都会无法营造出28mm的景深。
「推论人眼为超广角镜头」能证明的只有视角,其他光学特性都无法符合现实,
而改变片幅则能轻易的改变视角,只有光学特性无法改变。
25F:推 zaqwsxcde:太强大了 这个也推一下 虽然看不懂 07/11 07:56
26F:推 carl3104:好专业的文章 我想眼睛可变焦这点一定很多人无法认同 07/11 09:39
27F:→ carl3104:然後激动的反问你说:你的眼睛能伸缩拉长拉远吗? XDD 07/11 09:40
28F:推 scottlsw:可以认同阿 内变焦 07/11 10:00
※ 编辑: Furch 来自: 114.37.102.30 (07/11 10:04)
29F:→ Furch:人眼需要可变焦距的理由就是因为无法伸缩拉远阿XD 07/11 10:04
30F:推 frank543:这一串文到底在讲什麽跟什麽阿 看不懂但是又觉得好威 XD 07/11 12:06
31F:→ casanovatony:就高中物理光学的实际应用啊 07/11 12:18
32F:→ scottlsw:什麽!!我是在我生物补充教材里看到这些 07/11 12:27
33F:推 MapleWang:玩过定焦微距镜的人就知道, 对焦距离不同时视角也会微变 07/11 21:46
34F:推 newhan:哇靠 大推这篇! 这篇让我有看洗镜光老师文章的感觉XD 07/11 21:52
36F:推 xs9527:专业到我只能END... 07/12 22:20