Угловое разрешение глаза человека: Гонка разрешений экранов уже не имеет смысла

Содержание

Гонка разрешений экранов уже не имеет смысла

Флагманские смартфоны и современные Ultra HD-телевизоры уже превзошли возможности человеческого зрения. Гонка разрешений, которая только набирает обороты, уже не имеет никакого смысла. На этой точке зрения сходится большинство отраслевых экспертов.

«В новых 4К-телевизорах обычный человек не сможет увидеть разницу [по сравнению с Full HD]», — сказал Раймонд Сонериа (Raymond Soneira), глава фирмы DisplayMate, занимающейся тестированием экранов. В 2010 году Стив Джобс представил iPhone 4 с экраном Retina. Данный дисплей был не просто очень хорошим, он обладал такой плотностью пикселей, что человеческий глаз не мог их различить и, соответственно, дальнейшее увеличение данного параметра стало бессмысленным.

В новых смартфонах Apple данный показатель был сохранен — 326 ppi, однако в новых Android-флагманах вроде HTC One и LG G2 плотность пикселей уже превысила показатель в 400 ppi. Что касается телевизоров, то сейчас активно продвигается новый формат 4К. Он предлагает в 4 раза большее разрешение, чем «обычные» Full HD-телевизоры. При этом Full HD на том расстоянии, на котором обычно зрители смотрят телевизор, можно считать чем-то вроде Retina — человеческий глаз уже не различает отдельные пиксели. Другими словами, увидеть разницу между 4К и Full HD можно только с близкого расстояния, при обычном использовании разница будет просто не видна.

«Существует некоторый предел плотности, за которым вы не сможете сделать изображение лучше из-за ограниченности вашего глаза», — сказал Дон Худ (Don Hood), профессор офтальмологии в Колумбийском университете. Если вытянуть руку перед собой и взглянуть на ноготь указательного пальца, то обычный человек не сможет различить 120 чередующихся черно-белых полос на ногте. Попытка различить пиксели на экране смартфона с разрешением 1136x640 или телевизора с 1920 x 1080 будет аналогичной задачей. Это физический предел человеческого зрения.

На практике люди не смогли бы различить отдельные пиксели, даже если бы их размер был в два раза больше. Уже сейчас можно заметить интересную тенденцию — люди, покупающие дорогие 4К-телевизоры, ставят диван и кресла поближе к экрану, чтобы разница с предыдущим телевизором «бросалась в глаза», ведь на том же расстоянии, что и раньше, разница будет незаметна.

Таким образом, увеличение разрешения экрана — это скорее маркетинг, чем реально нужная пользователю вещь. Причем, как показывает практика, за 4К в телевизорах и 2К на смартфонах люди действительно готовы переплачивать, причем серьезно. Более того, они готовы даже терпеть такие серьезные недостатки, как отсутствие подходящего контента и серьезное увеличение энергопотребления.

На самом же деле действительно улучшить качество изображение может работа над технологиями цветопередачи и обработки видео-сигнала. Если же продолжать увеличивать разрешение, человеку, чтобы он мог увидеть разницу, придется улучшать глаза.  

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

9 ограничений человеческого восприятия и их влияние на наше видение мира

У каждого человека есть свои пределы. Вы можете бежать только с такой скоростью, прыгать вот на такую высоту, столько времени продержаться без воды. Но каковы наши пределы относительно пяти наших чувств, с помощью которых мы воспринимаем и понимаем наше окружение? Вот список из десяти ограничений человеческого восприятия, которые имеют непосредственное воздействие на то, как мы понимаем мир.

Зрение

Около четверти всего человеческого мозга вовлечено в обработку визуальной информации – больше, чем какого-либо другого чувства. Зрение – это, пожалуй, наиболее изученное из пяти человеческих чувств, и сообщество нейрофизиологов заявляет, что о зрении известно больше, чем о любой другой сенсорной системе.

  • 9. Поле зрения
  • Пара здоровых человеческих глаз имеет суммарное поле зрение приблизительно в двести градусов по горизонтали – сто двадцать из которых видят оба глаза, что приводит к возникновению бинокулярного зрения – и сто тридцать пять градусов по вертикали (однако эти значения имеют тенденцию снижаться с возрастом). Такой охват объясняется тем, что оба наших глаза находятся более-менее на передней части головы, а не по её сторонам.

    Расположение глаз по бокам головы часто встречается среди хищников, и хотя это сильно увеличивает суммарное поле зрения животного, часто это приводит к потере остроты бинокулярного зрения. Но если ваша главная забота – избежать того, чтобы вас съели (вместо того, чтобы точно разглядеть, что же именно пытается вас съесть), то это вполне честный размен.

  • 8. Угловое разрешение
  • Угловое разрешение – это один из терминов, который используется для описания способности оптического устройства различать очень мелкие детали. И если вы хотите поговорить о самой мелкой вещи, которую способен разглядеть человеческий глаз, то это имеет смысл делать именно в терминах углового разрешения.

    Угловое разрешение обычно измеряется в таких единицах, как угловые минуты и угловые секунды, которые означают 1/60 и 1/3600 часть одного градуса вашего поля зрения соответственно. Обычно человеческие глаза имеют угловое разрешение около одной угловой минуты плюс минус несколько секунд. Если вы нарисуете на листе бумаги линию шириной в треть миллиметра и поместите его на расстояние вытянутой руки, линия покроет примерно одну угловую минуту вашего поля зрения.

  • 7. Слепое пятно
  • Человеческий глаз изнутри выстлан слоем форорецепторов, которые воспринимают свет. Визуальная информация, полученная этими рецепторами, передаётся в мозг по оптическому нерву. Но сам оптический нерв проходит сквозь часть фоторецепторного слоя внутри глаза, создавая маленькое безрецепторное пятно, которое не способно воспринимать свет.

    Обычно это не имеет значения. У нас есть два глаза, и наш мозг весьма хорошо справляется с обработкой визуальной информации, полученной от каждого глаза, тем самым закрывая разрыв, остающийся на месте слепого пятна. Проблемы начинаются, когда вам приходится полагаться только на один глаз.

  • 6. Видимый спектр
  • Это, пожалуй, самое известное ограничение человеческой сенсорной системы – обычный человеческий глаз способен воспринимать только свет с длиной волны между 390 и 750 нанометрами. Конечно, называть это «видимый» спектр несколько некорректно, поскольку множество животных способно воспринимать свет с частотами, выходящими за эту относительно узкую часть электромагнитного спектра.

Слух

Часто упоминаемый наряду со зрением как одно из наиболее важных человеческих чувств, слух является важной частью многих процессов, от коммуникации до избегания угрозы.

  • 5. Диапазон слуха
  • Среди молодых здоровых людей диапазон частот, которые может услышать их ухо, составляет приблизительно 20-20000 Герц, однако верхний предел этого диапазона имеет тенденцию достаточно стабильно снижаться с возрастом.

  • 4. Абсолютный порог слуха
  • Ваш абсолютный порог слуха – это самый тихий звук, который ваше ухо способно уловить в условиях отсутствия других звуков, которые могли бы его замаскировать. Этот порог варьируется от человека к человеку, изменяется с возрастом, и сильно зависит от частоты самого звука. А также он гораздо тише, чем вы могли себе представить.

    Взгляните на эту таблицу. Данные в ней собраны от людей в возрасте от 18 до 55 лет, и протестированы на частотах между 125 и 12000 Герц, чтобы показать, что нижний предел различимых звуков находится не в нуле децибел, а в районе минус пяти децибел.

    Следует сказать, что цифры, указанные на графике, демонстрируют, что способность слышать звуки до минус пяти децибел достаточно редка (среди мужчин и женщин примерно один человек из десяти способен слышать звуки тише, чем ноль децибел). А фактически, средний порог слуха составляет от нуля до пяти децибел.

Вкус и обоняние

Два этих чувства полагаются на различные сенсорные органы, но тесно связаны между собой; когда кто-либо теряет, к примеру, своё обоняние, его восприятие вкуса резко снижается.

  • 3. Ограничения в дегустации вин
  • Вкус – это, пожалуй, самое слабое из человеческих чувств. Это то, о чём мы только что говорили – ваша способность «чувствовать» вкус вина, к примеру, больше зависит от вашего обоняния.

    Для описания ограничений человеческого вкуса можно привести следующую историю.

    Однажды был поставлен следующий эксперимент: 57 экспертам-дегустаторам вин были предложены два бокала того, что выглядело как белое и красное вино. На самом деле, это было одно и то же белое вино, только подкрашенное нейтральным красным пищевым красителем. В результате эксперимента ни один из экспертов не сумел определить, что вино в одном из бокалов не является красным.

  • 2. Супервкус
  • Существуют свидетельства того, что в мире встречаются люди с супервкусом – то есть имеющие невероятно высокую чувствительность к так называемым «базовым вкусам», а именно: горькому, сладкому, кислому и солёному.

    Эти люди с супервкусом были впервые обнаружены Линдой Бартощук (пионером в области психофизики), которая продемонстрировала, что их чувствительность к вкусу связана с большей плотностью так называемых грибовидных паппиляров, бугорков на языке, содержащих вкусовые рецепторы.

Осязание

Чувство осязания весьма сложно, и включает в себя большой спектр ощущений – от ощущения давления, до щекотки и температуры. Большинство из этих ощущений и стоящих за ними механизмов до сих пор практически неизвестны, но предположительно в них участвуют несколько разновидностей нервов в коже, способных реагировать на разные формы воздействия. Так называемые «дисковидные рецепторы Меркеля», к примеру, участвуют в восприятия давления; а «корпускулы Руфини», как считают, участвуют в восприятии растяжения.

  • 1. Двухточечное различение
  • Что точно известно о чувстве осязания – так это то, что оно наиболее остро в тех регионах тела, где плотность чувствительных нейронов наиболее высока. Один из простейших способов продемонстрировать эту связь – тест на двухточечное различение. Вам потребуется партнёр, но это весьма простой эксперимент, разработанный нейрофизиологом Марджори А. Мюррей:

    Согните металлическую скрепку в форме буквы U с концами на расстоянии около двух сантиметров. Убедитесь, что концы находятся на одном уровне друг с другом. Легонько прикоснитесь концами скрепки к коже на тыльной стороне руки вашего субъекта. Он не должен смотреть на тот участок кожи, к которому вы прикасаетесь. Не давите слишком сильно! Удостоверьтесь, что оба конца скрепки касаются кожи одновременно. Спросите человека, чувствует ли он одно или два касания. Если он говорит, что чувствует одно касание – разведите концы скрепки ещё немного и снова прикоснитесь к тыльной стороне его руки. Если же он говорит, что чувствует два касания – сведите немного концы и протестируйте снова. Измерьте расстояние, на котором ваш подопытный заявляет о двух касаниях.

    Попробуйте провести тест двухточечного различения на разных участках тела (пальцы, щёки, лоб, стопа, живот, спина и так далее), и сравните расстояния, необходимые для получения ощущения двух различных точек касания для каждой части тела. Когда вы закончите, ваши результаты должны быть схожи с теми, что приведены в этой таблице.

    «Рецепторы в нашей коже НЕ распределены равномерно по поверхности нашего тела», пишет Мюррей.

    «Некоторые участки, например наши пальцы и губы, имеют больше осязательных рецепторов, чем другие части нашего тела – к примеру спина. Это является одной из причин, почему мы более чувствительны к прикосновению к нашим пальцам или лицу, чем к нашей спине».

Источник: mixednews.ru

Еще записи по теме

Сколько оттенков цветов различает глаз человека

  • 6 Октября, 2018
  • Офтальмология
  • Тимошенко Михаил

Лишь единицы обращают внимание на то, какими уникальными механизмами чувств нас одарила природа. Особенно удивительным является зрение, которое позволяет ориентироваться в пространстве, различать цвета, реагировать на движение. В нашем материале рассмотрим самые интересные факты о глазах, поговорим о строении органа.

Строение

Как устроены наши глаза? Зрительный орган имеет неправильную шаровидную форму. Диаметр глазного яблока составляет порядка 2,5 сантиметра. Сюда поступают лучи света, отражающиеся от предметов. За восприятие световых волн отвечает сетчатка, которая расположена на задней стенке органа. Аппарат сформирован целым рядом слоев клеток, чувствительных к воздействию света. Информация передается по зрительному нерву к соответствующему отделу мозга.

Сетчатка занимает самую незначительную площадь. Чтобы свет фокусировался на небольшом участке тканей, должно произойти преломление лучей. За выполнение функции отвечает хрусталик, имеющий вид своеобразной линзы, равнозначно выпуклой по обеим сторонам.

Часть зрительного органа расположена ближе к фронтальной области глазного яблока. Хрусталик обладает способностью к изменению кривизны. Изгиб увеличивается, если требуется распознавание приближенных объектов.

Когда необходимо настроиться на четкое видение отдаленных предметов, хрусталик уплощается.

Преломление световых лучей положено также на стекловидное тело, состоящее из желеобразной массы. Часть органа не только обеспечивает перенаправление света на сетчатку. Благодаря аппарату поддерживается стабильная форма глазного яблока. Ткани стекловидного тела не позволяют тканям органа сжиматься под воздействием внешних факторов.

Свет поступает в глаз человека через зрачок. Размер последнего способен изменяться. Наблюдается подобное, если человек оказывается в темном помещении либо, наоборот, выходит на свет.

Увеличение площади зрачка дает возможность лучше захватывать лучи. Механизм отвечает за регуляцию количества проникающего света.

Под зрачком находится радужная оболочка – скопление пигментных клеток, которые позволяют различать цвет.

Карий – самый распространенный цвет глаз

На планете больше всего людей с карими глазами. Примечательно, что оттенок преобладает у новорожденных детей во всех частях земного шара. Об этом заботится сама природа. Глаза карего цвета содержат обилие пигмента меланина, который защищает зрительный орган от ослепляющих солнечных лучей. Благодаря механизму ткани глаз меньше подвергаются разрушительным воздействиям.

Веки всегда смыкаются во время чиханья

Почему вы не можете чихнуть с открытыми глазами? Во время рефлекторного процесса раздражается тройничный нерв. Последний принимает участие в регуляции работы зрительного органа. В спокойном состоянии тройничный нерв позволяет глазам оставаться открытыми. Чихание вызывает его возбуждение. Веки машинально прикрываются. Функция позволяет избежать разрыва кровеносных сосудов и вылета глаз из орбит в результате повышения внутреннего давления во время чихания. Механизм выступает естественной защитой организма.

Глаза закрываются при поцелуе

Продолжим рассматривать интересные факты о глазах. Согласно наблюдениям, веки часто прикрываются в ходе поцелуя. Ученые объясняют явление довольно просто. Действие вызывает переизбыток чувств. Возникает эмоциональное перенапряжение. На мозг оказывается высокая сенсорная нагрузка. Закрывая глаза во время поцелуя, люди инстинктивно устраняют избыточные нагрузки на нервную систему.

О самом редком цвете глаз

Какой самый редкий цвет глаз в мире? Ученые установили, что наименее распространенным выступает зеленый оттенок радужной оболочки. «Изумрудные» глаза встречаются всего среди 2% населения планеты. Существует вполне рациональное объяснение явлению. Ученые связывают феномен с человеческими предрассудками. В эпоху Средневековья активно действовала церковная инквизиция. Зеленоглазых женщин часто отправляли на костер по подозрению в колдовстве. Именно так уничтожались люди с красивейшим оттенком глаз.

Голубоглазых людей можно условно считать родственниками

Интересным фактом о глазах является то, что голубой оттенок радужной оболочки сформировался у людей примерно 10 тысяч лет тому назад. Ранее человечество оставалось кареглазым.

Произошло подобное в результате случайной генной мутации. Изменение вызвало снижение концентрации пигмента меланина в структуре зрительного органа.

Радужная оболочка у родственных людей, которые выступали носителями гена, стала приобретать голубоватый оттенок.

Человек видит мир «перевернутым»

Удивительно, но на сетчатке зрительного органа изначально формируется перевернутая картинка окружающих объектов. Механизм реализован в фотоаппаратах. Уменьшенное изображение образуется на сетчатке глаза. Позже происходит обработка информации головным мозгом. Выполняется коррекция данных, что позволяет человеку нормально ориентироваться в пространстве.

Как показывают результаты исследований, глаза новорожденных воспринимают картинку окружения в перевернутом виде примерно в течение двух недель. Со временем мозг адаптируется к новым условиям и формирует правильное изображение.

Существует довольно интересный эксперимент. Ученые из Калифорнийского университета предложили добровольцам носить очки, которые переворачивают картинку вверх ногами. На протяжении первых суток участники теста страдали от полнейшей дезориентации. Однако через пару недель мозг приспособился к непривычным условиям. Сформировались новые зрительные координации.

Владельцы необычных очков стали без лишних проблем ориентироваться в пространстве. Когда наступило время снять приспособление, участники эксперимента испытали немалые трудности. Позже все вновь пришло в норму. Исследование лишний раз подтверждает способность зрительного органа и головного мозга проявлять гибкость в зависимости от изменяющегося окружения.

Сколько цветов различает человеческий глаз?

В теории каждый индивид способен распознавать порядка десятка миллионов оттенков. Однако в реальности подобное наблюдается редко, причем среди людей творческих профессий. Речь идет о дизайнерах, фотографах, художниках, представителях других сфер деятельности, чья повседневная работа связана с цветом.

В некоторых случаях возникает нарушение восприятия оттенков. Например, дальтоники не различают зеленого и красного. Таких людей в клинической практике называют дихроматами. Интересным фактом о глазах является то, что аналогичный тип зрения характерен для большинства животных, которые относятся к категории млекопитающих.

Глаза могут быть разного цвета

Явление известно под определением гетерохромия. Радужные оболочки глаз человека имеют разный цвет. Феномен носит врожденный и приобретенный характер. Аномалия бывает частичная. В данном случае нетипичный оттенок получает лишь определенная зона зрачка.

Своеобразный дефект выступает обыкновенной мутацией. Отклонение не скрывает опасности для здоровья. Зрение остается нормальным. Человек не ощущает никаких проблем с восприятием окружающего мира.

Осложнения наблюдаются лишь в случае травматической причины развития гетерохромии.

Механическое повреждение сетчатки, которое сопровождается изменением оттенка радужной оболочки, может вызывать нарушения работы нервной системы.

Разноцветные глаза встречаются среди целого ряда знаменитостей. Например, гетерохромия отмечается у актрис Милы Йовович, Кейт Босуорт, Клаудии Шиффер, Деми Мур, Милы Кунис. Среди известных мужчин носителями генетической мутации выступают Генри Кавилл и Джош Хендерсон.

Поедание моркови не улучшает зрение

Каждый из нас в детстве неоднократно слышал от родителей, что употребление моркови благотворно сказывается на состоянии зрения. Несомненно, витамины группы А, обилие которых содержит овощ, приносят пользу здоровью. Однако ученым не удалось найти прямой связи между остротой зрения и пристрастием к поеданию моркови.

Считается, что миф сформировался в ходе Второй мировой войны. Британские инженеры изобрели новый радар, который давал возможность летчикам раньше замечать вражеские самолеты на приборной панели.

Желая скрыть от неприятеля факт существования технологии, военное руководство распространило в средствах массовой информации публикации, где говорилось, что выдающиеся успехи боевых пилотов обусловлены введением в армии особой морковной диеты.

Что такое на самом деле цветное зрение

Человеческий глаз — самая совершенная оптическая система, придуманная природой. Сетчатка глаза содержит примерно 125 миллионов светочувствительных клеток. Они обрабатывают световые частицы, поступающие на них, а мозг, получая эту информацию, трансформирует ее в разнообразие форм и цветов. А сколько цветов способен различить человек?

Теоретически человеческий глаз способен различать до 10 миллионов цветов. Но реально он отличает всего порядка 100 оттенков, а те, чья профессия связана с цветом, — художники, дизайнеры — около 150. В сетчатке глаза содержится два типа светочувствительных клеток: колбочки и палочки.

Первые отвечают за восприятие цветов (дневное зрение), а вторые дают возможность видеть оттенки серого цвета при слабом освещении (ночное зрение). В свою очередь, колбочки бывают трех типов, и лучше всего мы различаем синий, зеленый и красный участки спектра. Такое зрение называется трихроматическим.

Но у некоторых людей встречается нарушение цветовосприятия, чаще всего красного и зеленого (дальтонизм). Их называют дихроматами. Дихроматическое зрение присуще также большинству млекопитающих.

Но возможности наших глаз не бесконечны. Колбочки способны фиксировать лишь те световые фотоны, длина волн которых лежит в диапазоне от 370 до 710 нанометров) — это называется спектр видимого излучения.

Ниже него находится инфракрасное излучение и радиоспектр, а выше — ультрафиолетовый, еще выше — рентгеновский и затем спектр гамма-излучения. Все, что лежит за границами видимого спектра, наш глаз уже не воспринимает.

Хотя встречаются люди с афакией (отсутствием хрусталика), способные видеть УФ-волны.

На самом деле все разнообразие цветов — это лишь способность синих, зеленых и красных объектов отражать свет с различной длиной волны, а в цвета их трансформирует наш мозг, получая сигнал от зрительных рецепторов. У зеленого цвета длина волны 530 нанометров, у красного 560, а у синего — 420.

Интересные факты о зрении:

  • Чемпионы по цветному зрению — птицы, рептилии и рыбы. В их сетчатке обнаружено четыре типа колбочек, и большинство из этих животных — тетрахроматы, способные отличать миллионы оттенков. Птицы видят еще и ультрафиолетовый цвет.
  • Человеческий глаз в реале видит изображение перевёрнутым, а переворачивает его наш мозг.
  • Глаза — самые активные мышцы человеческого организма.
  • Самый распространенный цвет глаз на нашей планете — карий, самый редкий — зелёный. И все карие глаза на самом деле голубые, скрытые коричневым пигментом.
  • Наши глаза способны отличить до 500 оттенков серого цвета.

Оставьте ваш комментарий:

Сколько цветов видит человек

6 августа 2014

Автор КакПросто!

Человеческий глаз – один из сложнейших органов человека, он обладает удивительной способностью адаптации к меняющимся условиям окружающей среды и может различать большое количество цветов. По сути, это одно из самых совершенных оптических систем.

Содержание статьи

Глаз человека содержит две категории цветовосприимчивых рецепторов: первые ответственны за ночное зрение (помогают человеку различать цвета в сумерках), вторые – за цветное. Сетчатка человеческого глаза содержит три вида колбочек, которые позволяют различать цвета и оттенки. Обладая высокой чувствительностью, они отвечают за то, какие цвета видит человек. При этом максимальная чувствительность приходится на синий, зеленый и красный участки спектра. Именно поэтому эти цвета человек распознает лучше всего. Необходимо отметить, что диапазон спектральной чувствительности всех трех колбочек пересекается, поэтому при воздействии очень сильного светового излучения, человеческий глаз воспринимает это как слепяще-белый цвет. Благодаря светочувствительным рецепторам и колбочкам, человек способен различать не только 7 цветов радуги, а гораздо большее количество цветов и их оттенков.

С давних времен ученые определяли количество распознаваемых человеком цветов и оттенков по-разному. Сейчас они сходятся во мнении, что существует около 150000 цветовых тонов и оттенков. При этом человеческий глаз в обычных условиях может различать порядка 100 оттенков по цветовому фону. Способность распознавать большее количество цветов можно натренировать. Художники, декораторы, дизайнеры и люди схожих профессий могут различать около 150 цветов по цветовым тонам, порядка 25 по насыщенности и до 64 по уровню света.

Приведенные цифры могут меняться в зависимости от степени натренированности человека, его физиологического состояния, а также условий освещенности. Например, при определенных условиях человек может различить порядка 500 оттенков серого цвета.

В эпоху цифровых фотоаппаратов и камер интересным будет сопоставление светочувствительных рецепторов сетчатки глаза человека с мегапикселями фотокамер. Переведя цветовосприимчивость глаза человека на язык цифровых камер, можно сказать, что в каждом глазу будет примерно по 120-140 мегапикселей.

У современных фотокамер среднее количество пикселей на порядок меньше, следовательно и плотность пикселей на миллиметр будет ниже.

Именно поэтому угловое разрешение у глаза будет в несколько раз выше, чем у камеры с фокусным расстоянием объектива 23 мм (именно таким фокусным расстоянием обладает хрусталик глаза).

Статьи медицинского характера на Сайте предоставляются исключительно в качестве справочных материалов и не считаются достаточной консультацией, диагностикой или назначенным врачом методом лечения. Контент Сайта не заменяет профессиональную медицинскую консультацию, осмотр врача, диагностику или лечение.

Информация на Сайте не предназначена для самостоятельной постановки диагноза, назначения медикаментозного или иного лечения. При любых обстоятельствах Администрация или авторы указанных материалов не несут ответственности за любые убытки, возникшие у Пользователей в результате использования таких материалов.

Каковы пределы человеческого зрения?

От наблюдения далеких галактик за световые годы от нас до восприятия невидимых цветов, Адам Хэдхейзи на BBC объясняет, почему ваши глаза могут делать невероятные вещи. Взгляните вокруг.

Что вы видите? Все эти цвета, стены, окна, все кажется очевидным, как будто так и должно быть здесь.

Мысль о том, что мы все это видим благодаря частицам света — фотонам — которые отскакивают от этих объектов и попадают нам в глаза, кажется невероятной.

Эта фотонная бомбардировка всасывается примерно 126 миллионами светочувствительных клеток. Различные направления и энергии фотонов транслируются в наш мозг в разных формах, цветах, яркости, наполняя образами наш многоцветный мир.

Наше замечательное зрение, очевидно, обладает рядом ограничений. Мы не можем видеть радиоволны, исходящие от наших электронных устройств, не можем разглядеть бактерий под носом.

Но с достижениями физики и биологии мы можем определить фундаментальные ограничения естественного зрения.

«Все, что вы можете различить, имеет порог, самый низкий уровень, выше и ниже которого вы видеть не можете», — говорит Майкл Лэнди, профессор неврологии Нью-Йоркского университета.

Начнем рассматривать эти визуальные пороги сквозь призму — простите за каламбур — что многие ассоциируют со зрением в первую очередь: цвет.

Почему мы видим фиолетовый, а не коричневый, зависит от энергии, или длины волн, фотонов, падающих на сетчатку глаза, расположенную в задней части наших глазных яблок. Там находится два типа фоторецепторов, палочки и колбочки.

Колбочки отвечают за цвет, а палочки позволяют нам видеть оттенки серого в условиях низкой освещенности, например, ночью. Опсины, или пигментные молекулы, в клетках сетчатки поглощают электромагнитную энергию падающих фотонов, генерируя электрический импульс.

Этот сигнал идет через зрительный нерв к мозгу, где и рождается сознательное восприятие цветов и изображений.

У нас есть три типа колбочек и соответствующих опсинов, каждый из которых чувствителен к фотонам определенной длины волны. Эти колбочки обозначаются буквами S, M и L (короткие, средние и длинные волны соответственно).

Короткие волны мы воспринимаем синими, длинные — красными. Длины волн между ними и их комбинации превращаются в полную радугу.

«Весь свет, который мы видим, кроме созданного искусственно с помощью призм или хитроумных устройств вроде лазеров, представляет собой смесь разных длин волн, — говорит Лэнди».

Из всех возможных длин волн фотона наши колбочки обнаруживают небольшую полосу от 380 до 720 нанометров — то, что мы называем видимым спектром. За пределами нашего спектра восприятия есть инфракрасный и радиоспектр, у последнего диапазон волн составляет от миллиметра до километра длиной.

Над нашим видимым спектром, на более высоких энергиях и коротких длинах волн, мы находим ультрафиолетовый спектр, потом рентгеновские лучи и на вершине — гамма-лучевой спектр, длины волн которого достигают одной триллионной метра.

Хотя большинство из нас ограничены видимым спектром, люди с афакией (отсутствием хрусталика) могут видеть в ультрафиолетовом спектре.

Афакия, как правило, создается вследствие оперативного удаления катаракты или врожденных дефектов.

Обычно хрусталик блокирует ультрафиолетовый свет, поэтому без него люди могут видеть за пределами видимого спектра и воспринимать длины волн до 300 нанометров в голубоватом оттенке.

Исследование 2014 года показало, что, условно говоря, все мы можем видеть инфракрасные фотоны. Если два инфракрасных фотона случайно попадают в клетку сетчатки почти одновременно, их энергия объединяется, конвертируя их длину волны из невидимой (например, 1000 нанометров) в видимую 500-нанометровую (холодный зеленый цвет для большинства глаз).

Сколько цветов мы можем видеть?

Здоровый человеческий глаз имеет три типа колбочек, каждый из которых может различать порядка 100 разных цветовых оттенков, поэтому большинство исследователей сходятся во мнении, что наши глаза в общем могут различить примерно миллион оттенков. Тем не менее восприятие цвета — это довольно субъективная способность, которая варьируется от человека к человеку, поэтому определить точные цифры довольно сложно.

«Довольно трудно переложить это на цифры, — говорит Кимберли Джеймисон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвине. — То, что видит один человек, может быть лишь частью цветов, которые видит другой человек».

Джеймисон знает, о чем говорит, поскольку работает с «тетрахроматами» — людьми, обладающими «сверхчеловеческим» зрением. Эти редкие индивиды, в основном женщины, обладают генетической мутацией, которая подарила им дополнительные четвертые колбочки. Грубо говоря, благодаря четвертому набору колбочек, тетрахроматы могут разглядеть 100 миллионов цветов. (Люди с цветовой слепотой, дихроматы, имеют только два вида колбочек и видят примерно 10 000 цветов).

Сколько минимум фотонов нам нужно видеть?

Для того чтобы цветное зрение работало, колбочкам, как правило, нужно намного больше света, чем их коллегам-палочкам. Поэтому в условиях низкой освещенности цвет «гаснет», поскольку на передний план выходят монохроматические палочки.

В идеальных лабораторных условиях и в местах сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут быть активированы лишь горсткой фотонов. И все же палочки лучше справляются в условиях рассеянного света.

Как показали эксперименты 40-х годов, одного кванта света достаточно, чтобы привлечь наше внимание. «Люди могут реагировать на один фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфорде.

— Нет никакого смысла в еще большей чувствительности».

В 1941 году исследователи Колумбийского университета усадили людей в темную комнату и дали их глазам приспособиться. Палочкам потребовалось несколько минут, чтобы достичь полной чувствительности — вот почему у нас возникают проблемы со зрением, когда внезапно гаснет свет.

Затем ученые зажгли сине-зеленый свет перед лицами испытуемых. На уровне, превышающем статистическую случайность, участники смогли зафиксировать свет, когда первые 54 фотона достигли их глаз.

После компенсации потери фотонов через всасывание другими компонентами глаза, ученые обнаружили, что уже пять фотонов активируют пять отдельных палочек, которые дают ощущение света участникам.

Каков предел самого мелкого и дальнего, что мы можем увидеть?

Этот факт может вас удивить: нет никакого внутреннего ограничения мельчайшей или самой далекой вещи, которую мы можем увидеть. Пока объекты любого размера, на любом расстоянии передают фотоны клеткам сетчатки, мы можем их видеть.

«Все, что волнует глаз, это количество света, которое попадает на глаз, — говорит Лэнди. — Общее число фотонов. Вы можете сделать источник света до смешного малым и удаленным, но если он излучает мощные фотоны, вы его увидите».

К примеру, расхожее мнение гласит, что темной ясной ночью мы можем разглядеть огонек свечи с расстояния 48 километров.

На практике, конечно, наши глаза будут просто купаться в фотонах, поэтому блуждающие кванты света с больших расстояний просто потеряются в этой мешанине.

«Когда вы увеличиваете интенсивность фона, количество света, которое вам необходимо, чтобы что-то разглядеть, увеличивается», — говорит Лэнди.

Ночное небо с темным фоном, усеянным звездами, являет собой поразительный пример дальности нашего зрения. Звезды огромны; многие из тех, что мы видим в ночном небе, составляют миллионы километров в диаметре. Но даже ближайшие звезды находятся минимум в 24 триллионах километров от нас, а потому настолько малы для нашего глаза, что их не разберешь. И все же мы их видим как мощные излучающие точки света, поскольку фотоны пересекают космические расстояния и попадают в наши глаза.

Все отдельные звезды, которые мы видим в ночном небе, находятся в нашей галактике — Млечный Путь.

Самый далекий объект, который мы можем разглядеть невооруженным глазом, находится за пределами нашей галактики: это галактика Андромеды, расположенная в 2,5 миллионах световых лет от нас.

(Хотя это спорно, некоторые индивиды заявляют, что могут разглядеть галактику Треугольника в чрезвычайно темном ночном небе, а она находится в трех миллионах световых лет от нас, только придется поверить им на слово).

Триллион звезд в галактике Андромеды, учитывая расстояние до нее, расплываются в смутный светящийся клочок неба. И все же ее размеры колоссальны. С точки зрения видимого размера, даже будучи в квинтиллионах километрах от нас, эта галактика в шесть раз шире полной Луны. Однако наших глаз достигает так мало фотонов, что этот небесный монстр почти незаметен.

Насколько острым может быть зрение?

Почему мы не различаем отдельных звезд в галактике Андромеды? Пределы нашего визуального разрешения, или остроты зрения, накладывают свои ограничения. Острота зрения — это возможность различать такие детали, как точки или линии, отдельно друг от друга, чтобы те не сливались воедино. Таким образом, можно считать пределы зрения числом «точек», которые мы можем различить.

Границы остроты зрения устанавливают несколько факторов, например, расстояния между колбочками и палочками, упакованными в сетчатке. Также важна оптика самого глазного яблока, которое, как мы уже говорили, предотвращает проникновение всех возможных фотонов к светочувствительным клеткам.

Теоретически, как показали исследования, лучшее, что мы можем разглядеть, это примерно 120 пикселей на градус дуги, единицу углового измерения. Можете представить это как черно-белую шахматную доску 60 на 60 клеток, которая умещается на ногте вытянутой руки. «Это самый четкий паттерн, который вы можете разглядеть», — говорит Лэнди.

Проверка зрения, вроде таблицы с мелкими буквами, руководствуется теми же принципами. Эти же пределы остроты объясняют, почему мы не может различить и сосредоточиться на одной тусклой биологической клетке шириной в несколько микрометров.

Но не списывайте себя со счетов. Миллион цветов, одиночные фотоны, галактические миры за квантиллионы километров от нас — не так уж и плохо для пузырька желе в наших глазницах, подключенных к 1,4-килограммовой губке в наших черепах.

Каковы пределы человеческого зрения? — BBC News Русская служба

Корреспондент BBC Future рассказывает об удивительных свойствах нашего зрения — от способности видеть далекие галактики до возможности улавливать невидимые, казалось бы, световые волны.

Окиньте взглядом комнату, в которой находитесь – что вы видите? Стены, окна, разноцветные предметы – все это кажется таким привычным и само собой разумеющимся. Легко забыть о том, что мы видим окружающий нас мир лишь благодаря фотонам — световым частицам, отражающимся от объектов и попадающим на сетчатку глаза.

В сетчатке каждого из наших глаз расположено примерно 126 млн светочувствительных клеток. Мозг расшифровывает получаемую от этих клеток информацию о направлении и энергии попадающих на них фотонов и превращает ее в разнообразие форм, цветов и интенсивности освещения окружающих предметов.

У человеческого зрения есть свои пределы. Так, мы не способны ни увидеть радиоволны, излучаемые электронными устройствами, ни разглядеть невооруженным глазом мельчайшие бактерии.

(Другие статьи сайта BBC Future на русском языке)

Благодаря прогрессу в области физики и биологии можно определить границы естественного зрения. «У любых видимых нами объектов есть определенный «порог», ниже которого мы перестаем их различать», — говорит Майкл Лэнди, профессор психологии и нейробиологии в Нью-Йоркском университете.

Сперва рассмотрим этот порог с точки зрения нашей способности различать цвета — пожалуй, самой первой способности, которая приходит на ум применительно к зрению.

Колбочки отвечают за цветовосприятие, а палочки помогают нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении

Наша способность отличать, например, фиолетовый цвет от пурпурного связана с длиной волны фотонов, попадающих на сетчатку глаза. В сетчатке имеются два типа светочувствительных клеток — палочки и колбочки. Колбочки отвечают за цветовосприятие (так называемое дневное зрение), а палочки позволяют нам видеть оттенки серого цвета при низком освещении — например, ночью (ночное зрение).

Содержащиеся в светочувствительных клетках рецепторы — опсины — поглощают электромагнитную энергию фотонов и производят электрические импульсы. Эти сигналы по оптическому нерву попадают в мозг, который и создает цветную картину происходящего вокруг нас.

В человеческом глазе есть три вида колбочек и соответствующее им число типов опсинов, каждый из которых отличается особой чувствительностью к фотонам с определенным диапазоном длин световых волн.

Колбочки S-типа чувствительны к фиолетово-синей, коротковолновой части видимого спектра; колбочки M-типа отвечают за зелено-желтую (средневолновую), а колбочки L-типа — за желто-красную (длинноволновую).

Все эти волны, а также их комбинации, позволяют нам видеть полный диапазон цветов радуги. «Все источники видимого человеком света, за исключением ряда искусственных (таких, как преломляющая призма или лазер), излучают смесь волн различной длины», — говорит Лэнди.

Не весь спектр полезен для наших глаз…

Из всех существующих в природе фотонов наши колбочки способны фиксировать лишь те, которые характеризуются длиной волн в весьма узком диапазоне (как правило, от 380 до 720 нанометров) – это и называется спектром видимого излучения. Ниже этого диапазона находятся инфракрасный и радиоспектры – длина волн низкоэнергетических фотонов последнего варьируется от миллиметров до нескольких километров.

По другую сторону видимого диапазона волн расположен ультрафиолетовый спектр, за которым следует рентгеновский, а затем — спектр гамма-излучения с фотонами, длина волн которых не превышает триллионные доли метра.

Хотя зрение большинства из нас ограничено видимым спектром, люди с афакией — отсутствием в глазу хрусталика (в результате хирургической операции при катаракте или, реже, вследствие врожденного дефекта) — способны видеть ультрафиолетовые волны.

В здоровом глазе хрусталик блокирует волны ультрафиолетового диапазона, но при его отсутствии человек способен воспринимать волны длиной примерно до 300 нанометров как бело-голубой цвет.

В исследовании 2014 г. отмечается, что в каком-то смысле мы все можем видеть и инфракрасные фотоны.

Если два таких фотона практически одновременно попадут на одну и ту же клетку сетчатки, их энергия может суммироваться, превратив невидимые волны длиной, скажем, в 1000 нанометров в видимую волну длиной в 500 нанометров (большинство из нас воспринимает волны этой длины как холодный зеленый цвет).

В глазе здорового человека три типа колбочек, каждый из которых способен различать около 100 различных цветовых оттенков. По этой причине большинство исследователей оценивает количество различаемых нами цветов примерно в миллион. Однако восприятие цвета очень субъективно и индивидуально.

«Точно подсчитать, сколько мы видим цветов, не представляется возможным, — говорит Кимберли Джемесон, научный сотрудник Калифорнийского университета в Ирвайне. – Некоторые видят больше, некоторые — меньше».

Джемесон знает, о чем говорит. Она изучает зрение тетрахроматов – людей, обладающих поистине сверхчеловеческими способностями к различению цветов. Тетрахроматия встречается редко, в большинстве случаев у женщин.

В результате генетической мутации у них имеется дополнительный, четвертый вид колбочек, что позволяет им, по грубым подсчетам, видеть до 100 млн цветов.

(У людей, страдающих цветовой слепотой, или дихроматов, всего два типа колбочек — они различают не более 10 000 цветов.)

Как правило, колбочкам для оптимального функционирования требуется гораздо больше света, чем палочкам. По этой причине при низком освещении наша способность различать цвета падает, а за работу принимаются палочки, обеспечивающие черно-белое зрение.

В идеальных лабораторных условиях на тех участках сетчатки, где палочки по большей части отсутствуют, колбочки могут активироваться при попадании на них всего нескольких фотонов. Однако палочки справляются с задачей регистрации даже самого тусклого света еще лучше.

После операции на глазе некоторые люди приобретают способность видеть ультрафиолетовое излучение

Как показывают эксперименты, впервые проведенные в 1940-х гг., одного кванта света достаточно для того, чтобы наш глаз его увидел. «Человек способен увидеть один-единственный фотон, — говорит Брайан Уонделл, профессор психологии и электротехники в Стэнфордском университете. – В большей чувствительности сетчатки просто нет смысла».

В 1941 г. исследователи из Колумбийского университета провели эксперимент – испытуемых заводили в темную комнату и давали их глазам определенное время на адаптацию. Для достижения полной чувствительности палочкам требуется несколько минут; именно поэтому, когда мы выключаем в помещении свет, то на какое-то время теряем способность что-либо видеть.

Затем в лицо испытуемым направляли мигающий сине-зеленый свет. С вероятностью выше обычной случайности участники эксперимента регистрировали вспышку света при попадании на сетчатку всего 54 фотонов.

Не все фотоны, достигающие сетчатки, регистрируются светочувствительными клетками. Учитывая это обстоятельство, ученые пришли к выводу, что всего пяти фотонов, активирующих пять разных палочек в сетчатке, достаточно, чтобы человек увидел вспышку.

Следующий факт может вас удивить: наша способность увидеть объект зависит вовсе не от его физических размеров или удаления, а от того, попадут ли хотя бы несколько излучаемых им фотонов на нашу сетчатку.

«Единственное, что нужно глазу, чтобы что-то увидеть, — это определенное количество света, излученного или отраженного на него объектом, — говорит Лэнди. – Все сводится к числу достигших сетчатки фотонов. Каким бы миниатюрным ни был источник света, пусть даже он просуществует доли секунды, мы все равно способны его увидеть, если он излучает достаточное количество фотонов».

Глазу достаточно небольшого количества фотонов, чтобы увидеть свет

В учебниках по психологии часто встречается утверждение о том, что в безоблачную темную ночь пламя свечи можно заметить с расстояния до 48 км. В реальности же наша сетчатка постоянно бомбардируется фотонами, так что один-единственный квант света, излученный с большого расстояния, просто затеряется на их фоне.

Чтобы представить себе, насколько далеко мы способны видеть, взглянем на ночное небо, усеянное звездами. Размеры звезд огромны; многие из тех, что мы наблюдаем невооруженным взглядом, достигают миллионов км в диаметре.

Однако даже самые близкие к нам звезды расположены на расстоянии свыше 38 триллионов километров от Земли, поэтому их видимые размеры настолько малы, что наш глаз не способен их различить.

С другой стороны, мы все равно наблюдаем звезды в виде ярких точечных источников света, поскольку испускаемые ими фотоны преодолевают разделяющие нас гигантские расстояния и попадают на нашу сетчатку.

Острота зрения снижается по мере увеличения расстояния до объекта

Все отдельные видимые звезды на ночном небосклоне находятся в нашей галактике – Млечном Пути.

Самый удаленный от нас объект, который человек в состоянии разглядеть невооруженным глазом, расположен за пределами Млечного Пути и сам представляет собой звездное скопление – это Туманность Андромеды, находящаяся на расстоянии в 2,5 млн световых лет, или 37 квинтильонов км, от Солнца.

(Некоторые люди утверждают, что особо темными ночами острое зрение позволяет им увидеть Галактику Треугольника, расположенную на удалении около 3 млн световых лет, но пусть это утверждение останется на их совести.)

Туманность Андромеды насчитывает один триллион звезд. Из-за большой удаленности все эти светила сливаются для нас в едва различимое пятнышко света. При этом размеры Туманности Андромеды колоссальны.

Даже на таком гигантском расстоянии ее угловой размер в шесть раз превышает диаметр полной Луны. Однако до нас долетает настолько мало фотонов из этой галактики, что она едва различима на ночном небе.

Почему же мы не способны разглядеть отдельные звезды в Туманности Андромеды? Дело в том, что у разрешающей способности, или остроты, зрения есть свои ограничения. (Под остротой зрения подразумевается способность различать такие элементы, как точка или линия, как отдельные объекты, не сливающиеся с соседними объектами или с фоном.)

Фактически остроту зрения можно описывать так же, как и разрешение компьютерного монитора — в минимальном размере пикселей, которые мы еще способны различать как отдельные точки.

Достаточно яркие объекты можно разглядеть на расстоянии в несколько световых лет

Ограничения остроты зрения зависят от нескольких факторов — таких как расстояние между отдельными колбочками и палочками сетчатки глаза. Не менее важную роль играют и оптические характеристики самого глазного яблока, из-за которых далеко не каждый фотон попадает на светочувствительную клетку.

В теории, как показывают исследования, острота нашего зрения ограничивается способностью различать около 120 пикселей на угловой градус (единицу углового измерения).

Практической иллюстрацией пределов остроты человеческого зрения может являться расположенный на расстоянии вытянутой руки объект площадью с ноготь, с нанесенными на нем 60 горизонтальными и 60 вертикальными линиями попеременно белого и черного цветов, образующими подобие шахматной доски. «По всей видимости, это самый мелкий рисунок, который еще в состоянии различить человеческий глаз», — говорит Лэнди.

На этом принципе основаны таблицы, используемые окулистами для проверки остроты зрения. Наиболее известная в России таблица Сивцева представляет собой ряды черных заглавных букв на белом фоне, размер шрифта которых с каждым рядом становится все меньше.

Острота зрения человека определяется по тому, на каком размере шрифта он перестает четко видеть контуры букв и начинает их путать.

В таблицах для проверки остроты зрения используются черные буквы на белом фоне

Именно пределом остроты зрения объясняется тот факт, что мы не способны разглядеть невооруженным глазом биологическую клетку, размеры которой составляют всего несколько микрометров.

Но не стоит горевать по этому поводу. Способность различать миллион цветов, улавливать одиночные фотоны и видеть галактики на удалении в несколько квинтильонов километров – весьма неплохой результат, если учесть, что наше зрение обеспечивается парой желеобразных шариков в глазницах, соединенных с полуторакилограммовой пористой массой в черепной коробке.

Facebook получает патент на VR гарнитуру с разрешением человеческого глаза

Facebook выиграл патент на HMD, который сочетает в себе большой дисплей с низким разрешением и небольшой дисплей с высоким разрешением. Изображение с дисплея высокого качества направлено на глаз пользователя для достижения разрешения «сетчатки». Таким образом, достигается угловое разрешение, которое совпадает по качеству с человеческим глазом.

Компания Facebook, а точнее ее подразделение Oculus, активно занимается VR гарнитурами и сервисами. Скорее всего, изобретатели патента являются сотрудниками Facebook Reality Lab.

Комбинация двух дисплеев

В патенте описывается гарнитура, оснащенная фовеальным рендерингом с отслеживанием глаз (подробности о технологии здесь). При обычном фовеальном рендеринге используется по одной панели на глаз и снижается качество изображения в тех областях дисплея, которые находятся на периферии зрения.

В этом документе описывается принцип, при котором изображение высоко качества отправляется на второй гораздо меньший дисплей, называемый «вставным дисплеем». Управляемое зеркало и оптический объединитель затем проецируют этот дисплей на линзу в ту позицию, на которую направлен глаз пользователя. Части изображения виртуального мира с низким разрешением, не находящиеся непосредственно перед глазным яблоком, воспроизводятся на главном дисплее и увеличиваются непосредственно линзой.

В результате получается дисплей, который объединяет экраны с низким и высоким разрешением и создает опыт, который примерно соответствует уровню детализации, доступному человеческому глазу. Если отслеживание глаз реализовано достаточно хорошо, то пользователь даже не заметит разницу качества изображения в разных частях поля зрения гарнитуры.

Разве это не Varjo?

Этот патент может показаться вам знакомым, если вы слышали о финской компании Varjo. Текущий прототип Varjo также имеет вставной и фоновый дисплеи, но область высокого разрешения зафиксирована по центру и не адаптируется к позиции глаза. В будущем Varjo надеется создать гарнитуру с отслеживанием глаз, которая кажется удивительно похожей на то, что описано в недавнем патенте Facebook.

Varjo также получил патент на эту технику. Facebook подал заявку раньше Varjo, но патент Varjo был утвержден раньше. Неясно, насколько эти методы отличаются друг от друга.

Вставной микродисплей

Диаграмма в сопроводительных документах патента упоминает разрешение и потенциального поставщика дисплея. В документе значится микродисплей с разрешением 1920 × 1200 от eMagin. Вероятно, это тот инновационный OLED микродисплей для VR гарнитур, о котором не так давно рассказывал генеральный директор eMagin. Такие устройства более дорогостоящие при производстве, но менее габаритные и потребляют меньше энергии. Точное разрешение периферийного дисплея не указано.

Ошеломляющее угловое разрешение

На другой диаграмме отмечено вертикальное поле зрения проекции вставного дисплея − 17 градусов. Учитывая его вертикальное разрешение в 1200 единиц, то он должен обеспечивать среднее вертикальное угловое разрешение примерно 70 пикселей на градус (PPD). Гарнитура Oculus Go с самым высоким разрешением среди устройств компании, имеет угловое разрешение примерно 15 PPD.

Достижение такого рода PPD на едином большом дисплее пока невозможно с помощью традиционных систем отображения виртуальной реальности. Это не только слишком затратный, но еще и нецелесообразный подход. Даже гарнитура с гипотетическим разрешением 4000 × 4000 на глаз и полем зрения 140 градусов, предсказанная на 2021 год Майклом Абрашем, будет иметь около 30 PPD.

Многообещающий, но всё же просто патент

Важно отметить, что компании все время патентуют различные технологии, и большинство из них никогда не попадают в потребительские продукты. Цветные микродисплеи такого разрешения могут стоить тысячи долларов. Даже при массовом производстве вряд ли получится снизить стоимость такого устройства до приемлемого для потребителя уровня. Также могут возникнуть проблемы при практическом изготовлении такой сложной оптической комбинированной системы, описанной в этом патенте.

Cкопировано из сайта vr-j.ruПодписывайтесь на наш Telegram Источник https://uploadvr.com/oculus-patent-human-eye-retinal/ Поделитесь с друзьями:

Разрешение (оптика) — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Разрешение.

Разреше́ние — способность оптического прибора воспроизводить изображение близко расположенных объектов.

Угловое разрешение

Угловое разрешение — минимальный угол между объектами, который может различить оптическая система.

Способность оптической системы различать точки изображаемой поверхности например:

Угловое разрешение: 1′ (одна угловая минута, около 0,02°) соответствует площадке размером 29 см, различимой с расстояния в 1 км или одной печатной точке текста на расстоянии 1 м.

Линейное разрешение

Линейное разрешение — минимальное расстояние между различимыми объектами в микроскопии.

Общие сведения

Разрешение оптических приборов принципиально ограничено дифракцией на объективе: видимые точки являются ничем иным, как дифракционными пятнами. Две соседние точки разрешаются, если минимум интенсивности между ними достаточно мал, чтобы его разглядеть. Для снятия зависимости от субъективности восприятия был введен эмпирический критерий разрешения Рэлея, который определяет минимальное угловое расстояние между точками

<math> \sin \theta = 1.22 \frac{\lambda}{D}</math>

где θ — угловое разрешение (минимальное угловое расстояние), λ — длина волны, D — диаметр входного зрачка оптической системы (часто он совпадает с диаметром объектива). Учитывая чрезвычайную малость угла θ, в оптической литературе вместо синуса угла обычно пишут сам угол.

Коэффициент подобран так, чтобы интенсивность в минимуме между пятнами была равна примерно 0,75-0,8 от интенсивности в их максимумах — считается, что этого достаточно для различения невооруженным глазом.

Зависимость разрешения при фотографировании от свойств оптической системы

При фотографировании с целью получения отпечатка или изображения на мониторе, суммарная разрешающая способность определяется разрешением каждого этапа воспроизведения объекта.

Способы определения разрешающей способности в фотографии

Определение разрешающей способности производится путём фотографирования специального тестового объекта (миры). Для определения разрешающей способности каждого из элементов, принимающих участие в техническом процессе получения изображения, измерения проводят в условиях, когда погрешности от остальных этапов пренебрежимо малы.

Разрешающая сила объектива

Разрешающая способность первичного материального носителя

Фотографическая эмульсия
Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела.Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Разрешающая способность фотографической плёнки или киноплёнки зависит, главным образом, от её светочувствительности и может составлять для современных плёнок от 50 до 100 лин/мм. Специальные плёнки (Микрат-200, Микрат-400) имеют разрешающую способность, обозначенную числом в названии.

Матрицы цифровых фотоаппаратов

Разрешение матриц зависит от их типа, площади и плотности фоточувствительных элементов на единицу поверхности.

Оно нелинейно зависит от светочувствительности матрицы и от заданного программой уровня шума.

Важно, что современная иностранная трактовка линий миры считает пару черная и белая полоса — за 2 линии, — в отличие от отечественных теории и практики, где каждая линия всегда считается разделенной промежутками контрастного фона толщиной, равной толщине линии.

Некоторые фирмы — производители цифровых фотоаппаратов в рекламных целях пытаются повернуть матрицу под углом в 45°, достигая определённого формального повышения разрешения при фотографировании простейших горизонтально-вертикальных мир. Но если использовать профессиональную миру, или хотя бы повернуть простую миру под тем же углом, становится очевидным, что повышение разрешения — фиктивное.

Получение конечного изображения

Разрешающая способность современных принтеров измеряется в точках на миллиметр (dpmm) или на дюйм (dpi).

Струйные принтеры

Качество печати струйных принтеров характеризуется:

  • Разрешением принтера (единица измерения DPI)
  • Цветовым разрешением системы принтер-краска-цветовые профиля ICC (цветовые поля печати). Цветовые поля печати в большей степени ограничиваются свойствами используемой краски. В случае необходимости принтер можно перевести практически на любую краску, которая подходит к типу используемых в принтере печатных головок, при этом может понадобиться перенастройка цветовых профилей.
  • Разрешением отпечатанного изображения. Обычно очень сильно отличается от разрешения принтера, так как принтеры используют ограниченное количество красок, максимум 4…8 и для получения полутонов применяется мозаичное цветосмешение, то есть один элемент изображения (аналог пикселя) состоит из множества элементов печатаемых принтером (точки — капли чернил)
  • Качеством самого процесса печати (точность перемещения материала, точность позиционирования каретки и т. п.)

Для измерения разрешающей способности струйных принтеров, в быту, принята единственная единица измерения — DPI, соответствующая количеству точек-физических капель краски на дюйм отпечатанного изображения. В действительности реальное разрешение струйного принтера (видимое качество печати) зависит от гораздо большего числа факторов:

    • Управляющая программа принтера в большинстве случаев может работать в режимах, обеспечивающих очень медленное перемещение печатающей головки и как следствие, при фиксированной частоте спрыска краски дюзами печатающей головки, получается очень высокое «математическое» разрешение отпечатанного изображения (иногда до 1440 × 1440 DPI и выше). Однако следует помнить что реальное изображение состоит не из «математических» точек (бесконечно малого диаметра), а из реальных капель краски. При непомерно высоком разрешении, более 360…600 (приблизительно) количество краски, наносимой на материал, становится чрезмерным (даже если принтер оборудован головами, создающими очень мелкую каплю). В итоге, для получения изображения заданной цветности, заливку приходится ограничивать (то есть возвращать количество капель краски в разумные пределы). Для этого используются как заранее сделанные настройки, вшиваемые в цветовые профиля ICC, так и принудительное уменьшение процента заливки.
    • При печати реального изображения дюзы постепенно блокируются внутренними факторами (попадание пузырьков воздуха вместе с краской, поступающей в дюзы печатающей головки) и внешними факторами (прилипание пыли и скопление капель краски на поверхности печатающей головки). В результате постепенного блокирования дюз появляются не пропечатанные полосы на изображении, принтер начинает «полосить». Скорость блокирования дюз зависти от типа печатающей головки и конструкции каретки. Проблема забитых дюз решается прочисткой печатающей головки.
    • Дюзы спрыскивают краску не идеально вниз, а имеют небольшой угловой разброс, зависящий от типа печатающей головки. Смещение капель вследствие разброса можно компенсировать уменьшением расстояния между печатающей головкой и печатаемым материалом, но при этом следует помнить, что слишком сильно опущенная голова может цеплять материал. Иногда это приводит к браку, при особо жёстких зацепах печатающая головка может быть повреждена.
    • Дюзы в печатающей головке располагаются вертикальными рядами. Один ряд — один цвет. Каретка печатает как при движении слева направо, так и справа налево. При движении в одну сторону головка последним кладёт один цвет, а при движении в другую сторон, последним кладёт другой цвет. Краска разных слоёв, попадая на материал, лишь частично смешивается, возникает флуктуация цвета, которая на разных цветах выглядит по разному. Где-то она почти не видна, где-то она сильно бросается в глаза. На многих принтерах есть возможность печати только при движении головки в одну сторону (to Left или to Right), обратный ход — холостой (это полностью устраняет эффект «матраса», но сильно снижает скорость печати). На некоторых принтерах установлен двойной набор головок, при этом головки расположены зеркально(пример: Жёлтый-Розовый-Голубой-Чёрный-Чёрный-Голубой-Розовый-Жёлтый), такое расположение головок исключает рассматриваемый эффект, но требует более сложной настройки — сведение головок одного цвета между собой.
Лазерные и светодиодные принтеры
Мониторы

Измеряется в точках на единицу длины изображения на поверхности монитора (в dpmm или dpi).

Разрешение оптического микроскопа R зависит от апертурного угла α:

<math>R=\frac{1.22\lambda}{2n\sin\alpha}</math>.

где α — апертурный угол объектива, который зависит от выходного размера линзы объектива и фокусного расстояния до образца. n — показатель преломления оптической среды, в которой находится линза. λ — длина волны света, освещающего объект или испускаемого им (для флюоресцентной микроскопии). Значение n sin α также именуется числовая апертура.

Из-за накладывающихся ограничений значений α, λ, и η, предел разрешающей способности светового микроскопа, при освещении белым светом, — приблизительно 200…300 нм. Поскольку: α лучшей линзы — приближенно 70° (sin α = 0.94…0.95), учитывая также, что самая короткая длина волны видимого света является синей (λ = 450nm; фиолетовой λ = 400…433nm), и типично высокие разрешения обеспечивают линзы масляно-иммерсионных объективов (η = 1.52…1.56; по И. Ньютону 1,56 — показатель (индекс) преломления для фиолетового), имеем:

<math>R=\frac{0.61 \times 450\,\mbox{nm}}{1.56 \times 0.94} = 187\,\mbox{nm}</math>

Для других типов микроскопов разрешение определяется иными параметрами. Так, для растрового электронного микроскопа разрешение определяется диаметром пучка электронов и/или диаметром области взаимодействия электронов с веществом образца.

См. также

Напишите отзыв о статье "Разрешение (оптика)"

Литература

Фадеев Г. Н. Химия и цвет. 2-е изд., перераб.- М.: Просвещение, 1983.- 160 с., ил.- (Мир знаний).

Ссылки

  • [www.zenitcamera.com/qa/qa-resolution.html Страница «Характеристики качества изображения» на сайте НТЦ Красногорского завода им. С. А. Зверева] — понятия разрешающей силы, изобразительной способности, пограничной нерезкости и др.

Отрывок, характеризующий Разрешение (оптика)


Князь Андрей не только знал, что он умрет, но он чувствовал, что он умирает, что он уже умер наполовину. Он испытывал сознание отчужденности от всего земного и радостной и странной легкости бытия. Он, не торопясь и не тревожась, ожидал того, что предстояло ему. То грозное, вечное, неведомое и далекое, присутствие которого он не переставал ощущать в продолжение всей своей жизни, теперь для него было близкое и – по той странной легкости бытия, которую он испытывал, – почти понятное и ощущаемое.
Прежде он боялся конца. Он два раза испытал это страшное мучительное чувство страха смерти, конца, и теперь уже не понимал его.
Первый раз он испытал это чувство тогда, когда граната волчком вертелась перед ним и он смотрел на жнивье, на кусты, на небо и знал, что перед ним была смерть. Когда он очнулся после раны и в душе его, мгновенно, как бы освобожденный от удерживавшего его гнета жизни, распустился этот цветок любви, вечной, свободной, не зависящей от этой жизни, он уже не боялся смерти и не думал о ней.
Чем больше он, в те часы страдальческого уединения и полубреда, которые он провел после своей раны, вдумывался в новое, открытое ему начало вечной любви, тем более он, сам не чувствуя того, отрекался от земной жизни. Всё, всех любить, всегда жертвовать собой для любви, значило никого не любить, значило не жить этою земною жизнию. И чем больше он проникался этим началом любви, тем больше он отрекался от жизни и тем совершеннее уничтожал ту страшную преграду, которая без любви стоит между жизнью и смертью. Когда он, это первое время, вспоминал о том, что ему надо было умереть, он говорил себе: ну что ж, тем лучше.
Но после той ночи в Мытищах, когда в полубреду перед ним явилась та, которую он желал, и когда он, прижав к своим губам ее руку, заплакал тихими, радостными слезами, любовь к одной женщине незаметно закралась в его сердце и опять привязала его к жизни. И радостные и тревожные мысли стали приходить ему. Вспоминая ту минуту на перевязочном пункте, когда он увидал Курагина, он теперь не мог возвратиться к тому чувству: его мучил вопрос о том, жив ли он? И он не смел спросить этого.

Болезнь его шла своим физическим порядком, но то, что Наташа называла: это сделалось с ним, случилось с ним два дня перед приездом княжны Марьи. Это была та последняя нравственная борьба между жизнью и смертью, в которой смерть одержала победу. Это было неожиданное сознание того, что он еще дорожил жизнью, представлявшейся ему в любви к Наташе, и последний, покоренный припадок ужаса перед неведомым.
Это было вечером. Он был, как обыкновенно после обеда, в легком лихорадочном состоянии, и мысли его были чрезвычайно ясны. Соня сидела у стола. Он задремал. Вдруг ощущение счастья охватило его.
«А, это она вошла!» – подумал он.
Действительно, на месте Сони сидела только что неслышными шагами вошедшая Наташа.
С тех пор как она стала ходить за ним, он всегда испытывал это физическое ощущение ее близости. Она сидела на кресле, боком к нему, заслоняя собой от него свет свечи, и вязала чулок. (Она выучилась вязать чулки с тех пор, как раз князь Андрей сказал ей, что никто так не умеет ходить за больными, как старые няни, которые вяжут чулки, и что в вязании чулка есть что то успокоительное.) Тонкие пальцы ее быстро перебирали изредка сталкивающиеся спицы, и задумчивый профиль ее опущенного лица был ясно виден ему. Она сделала движенье – клубок скатился с ее колен. Она вздрогнула, оглянулась на него и, заслоняя свечу рукой, осторожным, гибким и точным движением изогнулась, подняла клубок и села в прежнее положение.
Он смотрел на нее, не шевелясь, и видел, что ей нужно было после своего движения вздохнуть во всю грудь, но она не решалась этого сделать и осторожно переводила дыханье.
В Троицкой лавре они говорили о прошедшем, и он сказал ей, что, ежели бы он был жив, он бы благодарил вечно бога за свою рану, которая свела его опять с нею; но с тех пор они никогда не говорили о будущем.
«Могло или не могло это быть? – думал он теперь, глядя на нее и прислушиваясь к легкому стальному звуку спиц. – Неужели только затем так странно свела меня с нею судьба, чтобы мне умереть?.. Неужели мне открылась истина жизни только для того, чтобы я жил во лжи? Я люблю ее больше всего в мире. Но что же делать мне, ежели я люблю ее?» – сказал он, и он вдруг невольно застонал, по привычке, которую он приобрел во время своих страданий.
Услыхав этот звук, Наташа положила чулок, перегнулась ближе к нему и вдруг, заметив его светящиеся глаза, подошла к нему легким шагом и нагнулась.
– Вы не спите?
– Нет, я давно смотрю на вас; я почувствовал, когда вы вошли. Никто, как вы, но дает мне той мягкой тишины… того света. Мне так и хочется плакать от радости.
Наташа ближе придвинулась к нему. Лицо ее сияло восторженною радостью.
– Наташа, я слишком люблю вас. Больше всего на свете.
– А я? – Она отвернулась на мгновение. – Отчего же слишком? – сказала она.
– Отчего слишком?.. Ну, как вы думаете, как вы чувствуете по душе, по всей душе, буду я жив? Как вам кажется?
– Я уверена, я уверена! – почти вскрикнула Наташа, страстным движением взяв его за обе руки.
Он помолчал.
– Как бы хорошо! – И, взяв ее руку, он поцеловал ее.
Наташа была счастлива и взволнована; и тотчас же она вспомнила, что этого нельзя, что ему нужно спокойствие.
– Однако вы не спали, – сказала она, подавляя свою радость. – Постарайтесь заснуть… пожалуйста.
Он выпустил, пожав ее, ее руку, она перешла к свече и опять села в прежнее положение. Два раза она оглянулась на него, глаза его светились ей навстречу. Она задала себе урок на чулке и сказала себе, что до тех пор она не оглянется, пока не кончит его.
Действительно, скоро после этого он закрыл глаза и заснул. Он спал недолго и вдруг в холодном поту тревожно проснулся.
Засыпая, он думал все о том же, о чем он думал все ото время, – о жизни и смерти. И больше о смерти. Он чувствовал себя ближе к ней.
«Любовь? Что такое любовь? – думал он. – Любовь мешает смерти. Любовь есть жизнь. Все, все, что я понимаю, я понимаю только потому, что люблю. Все есть, все существует только потому, что я люблю. Все связано одною ею. Любовь есть бог, и умереть – значит мне, частице любви, вернуться к общему и вечному источнику». Мысли эти показались ему утешительны. Но это были только мысли. Чего то недоставало в них, что то было односторонне личное, умственное – не было очевидности. И было то же беспокойство и неясность. Он заснул.
Он видел во сне, что он лежит в той же комнате, в которой он лежал в действительности, но что он не ранен, а здоров. Много разных лиц, ничтожных, равнодушных, являются перед князем Андреем. Он говорит с ними, спорит о чем то ненужном. Они сбираются ехать куда то. Князь Андрей смутно припоминает, что все это ничтожно и что у него есть другие, важнейшие заботы, но продолжает говорить, удивляя их, какие то пустые, остроумные слова. Понемногу, незаметно все эти лица начинают исчезать, и все заменяется одним вопросом о затворенной двери. Он встает и идет к двери, чтобы задвинуть задвижку и запереть ее. Оттого, что он успеет или не успеет запереть ее, зависит все. Он идет, спешит, ноги его не двигаются, и он знает, что не успеет запереть дверь, но все таки болезненно напрягает все свои силы. И мучительный страх охватывает его. И этот страх есть страх смерти: за дверью стоит оно. Но в то же время как он бессильно неловко подползает к двери, это что то ужасное, с другой стороны уже, надавливая, ломится в нее. Что то не человеческое – смерть – ломится в дверь, и надо удержать ее. Он ухватывается за дверь, напрягает последние усилия – запереть уже нельзя – хоть удержать ее; но силы его слабы, неловки, и, надавливаемая ужасным, дверь отворяется и опять затворяется.
Еще раз оно надавило оттуда. Последние, сверхъестественные усилия тщетны, и обе половинки отворились беззвучно. Оно вошло, и оно есть смерть. И князь Андрей умер.
Но в то же мгновение, как он умер, князь Андрей вспомнил, что он спит, и в то же мгновение, как он умер, он, сделав над собою усилие, проснулся.
«Да, это была смерть. Я умер – я проснулся. Да, смерть – пробуждение!» – вдруг просветлело в его душе, и завеса, скрывавшая до сих пор неведомое, была приподнята перед его душевным взором. Он почувствовал как бы освобождение прежде связанной в нем силы и ту странную легкость, которая с тех пор не оставляла его.
Когда он, очнувшись в холодном поту, зашевелился на диване, Наташа подошла к нему и спросила, что с ним. Он не ответил ей и, не понимая ее, посмотрел на нее странным взглядом.
Это то было то, что случилось с ним за два дня до приезда княжны Марьи. С этого же дня, как говорил доктор, изнурительная лихорадка приняла дурной характер, но Наташа не интересовалась тем, что говорил доктор: она видела эти страшные, более для нее несомненные, нравственные признаки.
С этого дня началось для князя Андрея вместе с пробуждением от сна – пробуждение от жизни. И относительно продолжительности жизни оно не казалось ему более медленно, чем пробуждение от сна относительно продолжительности сновидения.

Ничего не было страшного и резкого в этом, относительно медленном, пробуждении.
Последние дни и часы его прошли обыкновенно и просто. И княжна Марья и Наташа, не отходившие от него, чувствовали это. Они не плакали, не содрогались и последнее время, сами чувствуя это, ходили уже не за ним (его уже не было, он ушел от них), а за самым близким воспоминанием о нем – за его телом. Чувства обеих были так сильны, что на них не действовала внешняя, страшная сторона смерти, и они не находили нужным растравлять свое горе. Они не плакали ни при нем, ни без него, но и никогда не говорили про него между собой. Они чувствовали, что не могли выразить словами того, что они понимали.
Они обе видели, как он глубже и глубже, медленно и спокойно, опускался от них куда то туда, и обе знали, что это так должно быть и что это хорошо.
Его исповедовали, причастили; все приходили к нему прощаться. Когда ему привели сына, он приложил к нему свои губы и отвернулся, не потому, чтобы ему было тяжело или жалко (княжна Марья и Наташа понимали это), но только потому, что он полагал, что это все, что от него требовали; но когда ему сказали, чтобы он благословил его, он исполнил требуемое и оглянулся, как будто спрашивая, не нужно ли еще что нибудь сделать.
Когда происходили последние содрогания тела, оставляемого духом, княжна Марья и Наташа были тут.
– Кончилось?! – сказала княжна Марья, после того как тело его уже несколько минут неподвижно, холодея, лежало перед ними. Наташа подошла, взглянула в мертвые глаза и поспешила закрыть их. Она закрыла их и не поцеловала их, а приложилась к тому, что было ближайшим воспоминанием о нем.
«Куда он ушел? Где он теперь?..»

Когда одетое, обмытое тело лежало в гробу на столе, все подходили к нему прощаться, и все плакали.
Николушка плакал от страдальческого недоумения, разрывавшего его сердце. Графиня и Соня плакали от жалости к Наташе и о том, что его нет больше. Старый граф плакал о том, что скоро, он чувствовал, и ему предстояло сделать тот же страшный шаг.
Наташа и княжна Марья плакали тоже теперь, но они плакали не от своего личного горя; они плакали от благоговейного умиления, охватившего их души перед сознанием простого и торжественного таинства смерти, совершившегося перед ними.

Для человеческого ума недоступна совокупность причин явлений. Но потребность отыскивать причины вложена в душу человека. И человеческий ум, не вникнувши в бесчисленность и сложность условий явлений, из которых каждое отдельно может представляться причиною, хватается за первое, самое понятное сближение и говорит: вот причина. В исторических событиях (где предметом наблюдения суть действия людей) самым первобытным сближением представляется воля богов, потом воля тех людей, которые стоят на самом видном историческом месте, – исторических героев. Но стоит только вникнуть в сущность каждого исторического события, то есть в деятельность всей массы людей, участвовавших в событии, чтобы убедиться, что воля исторического героя не только не руководит действиями масс, но сама постоянно руководима. Казалось бы, все равно понимать значение исторического события так или иначе. Но между человеком, который говорит, что народы Запада пошли на Восток, потому что Наполеон захотел этого, и человеком, который говорит, что это совершилось, потому что должно было совершиться, существует то же различие, которое существовало между людьми, утверждавшими, что земля стоит твердо и планеты движутся вокруг нее, и теми, которые говорили, что они не знают, на чем держится земля, но знают, что есть законы, управляющие движением и ее, и других планет. Причин исторического события – нет и не может быть, кроме единственной причины всех причин. Но есть законы, управляющие событиями, отчасти неизвестные, отчасти нащупываемые нами. Открытие этих законов возможно только тогда, когда мы вполне отрешимся от отыскиванья причин в воле одного человека, точно так же, как открытие законов движения планет стало возможно только тогда, когда люди отрешились от представления утвержденности земли.

После Бородинского сражения, занятия неприятелем Москвы и сожжения ее, важнейшим эпизодом войны 1812 года историки признают движение русской армии с Рязанской на Калужскую дорогу и к Тарутинскому лагерю – так называемый фланговый марш за Красной Пахрой. Историки приписывают славу этого гениального подвига различным лицам и спорят о том, кому, собственно, она принадлежит. Даже иностранные, даже французские историки признают гениальность русских полководцев, говоря об этом фланговом марше. Но почему военные писатели, а за ними и все, полагают, что этот фланговый марш есть весьма глубокомысленное изобретение какого нибудь одного лица, спасшее Россию и погубившее Наполеона, – весьма трудно понять. Во первых, трудно понять, в чем состоит глубокомыслие и гениальность этого движения; ибо для того, чтобы догадаться, что самое лучшее положение армии (когда ее не атакуют) находиться там, где больше продовольствия, – не нужно большого умственного напряжения. И каждый, даже глупый тринадцатилетний мальчик, без труда мог догадаться, что в 1812 году самое выгодное положение армии, после отступления от Москвы, было на Калужской дороге. Итак, нельзя понять, во первых, какими умозаключениями доходят историки до того, чтобы видеть что то глубокомысленное в этом маневре. Во вторых, еще труднее понять, в чем именно историки видят спасительность этого маневра для русских и пагубность его для французов; ибо фланговый марш этот, при других, предшествующих, сопутствовавших и последовавших обстоятельствах, мог быть пагубным для русского и спасительным для французского войска. Если с того времени, как совершилось это движение, положение русского войска стало улучшаться, то из этого никак не следует, чтобы это движение было тому причиною.

Применение

в недорогом указывающем устройстве с управлением глазами

В этой статье представлено новое применение оптического датчика мыши. Оптическая мышь используется в качестве основной недорогой системы инфракрасного зрения в новом предложении устройства для налобного взаимодействия человека с компьютером (HCI), управляемого движениями глаз. Стандартные линзы сенсора оптической мыши и источник освещения заменены, чтобы улучшить поле обзора и захватить изображение глаз целиком. Дополнительный 8-битный микроконтроллер используется для получения и обработки этих изображений с помощью двух оптимизированных алгоритмов для обнаружения принудительных морганий глаз и смещения зрачков, которые преобразуются в действия указателя компьютера.Это предложение представляет собой недорогое и доступное устройство Plug and Play (PnP) для людей с тяжелыми формами инвалидности в области верхних конечностей, шеи и головы. Представленное указывающее устройство выполняет стандартные действия компьютерной мыши без дополнительного программного обеспечения. В нем используется стандартный класс устройств интерфейса пользователя (HID) универсальной последовательной шины (USB), что увеличивает его совместимость с большинством компьютерных платформ. Этот новый подход к устройствам направлен на повышение удобства и мобильности существующих коммерческих устройств с простой установкой и калибровкой.Было проведено несколько тестов производительности с различными пользователями-добровольцами, в результате чего средняя ошибка обнаружения зрачка составила 0,34 пикселя с успешным обнаружением в 82,6% всех событий мыши, запрошенных посредством отслеживания зрачка.

1. Введение

В настоящее время наиболее широко используемым взаимодействием человека с компьютером является графический указатель, который перемещается по экрану периферийного устройства отображения. Экранный указатель обычно управляется с помощью стандартных устройств, таких как компьютерные мыши, сенсорные панели, джойстики, ручки или тактильные экранные панели.Все это требует некоторого физического взаимодействия, перемещающего некоторые конечности тела пользователя, такие как пальцы, руки или предплечья, для правильной работы. Было предложено несколько альтернатив, позволяющих людям с нарушениями подвижности верхних конечностей управлять указателем компьютера. В основном они основаны на обнаружении и измерении таких оставшихся движений тела, как жесты лица [1, 2], движения рта [3, 4], движения головы [5–8], отслеживание глаз [9, 10], отслеживание стикеров [ 11, 12], дыхание [13, 14], смещение языка [15] или их комбинация [16].Тем не менее, есть люди с такими тяжелыми формами инвалидности, что они не могут двигать конечностями, шеей или головой и могут взаимодействовать с компьютерными устройствами только с помощью глаз, бровей, языка, рта, дыхания или мозговой активности [17–19]. Доступны коммерческие устройства для включения этих людей в коммуникационные технологии (ИКТ), хотя у большинства из них есть несколько недостатков, связанных с совместимостью программного обеспечения, ограничениями во взаимодействии с компьютером и сложной конфигурацией и калибровкой; или очень навязчивы и недоступны из-за своей сложности и низкой перспективности рынка.

Если рассматривать устройства с глазным управлением, их можно разделить на две основные группы: выносные и налобные. Удаленные устройства в основном основаны на применении различных алгоритмов взгляда к изображению, полученному фиксированной камерой с высоким разрешением, обычно прикрепленной к экрану компьютера [2, 5, 6, 9, 20]. Примерами устройств для наблюдения за удаленным зрачком, имеющихся на рынке, являются [21–24], которые являются дорогими (> 6000 долларов США) из-за стоимости камеры с высоким разрешением, линз и специальной системы освещения.Головные устройства в основном основаны на нестандартной конструкции, в которой перед лицом пользователя находится небольшая навязчивая камера с низким разрешением [10, 25–27]. Они менее дороги, но не дешевы [28–30] (> 2000 долларов США) из-за качества камеры и индивидуального программного обеспечения.

В литературе было предложено несколько головных устройств слежения за глазами. В [25] три камеры и внешний компьютер используются для одновременного отслеживания глаза и относительной ориентации конструкции, закрепленной на голове.Он использует очень сложное оборудование для обнаружения зрачка путем простой сегментации инфракрасных изображений по уровню серого. В [26] две мини-камеры и две платы обработки данных среднего размера используются для одновременного отслеживания зрачка и обзора пользователя, что позволяет полностью контролировать указатель на экране компьютера. Хотя он предлагает использовать недорогие готовые компоненты и набор программного обеспечения с открытым исходным кодом, установка сложна из-за наличия нескольких частей. Недавно Касерес и др. [10] предложили использовать устанавливаемый на голову коммерческий айтрекер вместе с модифицированной веб-камерой для разработки недорогого глазного указателя, получившего успешную оценку пользователя.Однако для этого требуется точная установка инфракрасных фонарей по углам экрана. В [27] сообщается о новой недорогой альтернативе головного устройства для наблюдения за глазами с окулярным дисплеем. Это предложение может обеспечить точность взгляда 0,53 °, но требует наличия ближнего экрана, ухудшающего качество обзора пользователя и уменьшающего его поле зрения.

В данной работе представлено новое предложение недорогого манипулятора, управляемого глазом, на основе недорогого оптического датчика мыши (рис. 1).Основная цель этого вклада - предлагаемая стоимость устройства (~ 20 долларов США) по сравнению с наиболее доступными на сегодняшний день коммерческими устройствами отслеживания взгляда, например, Pupil Labs Pupil Core, 1850 долларов США [31]; Tobii PCEye Mini, 1149 долларов [32]; или Tobii Pro Glasses II, 10 000 долларов [33]. Это возможно, потому что в новом предложении используются те же компоненты, что и у обычной коммерческой оптической мыши. Точно так же он избегает камер с высоким разрешением и необходимости в дополнительных аппаратных частях, таких как [21–30]. Это легкое (41 г) носимое устройство Plug and Play (PnP), не требующее дополнительного программного обеспечения и полностью совместимое (Windows, MacOS, Linux, Android и т. Д.)), используя стандартный класс устройств интерфейса пользователя (HID) универсальной последовательной шины (USB).


Оптические датчики мыши, которые изначально были разработаны как основной датчик компьютерной мыши, широко используются во многих сценариях для оценки относительного смещения поверхности под датчиком [34–38]. В [38] он использовался для оценки трансляции глаза, анализируя склеральную поверхность. Было получено угловое разрешение по горизонтали и вертикали 27,8 и 18,2 отсчета на градус; однако моргание не позволяет использовать его как взгляд.Кроме того, в нескольких исследовательских работах было предложено использовать внутреннее изображение с открытым доступом оптического датчика для разработки альтернативных недорогих приложений, таких как детекторы поддельных монет [39], измерители кислорода и pH [40], измерители диаметра пряжи [41] и датчики вращения [42 , 43]. Наша предыдущая работа [44] анализирует возможности этих датчиков для отслеживания взгляда, обнаруживая зрачок как самую темную часть полученных инфракрасных изображений. Для обнаружения зрачка были протестированы специальный метод обнаружения долин и известный интегродифференциальный оператор, предложенный Даугманом [45, 46].Результаты показали, что оба алгоритма позволяют отслеживать зрачок со средней ошибкой 0,58 пикселя; однако метод обнаружения впадин требует на 90% меньше памяти и работает быстрее, поскольку не использует тригонометрические функции.

Основываясь на успешных результатах нашей предыдущей работы [44], эта работа предлагает использовать оптический датчик мыши в качестве недорогой системы визуализации для обнаружения моргания и движений глаз и проверяет его способность правильно выполнять основные действия указателя. Для этого используется базовый 8-битный микроконтроллер для захвата и преобразования смещения зрачка и моргания глаз в обычные действия компьютерной мыши (смещения указателя, щелчки и двойные щелчки).Пользовательский метод обнаружения зрачков, предложенный в нашей предыдущей работе, был улучшен для повышения его надежности. Для этого были определены новые ограничения и скорректированы до их оптимальных значений для предлагаемой установки. Кроме того, была реализована процедура обнаружения принудительного моргания глаз, которая использовалась как дополнительный ввод взаимодействия.

2. Датчик
2.1. Оптический датчик мыши

Facebook получает патент на VR-гарнитуру

с разрешением «сетчатка» для человеческого глаза

Facebook получил патент на головной дисплей (HMD), который сочетает в себе большой дисплей с низким разрешением и маленький дисплей с высоким разрешением, проецируемый туда, куда направлен глаз пользователя, для достижения разрешения «сетчатки».

«Сетчатка» или «сетчатка» - это термин, часто используемый для описания углового разрешения, которое, по крайней мере, соответствует разрешению в центре человеческого глаза.

Facebook - компания, которая стоит за брендом гарнитур и услуг виртуальной реальности Oculus. Первоначально приобретенный в качестве стартапа в 2014 году, Oculus теперь является подразделением Facebook. Все изобретатели этого патента указаны как жители штата Вашингтон, что позволяет предположить, что эта идея принадлежит Facebook Reality Lab, главный офис которой находится там.

Два дисплея на глаз, объединенные

В патенте описана гарнитура, которая имеет ямчатую визуализацию с отслеживанием взгляда.Для тех, кто не знаком, рендеринг с ямками - это процесс, который отображает большую часть изображения в виртуальном мире с более низким разрешением, за исключением точной области непосредственно перед тем, куда направлен взгляд пользователя. Та область перед глазом, где люди воспринимают самые большие детали, отображается с более высоким разрешением.

В этом патенте вместо того, чтобы отправлять изображение на один дисплей на глаз, как в большинстве гарнитур, область с высоким разрешением вместо этого отправляется на второй дисплей гораздо меньшего размера, называемый «встроенным дисплеем».Управляемое зеркало и оптический комбайнер затем проецируют этот дисплей на линзу в том месте, куда направлен глаз пользователя. Части виртуального мира с низким разрешением - части, не расположенные непосредственно перед глазным яблоком, - переходят на основной дисплей и увеличиваются непосредственно линзой.

В результате получится дисплей, сочетающий эти панели с низким и высоким разрешением, чтобы обеспечить впечатление, примерно соответствующее уровню детализации, который может различить человеческий глаз. Если слежение за глазами достаточно хорошее, пользователь даже не заметит, что у гарнитуры переменное разрешение.

Разве это не Варджо?

Этот патент может показаться знакомым, если вы слышали о финской компании Varjo. Текущий прототип Varjo также имеет вставку и фоновый дисплей, но область с высоким разрешением привязана к центру экрана - она ​​еще не адаптируется к положению глаз. Но конечная цель Варджо - создать гарнитуру, которая звучит удивительно похожая на то, что Facebook описывает в этом патенте, управляя дисплеем с помощью зеркал.

Varjo также получил патент на эту технику.Facebook подал заявку на патент раньше Varjo, но Varjo был предоставлен раньше Facebook. Неясно, насколько эти методы отличаются друг от друга.

Микродисплей "Inset"

Одна диаграмма в сопроводительных документах к патенту указывает разрешение и потенциального поставщика встроенного дисплея. Он отмечен как микродисплей 1920 × 1200 от eMagin. Скорее всего, это eMagin WUXGA, который, по утверждению компании, является OLED-микродисплеем с самым высоким разрешением в производстве.

В микродисплеях

OLED используется более дорогостоящий метод производства по сравнению с обычными OLED-панелями, используемыми в настоящее время в виртуальной реальности, но они физически намного меньше и потребляют меньше энергии. Точное разрешение периферийного дисплея не указано, но описывается как «низкое по сравнению с другими дисплеями».

Поразительное угловое разрешение

На другой схеме обозначено вертикальное поле зрения проекции впускного дисплея - 17 градусов. Учитывая, что мы знаем, что его вертикальное разрешение составляет 1200, это может означать, что он обеспечит среднее вертикальное угловое разрешение примерно 70 пикселей на градус (PPD).Oculus Go, текущая гарнитура компании с самым высоким разрешением, имеет угловое разрешение примерно 15 PPD.

Достижение такого типа PPD пока невозможно с традиционными системами отображения VR, так как нет обычных OLED-дисплеев с даже близким к необходимому разрешению. Это требование к разрешающей способности будет становиться все выше для оптики с большим полем обзора, что станет практически непрактичным. Даже гипотетическая гарнитура с разрешением 4000 × 4000 на глаз и полем зрения 140 градусов, которую в 2016 году предсказал к 2021 году главный ученый Oculus Майкл Абраш, будет всего около 30 PPD.В настоящее время на рынке OLED-дисплеем с самым высоким разрешением, подходящим для VR, является панель Samsung 1440 × 1600, используемая в сериях HTC Vive Pro и Samsung Odyssey.

Многообещающий, но всего лишь патент

Важно отметить, что компании постоянно патентуют технологии, и большинство из них никогда не попадает в потребительский продукт. Цветные микродисплеи такого разрешения могут стоить тысячи долларов, и неясно, снизит ли их массовое производство до приемлемой стоимости. При изготовлении сложной оптической комбинированной системы, описанной в этом патенте, могут возникнуть и другие проблемы.

Как люди видят цвета

Цвет помогает нам запоминать предметы, влияет на наши покупки и пробуждает наши эмоции. Но знаете ли вы, что предметы не обладают цветом? Они отражают длины волн света, которые человеческий мозг воспринимает как цвет.

Для человека видимый спектр находится между ультрафиолетовым и красным светом. По оценкам ученых, люди могут различать до 10 миллионов цветов.

Когда свет попадает на объект, например на лимон, объект поглощает часть этого света и отражает остальную часть.Этот отраженный свет попадает в человеческий глаз сначала через роговицу, крайнюю часть глаза. Роговица изгибает свет к зрачку, который контролирует количество света, попадающего на линзу. Затем линза фокусирует свет на сетчатке, слое нервных клеток в задней части глаза.

Колбочки влияют на восприятие цвета

Ваша сетчатка имеет два разных типа клеток, которые обнаруживают световые стержни и колбочки и реагируют на них. Эти чувствительные к свету клетки называются фоторецепторами.Жезлы активируются, когда вы находитесь в тусклом или тусклом свете. Колбочки стимулируются в более яркой среде. У большинства из нас около 6 миллионов колбочек и 110 миллионов стержней.

Колбочки содержат фотопигменты или молекулы, определяющие цвет. У людей обычно есть три типа фотопигментов: красный, зеленый и синий. Каждый тип конуса чувствителен к разным длинам волн видимого света.

Днем отраженный свет лимона активирует как красные, так и зеленые конусы. Затем колбочки посылают сигнал по зрительному нерву в зрительную кору головного мозга.Мозг обрабатывает количество активированных колбочек и силу их сигнала. После обработки нервных импульсов вы видите цвет - в данном случае желтый.

В более темной среде свет, отраженный лимоном, будет стимулировать только стержни глаз. Если активированы только стержни, вы не увидите цвета, только оттенки серого.

Ваш прошлый визуальный опыт с объектами также влияет на ваше восприятие цвета. Это явление известно как постоянство цвета. Постоянство цвета гарантирует, что воспринимаемый цвет объекта остается примерно одинаковым при просмотре в разных условиях.Например, если вы посмотрите на лимон при красном свете, вы, вероятно, все равно будете воспринимать лимон желтым.

Аномалии цветового зрения

Дальтонизм может возникнуть, если один или несколько типов колбочек не работают должным образом. Колбочки могут отсутствовать, не функционировать или определять цвет, отличный от обычного. Чаще всего встречается красно-зеленая цветовая слепота, за которой следует сине-желтая цветовая слепота. Мужчины чаще страдают дальтонизмом, чем женщины. В настоящее время ученые разрабатывают новые методы лечения дальтонизма.

По оценкам исследователей, до 12 процентов женщин имеют четыре типа колбочек в сетчатке, а не три. Эти люди могут воспринимать в 100 раз больше цветов, чем все мы.

У многих птиц, насекомых и рыб есть четыре типа шишек. С помощью различных колбочек они могут видеть ультрафиолетовый свет. Ультрафиолетовый свет имеет длину волны короче, чем может видеть человеческий глаз. У других животных, таких как собаки, меньше типов и количества колбочек, поэтому они могут видеть меньше цветов, чем люди.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *