نمایشگاه هنر ایران: چشم انسان غیر قابل مقایسه با دوربین عکاسی ست
در این مقاله قصد دارم به مقایسه چشم انسان و دوربین و سیستم هر یک در مشاهده و پردازش تصاویر بپردازم.
این مقاله بعد از یک بحث و گفت و گوی طولانی توسط من درباره‌ی اینکه آیا یک لنز 35 میلی‌متری یا یک لنز 50 میلی‌متری بر روی یک دوربین فول فریم قادر است با زاویه دید چشم یک انسان عادی برابری کند یا خیر، شروع شد.
با کمی تفکر درباره‌ی این سؤال، به خصوصیات فیزیکی اپتیک چشم انسان می‌رسیم که آنها را مانند دوربین و لنز دوربین می‌توانیم تفسیر کنیم. درواقع، چشم نیز مانند دوربین دارای یک المان شیشه‌ای در بخش جلویی ( قرنیه )، یک رینگ تغییر دیافراگم ( عنبیه و مردمک )، یک لنز و یک حسگر ( شبکیه ) است.
با وجود همه قانون‌های ریاضی درباره چشم انسان که هر لحظه به روز می‌شوند، این بحث به نظر منطقی نمی‌آمد و به همین خاطر من تحقیقاتی پیرامون این موضوع به عمل آوردم.
این مقاله ممکن است در گرفتن عکس‌های بهتر کمکی به شما نکند، اما جذاب به نظر می‌آید. اگر قرار است برای شما خسته کننده باشد، من همینجا نتیجه را با دو نقل قول از گری وینوگراند ( Garry Winogrand ) برایتان می‌گویم :
یک عکس، توهمی است به صورت تحت اللفظی گونه که یک دوربین در آن قادر است مکان و زمان را ببیند.
عکاسی درباره‌ی چیزی که از آن عکاسی می‌شود نیست، بلکه درباره‌ی این است که آن چیز چگونه در عکس ثبت شده به نظر می‌آید.
به طور اساسی با وجود این همه تحقیق درباره چگونگی شباهت چشم انسان به دوربین، چیزی که من یاد گرفتم این است که دید یک انسان هرگز شبیه به یک عکس نیست. در واقع این موضوع زمانی به من ثابت شد که من یک عکس از یک صحنه را زیباتر و جالب‌تر از خود صحنه‌ای که دیدم دانستم.
چشم به عنوان دوربین
نمایشگاه هنر ایران: به صورت کلی، مقایسه کردن چشم با دوربین عکاسی بسیار منطقی است. ما می‌توانیم طول قسمت جلویی چشم تا قسمت انتهایی آن ( حدود 25 میلی‌متر – از قرنیه تا شبکیه ) و قطر مردمک چشم ( که از 2 میلی‌متر تا 7 یا 8 میلی‌متر گشوده می‌شود ) را اندازه‌گیری کرده و آنها را با اعدادی که برای لنز استفاده می‌شود، محاسبه کنیم.
شما احتمالا بعضی اعداد متفاوت برای فاصله کانونی چشم پیدا خواهید کرد. بعضی از آنها اندازه فیزیکی سازه آناتومیک چشم هستند، بعضی دیگر محاسبات بصری‌اند. و به دلیل وابستگی بین عضلات چشم، اندازه‌ی خود چشم و لنز آن تغییر می‌کند.
برای خلاصه، فاصله کانونی عمومی نقل شده در مورد چشم انسان 17 میلی‌متر است. اندازه متعارف‌تر پذیرفته‌شده 22 تا 24 میلی‌متر است. در مواقع اصلی اندازه فاصله کانونی ممکن است بیشتر هم باشد.
با دانستن فاصله‌ی کانونی حدودی و ابعاد مردمک می‌توان دهانه‌ی دیافراگم ( f-stop ) چشم را با دقتی مناسب محاسبه کرد. با درنظرگرفتن ۱۷ میلی‌متر برای فاصله‌ی کانونی و ۸ میلی‌متر برای حداکثر قطر مردمک، چشم را می‌توان لنزی با f/2.1 در نظر گرفت.
اگر فاصله‌ی کانونی ۲۴ و قطر مردمک ۸ میلی‌متر را در نظر بگیریم، دهانه‌ی دیافراگم f/3.5 می‌شود. در میانه‌ی قرن بیستم، ستاره شناسان به منظور درک بهتر ابعاد دهانه‌ی دیافراگم برای چشم مطالعاتی کردند که اعداد f/3.2 و f/3.5 را برای آن بیان می‌کردند. ( میدلتون – Middleton، سال 1958 م )
در این مرحله، شما که این مقاله را می‌خوانید، احتمالا متعجب هستید که اگر فاصله کانونی 17 میلی‌متر باشد، پس چرا درباره‌ی اینکه لنز 35 یا 50 میلی‌متری معادل با دید چشم انسان است بحث کردیم.
دلیل آن این است که اندازه فاصله کانونی چشم زاویه دید انسان را تعیین نمی‌کند. در زیر به جزییات بیشتر می‌پردازیم؛ اکنون فقط بدانید تنها بخشی از شبکیه تصویر اصلی دیده شده‌ی ما را پردازش می‌کند. شایان ذکر است که بینایی انسان به دو بخش تقسیم می‌شود : یکی مخروط اصلی تمرکز بینایی و دیگری بینایی پیرامونی.
مطالعات متعدد ابعاد مخروط بینایی اصلی را بررسی و آن را حدود ۵۵ درجه بیان می‌کنند. با دوربین فول‌فریم ۳۵ میلی‌متری و استفاده از لنز ۴۳ میلی‌متری، می‌توان به زاویه‌ی دید ۵۵ درجه‌ای دست یافت. درنتیجه، فاصله‌ی کانونی ایجاد شده دقیقا همان زاویه‌ی دید انسان‌ها را ایجاد خواهد کرد. ابعاد لنز محاسبه شده بین ۳۵ و ۵۰ میلی‌متر قرار می‌گیرد.
درنتیجه‌ی این محاسبات، به پاسخ پرسش ابتدای مقاله می‌رسیم. برای رسیدن به کیفیت تصویر مشاهده شده‌ی چشم انسان در دوربین ۳۵ میلی‌متری SLR، لنز ۳۵ یا ۵۰ میلی‌متری نیاز نیست؛ بلکه عدد بهینه بین آنها قرار دارد (۴۳ میلی‌متر).
چشم انسان دوربین عکاسی نیست !
با دریافتن پاسخ اصلی، می‌توانستم همه چیز را باقی بگذارم و با موضوعات بی فایده و بی اهمیت سعی در جلب توجه دوستان آنلاین خود کنم؛ اما نه. من بیشتر اوقات با اینکه کارهای زیادی برای انجام دارم، زمانم را با خواندن مقاله‌های مربوط به چشم و دید انسان سپری می‌کنم.
محاسبات بخش‌های قبل برای درک کامل و مقایسه‌ی چشم و دوربین کافی نیستند. درواقع، هنوز سؤال‌های زیادی برای مقایسه وجود دارد. به‌عنوان مثال، اندازه گیری دیافراگم و لنز برای پاسخ به پرسش‌های همیشگی درباره‌ی تفاوت و شباهت چشم و دوربین کافی نیست.
حسگر تصویری شبکیه چشم را در نظر بگیرید. شبکیه ابعادی (قطر ۳۲ میلی‌متری) نزدیک به حسگر دوربین فول‌فریم دارد (۳۵ میلی‌متر). به‌جز این شباهت اولیه، تقریبا تمامی بخش‌های حسگر طبیعی و حسگر ساخته‌ی دست انسان تفاوت دارند.
نمایشگاه هنر ایران: اولین تفاوت بین شبکیه و سنسور دوربین شما کاملاً واضح است، شبکیه در امتداد سطح پشتی چشم خمیده است و مانند سنسور سیلیکونی در دوربین صاف نیست. خمیدگی یک مزیت بارز دارد، لبه‌های شبکیه تقریباً از لنز تا مرکز هم فاصله‌اند. بر روی یک سنسور مسطح لبه‌ها از لنز فاصله دارند و مرکز نزدیک‌تر است. درنهایت، شبکیه وضوح بیشتری در لبه‌ها ارائه می‌کند.
همچنین چشم انسان نسبت به دوربین شما پیکسل‌های بیشتری دارد، یعنی حدود 130 میلیون پیکسل و با توجه به این نکته، احتمالا شما صاحبان یک دوربین 24 مگاپیکسلی اکنون احساس حقارت می‌کنید 🙂
با این حال، فقط در حدود 6 میلیون پیکسل چشم مخروطی هستند ( که رنگ را مشاهده می‌کنند )، 124 میلیون باقی مانده فقط سیاه و سفید را مشاهده می‌کنند. اما مجدداً به مزایای شبکیه چشم فکر کنید. اگر بیشتر دقت کنیم، تفاوت‌ها حتی بیشتر آشکار می‌شوند.
با نگاهی دقیق‌تر، متوجه تفاوت‌های بنیادی‌تر چشم و دوربین نیز می‌شویم. در حسگر دوربین، هر پیکسل در الگویی خطی قرار می‌گیرد؛ درنتیجه، هر میلی‌مترمربع از حسگر، الگو و تعداد پیکسل برابری با بخش‌های دیگر دارد. در شبکیه، بخش مرکزی کوچکی با ابعاد حدود ۶ میلی‌متر به‌نام « ماکولا » ( لکه‌ی زرد ) وجود دارد که بیشترین گیرنده‌های تصویری چشم در آن قرار دارند.
بخش مرکزی ماکولا به‌نام گوده‌ی مرکزی ( Fovea ) هم فقط به سلول‌های دریافت‌کننده‌ی رنگ مجهز است. بخش‌های دیگر ماکولا نیز ترکیبی از ساخته‌های مخروطی و استوانه‌ای دارند.
ماکولا در هر یک میلی‌متر مربع، حدود ۱۵۰.۰۰۰ پیکسل دارد. در مقام مقایسه، باید بدانید دوربینی حرفه‌ای همچون دوربین کانن 5D Mark ll یا D3x در حسگری با ابعاد ۳۵ در ۲۴ میلی‌متر، ۲۴ میلیون پیکسل دارد. به‌هرحال، ۱۵۰.۰۰۰ پیکسل مذکور بینایی مرکزی، یعنی همان مخروط ۵۵ میلی‌متری، تمرکز اصلی بینایی را پردازش می‌کند. به‌علاوه، بخش مرکزی دامنه‌ی دید ما قابلیت‌های بسیار بیشتری در مقایسه با دوربین‌های برتر کنونی دارد.
بقیه شبکیه دارای ” پیکسل ” های بسیار کمتری است که اکثر آنها فقط می‌توانند سیاه و سفید را ببینند. درواقع، آن بخش‌ها همان بینایی پیرامونی را شکل می‌دهند (همان تصویری که در گوشه‌ی چشم خود می‌بینید). بخش‌های پیرامونی شبکیه اجسام متحرک را هم به‌خوبی تشخیص می‌دهد؛ اما قطعا رزولوشن بالا برای انجام کارهای دقیق، همچون خواندن کتاب را ارائه نمی‌دهند.
سطح کلی دید ( ناحیه‌ای که در آن می‌توانیم حرکت کنیم ) از چشم انسان 160 درجه است، اما در خارج از مخروط توجه بصری، ما واقعاً نمی‌توانیم جزئیات را شناخته و تشخیص دهیم، فقط اشکال و حرکات گسترده قابل حس‌اند.
با ترک شبکیه و بازگشت به سمت مغز، از مزایای چشم انسان در مقایسه با دوربین کاسته می‌شود. دوربین داده‌های هر پیکسل را از سنسور به تراشه رایانه ارسال می‌کند تا به صورت یک تصویر پردازش شود.
چشم دارای 130 میلیون سنسور در شبکیه خود است، اما عصب نوری که سیگنال‌های آن حسگرها را به مغز منتقل می کند، تنها 1.2 میلیون فیبر دارد، بنابراین کمتر از 10٪ از داده‌های شبکیه در هر لحظه به مغز منتقل می‌شود.
نمایشگاه هنر ایران: بخشی از این کاهش به دلیل آن است که حسگرهای نوری شیمیایی شبکیه برای شارژ دوباره به کمی زمان نیاز دارند. به علاوه، مغز هم توانایی پردازش چنان حجمی از اطلاعات را به صورت کامل ندارد؛ به همین دلیل، تنها ۱۰ درصد از داده‌ها به مغز می‌رود.
و البته مغز سیگنال‌ها را بسیار متفاوت از دوربین عکاسی پردازش می‌کند. برخلاف کلیک‌های شاتر متناوب یک دوربین، چشم در حال ارسال یک فیلم به صورت مداوم به مغز است، مانند غذا خوذدن، که به آنچه می‌بینیم پردازش می‌شود.
ناخودآگاه مغز ( هسته ژنتیکی جانبی ) سیگنال‌ها را از هر دو چشم مقایسه می‌کند، مهمترین قسمت‌ها را به صورت تصاویر 3 بعدی جمع می‌کند و آنها را برای تشخیص تصویر جمع آوری کرده و به قسمت آگاه مغز می‌فرستد تا پردازش شود.
بخش ناخودآگاه مغز علاوه بر دریافت، سیگنال‌هایی را نیز به چشم ارسال می‌کند که به حرکت اسکن کره‌ی چشم و تمرکز بینایی اصلی ماکولا بر روی سوژه‌ی مدنظر منجر خواهد شد. در طول چند ثانیه، چشم چندین تصویر را ارسال می‌کند و مغز با پردازش آنها به تصویری جزئی‌تر و دقیق‌تر می‌رسد.
مغز ناخودآگاه همچنین بسیاری از پهنای باند ورودی را رد می‌کند و تنها بخش کوچکی از داده‌های خود را به مغز آگاه می‌فرستد. شما می‌توانید این مسئله را تا حدی کنترل کنید؛ به عنوان مثال، در حال حاضر مغز آگاهانه شما در حال گفتن این جملات به هسته ژنتیکی جانبی است که ” فقط اطلاعات را از دید مرکزی برای من بفرستید، بر روی کلمات تایپ شده در مرکز میدان دید تمرکز کنید، از راست به سمت دیگر حرکت کنید تا بتوانم به درستی مطالب روبرویم را بخوانم. “.
برای چند ثانیه صبر کنید و بدون حرکت دادن چشم سعی کنید چیزی که در دید جانبیتان قرار دارد را بخوانید. چند ثانیه قبل شما نمی‌توانستید چیزهایی که در سمت راست و چپ مانیتورتان قرار دارد را ببینید، چون دید جانبیتان به سمت ناخوداگاه ذهنتان نرفته بود.
تنها با متمرکز شدن بر روی بینایی پیرامونی و بدون نیاز به حرکت دادن کره‌ی چشم، می‌توان اجسام موجود در گوشه‌ها را تشخیص داد. با سیگنالی دیگر از سمت مغز، می‌توان تمرکز بینایی را نیز به اجسام انتقال داد و جزئیات آنها را درک کرد. به‌هرحال، حتما در این آزمایش متوجه شده‌اید که نمی‌توان به صورت هم‌زمان هم متن را خواند و هم بر روی اجسام پیرامونی متمرکز شد. دلیل آن نیز ناتوانی مغز در پردازش حجم فراوان داده است.
پس از آنکه تصویر به بخش خودآگاه مغز ( کورتکس بینایی ) می‌رسد، فعالیت مغز متوقف نمی‌شود. این منطقه با بخش‌های حافظه‌ای مغز ارتباطی قوی دارد و قابلیت تشخیص موارد موجود در تصاویر را به انسان می‌دهد. همه‌ی ما در زمانی تجربه کرده‌ایم که جسمی را ببینیم؛ اما برای چند لحظه آن را تشخیص ندهیم.
پس از تشخیص، از خود می‌پرسیم واقعا چرا در نگاه اول، جزئیات جسم را تشخیص ندادیم. دلیل تأخیر در تشخیص، کسری از ثانیه تأخیر در فرایندهای مغز است که برخی اوقات تا دسترسی به فایل‌های تشخیص تصویر طول می‌کشد.
درحقیقت، بینایی انسان را نه می‌توان با فیلم و نه با عکس مقایسه کرد. حتی وقتی به تصویری ثابت نگاه می‌کنیم، مغز با تغییر موقعیت مرکز توجه بینایی، تصاویر پشت سر هم و به نوعی ویدئو از آن می‌سازد. ترکیب تصاویر پشت سر هم نمای نهایی را در مغز تشکیل می‌دهد.
کافی است چند ثانیه به تصویری خیره شوید. قطعا متوجه خواهید شد که چشم بر روی بخش‌ها و ابعاد مختلف عکس حرکت می‌کند تا دیدی کلی از آن به‌دست بیاورد. تمرکز بینایی نیز بر روی بخش‌های مختلف کم و زیاد می‌شود تا جزئیات دیده نشده در نگاه اول کشف شوند.
در آخر مقایسه چشم و دوربین به چه نتیجه‌ای می‌رسیم ؟
با مطالعه‌ی بخش‌های قبلی به این نتیجه رسیدیم که نمی‌توان پاسخی روشن برای موضوع « بهترین لنز با هدف نزدیک‌شدن به بینایی انسان » پیدا کرد. البته، همین تحقیقات تاحدودی ثابت کرد چرا برخی از عکس‌ها در نظر ما زیباتر از سایر هستند.
نمایشگاه هنر ایران: ما برای نگاه کردن به عکس‌های دلخواهمان مدتی را به بررسی دقیق آنها اختصاص می‌دهیم تا بینایی انسانی به‌خوبی فرآیند اسکن را انجام دهد. با چنین اسکن‌هایی، قصد داریم جزئیات بیشتری از عکس را درک کنیم و حتی برخی اوقات نگران جزئیاتی هستیم که از نظر باز بمانند.
عکس‌هایی که با دید معمولی ( ۳۵ تا ۵۰ میلی‌متر ) ثبت می‌شوند، صرف نظر از ابعاد، ظاهر مناسب خود را حفظ می‌کنند. حتی عکس‌های بی‌کیفیت در فضای وب که با چنین زاویه‌ای ثبت شده باشند، ماهیت خود را به‌خوبی نشان می‌دهند. به‌عنوان مثال، عکس پایین که در ابعاد ۳۵ میلی‌متری ثبت شده، در صورت مشاهده‌ی ابعاد اصلی، جزئیات زیادی را نشان می‌دهد. البته، در همین ابعاد کوچک و در فضای وب نیز ماهیت اصلی آن را به خوبی تشخیص می‌دهیم.
دلیل مناسب بودن ابعاد ۳۵ تا ۵۰ میلی‌متری آن است که احتمالا پردازش مغز در شناسایی عکس‌هایی موفق‌تر عمل می‌کند که با اندازه‌ی طبیعی محدوده‌ی دید ثبت شده‌اند. احتمالا عکاسان هم در زمان ثبت تصویر، تلاش می‌کنند ترکیب جسم‌ها و موضوع‌ها را در زاویه‌ی دید طبیعی حفظ کنند.
با نگاهی عمیق‌تر به عکس بالا، به سؤالی جالب درباره‌ی علاقه‌ی انسان‌ها به عکس‌های سیاه و سفید می‌رسیم، اینکه آیا تمایل بیشتر ما به عکس‌های سیاه و سفید بدین دلیل است که بخش هسته‌ای بینایی را به ارسال سیگنال‌های بدون رنگ مجبور می‌کنند ؟ شاید هم مغز دوست دارد فقط لحن و بافت عکس را درک کند و از مزاحمت سیگنال‌های رنگی در پهنای باند محدود بین چشم و خودش خسته می‌شود.
عکس‌های تله فوتو و ماکرو نیز مانند عکس‌های با زاویه‌ی طبیعی، حتی در ابعاد کوچک و فضای وب هم جذاب و زیبا هستند. قطعا شما هم تجربه‌ی مشاهده‌ی چنین عکس‌هایی را در وب‌سایت‌ها داشته و به آنها علاقه‌مند شده‌اید. حتی اگر ترکیب‌بندی یا عامل خاصی در چنان عکس‌هایی نباشد، شاید مغز ما به دلیل دریافت جزئیات زیاد از آنها ( حتی در ابعاد کوچک ) لذت می‌برد.
در مقابل انواع بالا، عکس‌های واید وجود دارند که حتی برخی از عکاسان به بارگزاری آنها در وب و یا چاپ کردن در ابعاد کوچک تمایلی ندارند. از دیدگاه آنها، عکس واید باید با ابعاد بزرگ چاپ شود تا تمامی جزئیات مدنظر با دقت فراوان مشاهده شدنی باشند.
نمایشگاه هنر ایران: نگاه‌کردن چند باره به همان عکس‌های چاپ شده‌ی بزرگ جزئیات بیشتری در هر مرتبه به ذهن منتقل می‌کند و شاید به همین دلیل، چنین عکس‌های چاپ‌شده‌ای همیشه جذابیت خود را در ابعاد بزرگ حفظ می‌کنند.
درنهایت مقایسه چشم و دوربین ، به این تصور می‌رسیم که شاید عکاسان ماهر در کنار تکنیک‌های فراوان، روند پردازش مغز را نیز به خوبی درک کرده‌اند. آنها تصاویری ثبت می‌کنند که مغز از پردازش جزئیاتشان لذت می‌برد. به هر حال، باید بدانیم عکس با آنچه عکاس در لحظه می‌بیند، تفاوت خواهد داشت. شاید نتیجه‌ی بهتر و نتیجه‌ی نه چندان جذاب، پس از ثبت عکس به دست بیاید.
