カメラ vs. 人間の目
見ているものにカメラを向けて記録できないのはなぜですか?一見単純な質問です。また、答えるのが最も複雑な問題の 1 つであり、カメラが光を記録する方法だけでなく、私たちの目がどのように、またなぜそのように機能するのかについても掘り下げる必要があります。このような質問に取り組むことで、世界に対する私たちの日常的な認識に関する驚くべき洞察を明らかにすることができます。さらに、より優れた写真家になることもできます。
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はじめに
私たちの目はシーンを見渡し、被写体に基づいて動的に調整することができますが、カメラは単一の静止画像をキャプチャします.この特性は、カメラに対する一般的に理解されている利点の多くを説明しています。たとえば、私たちの目は、さまざまな明るさの領域に焦点を合わせて補正したり、より広い視野角を取り囲むように周りを見渡したり、さまざまな距離にある物体に交互に焦点を合わせたりすることができます.
ただし、最終的な結果は、関連するスナップショットを編集して精神的なイメージを形成するビデオ カメラ (静止画カメラではありません) に似ています。私たちの目でちらりと見た方が公平な比較になるかもしれませんが、最終的には視覚システムの独自性は避けられません。その理由は次のとおりです。
私たちが実際に見ているのは、目が受け取った実際の光ではなく、目からの入力に基づいて脳が物体を再構成したものです .
懐疑的？ほとんどは — 少なくとも最初は。以下の例は、心がだまされて自分の目とは異なるものを見ることができる状況を示しています:
偽色 
マッハバンド 偽色 :マウスを画像の隅に移動し、中央の十字を見つめます。欠けているドットは円の周りを回転しますが、しばらくすると、このドットは緑色に見えます — 実際には画像に緑色はありません.
マッハバンド :画像上でマウスを動かしたり外したりします。それぞれのバンドは、上端と下端の近くでわずかに暗くまたは明るく表示されます — それぞれが均一に灰色であっても.
しかし、これは私たちの目とカメラを比較することを思いとどまらせるべきではありません!多くの条件下で公平な比較が可能ですが、条件のみです。 見ているものとの両方を考慮します 私たちの心がこの情報をどのように処理するか。以降のセクションでは、可能な限りこの 2 つを区別しようとします。
相違点の概要
このチュートリアルでは、比較を次の視覚的なカテゴリにグループ化します:
<オール>上記は、私たちの目とカメラが最も異なる場所であると理解されることが多く、通常、最も不一致がある場所でもあります.他のトピックには、被写界深度、ステレオ ビジョン、ホワイト バランス、色域が含まれる場合がありますが、これらはこのチュートリアルの焦点ではありません。
1.画角
カメラの場合、これはレンズの焦点距離 (およびカメラのセンサー サイズ) によって決まります。たとえば、望遠レンズは標準のポートレート レンズよりも焦点距離が長いため、画角が狭くなります。
残念ながら、私たちの目はそれほどまっすぐではありません。人間の目は約 22 mm の焦点距離を持っていますが、(i) 目の後ろが湾曲している、(ii) 視野の周辺は中心よりも細部が少なくなっており、(iii)私たちが知覚するシーンは、両方の目を合わせた結果です。
それぞれの目は、オブジェクトを「見られる」とどれだけ厳密に定義するかに応じて、個別に 120 ～ 200 度の視野角を持っています。同様に、デュアル アイ オーバーラップ領域は約 130°、つまり魚眼レンズとほぼ同じ幅です。ただし、進化上の理由から、私たちの極端な周辺視野は、動きや大きな物体 (横から跳ねるライオンなど) を感知する場合にのみ役立ちます。さらに、このような広角をカメラで撮影すると、大きく歪んで不自然に見えます。
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| 左目 | デュアル アイ オーバーラップ | 右目 |
私たちの中心画角 (約 40 ～ 60°) は、私たちの知覚に最も影響を与えます。主観的には、これは、目を動かさずにオブジェクトを思い出すことができる角度に対応します。ちなみに、これはフルフレームカメラの「通常の」焦点距離 50 mm (正確には 43 mm)、または 1.6X クロップファクターのカメラの焦点距離 27 mm に近いです。これは私たちが見ている画角全体を再現するものではありませんが、再現します さまざまな種類の歪みの間で最良のトレードオフがあると私たちが認識しているものとよく一致します:
広角レンズ (オブジェクトのサイズは大きく異なります)
望遠レンズ (オブジェクトはサイズが似ています)
画角が広すぎるとオブジェクトの相対的なサイズが誇張され、画角が狭すぎるとオブジェクトの相対的なサイズがほぼ同じになり、奥行き感が失われます。また、極端に広角にすると、フレームの端に近いオブジェクトが引き伸ばされて見える傾向があります。
(標準/直進カメラ レンズでキャプチャした場合)
比較すると、私たちの目は歪んだ広角画像をキャプチャしますが、これを再構成して、一見歪みのない 3D 精神的画像を形成します。
2.解像度と詳細
現在のほとんどのデジタル カメラは 5 ～ 20 メガピクセルを備えていますが、これは私たちの視覚システムをはるかに下回っているとよく言われます。これは、20/20 の視力で、人間の目は 52 メガピクセルのカメラと同等のものを解像できるという事実に基づいています (画角を 60° と仮定)。
しかし、そのような計算は誤解を招きます。私たちの中心的なビジョンだけが 20/20 であるため、実際には一目でそれほど多くの詳細を解決することはできません.中心から離れると、私たちの視覚能力は劇的に低下し、中心からわずか 20° ずれただけで、目は 10 分の 1 の詳細しか解像できなくなります。周辺では、大規模なコントラストと最小限の色のみを検出します:
目を一瞥するだけで視覚的な詳細を定性的に表現します。
上記を考慮に入れると、私たちの目で一目見ただけでは、5 ～ 15 メガピクセルのカメラに匹敵する詳細しか認識できません (視力によって異なります)。ただし、私たちの心は実際には画像をピクセル単位で記憶しているわけではありません。代わりに、記憶に残るテクスチャ、色、コントラストを画像ごとに記録します。
したがって、詳細な精神的イメージを組み立てるために、私たちの目は関心のあるいくつかの領域に矢継ぎ早に焦点を合わせます。これは私たちの認識を効果的に表しています:
最終結果は、関心に基づいて詳細が効果的に優先された精神的なイメージです。これは、写真家にとって重要だが見落とされがちな意味を持っています:写真がカメラの細部の技術的限界に近づいたとしても、画像自体が記憶に残るものでなければ、そのような細部は最終的にはあまり重要ではありません.
私たちの目が詳細を解決する方法とのその他の重要な違いは次のとおりです。
非対称 .それぞれの目は、視線の上よりも下の方が詳細を認識する能力が高く、周辺視野も鼻に向かう方向よりも鼻から離れる方向にはるかに敏感です。カメラは画像をほぼ完全に左右対称に記録します。
低照度での視聴 .月明かりや星明かりの下など、非常に暗い場所では、私たちの目は実際にモノクロで見え始めます。このような状況下では、私たちの中心的なビジョンも、中心から外れているだけではなく、詳細を描写し始めます。多くの天体写真家はこれを認識しており、補助なしの目で見たい場合は、薄暗い星のすぐ横を見つめることでそれを有利に利用します.
微妙なグラデーション .解像可能な細部に注意が向けられすぎることがよくありますが、微妙な色調のグラデーションも重要です。目とカメラが最も異なる部分です。カメラを使用すると、拡大された詳細は常に簡単に解決できますが、直観に反して、拡大された詳細は実際には目に見えにくくなる可能性があります。以下の例では、両方の画像に同じコントラストのテクスチャが含まれていますが、右側の画像ではテクスチャが拡大されているため、これは見えません。
細かいテクスチャ (かろうじて見える)→
16倍に拡大
粗いテクスチャ (表示されなくなりました)
3.感度とダイナミックレンジ
ダイナミック レンジ* は、目が非常に有利であると見なされることが多い領域の 1 つです。さまざまな明るさの領域で瞳孔が開いたり閉じたりする状況を考えると、そうです、私たちの目は単一のカメラ画像の能力をはるかに超えています (そして 24 f ストップを超える範囲を持つことができます)。ただし、このような状況では、私たちの目はビデオ カメラのように動的に調整されるため、これは間違いなく公正な比較ではありません。
 |  |  |
| 目の焦点が背景にある | 前景に焦点を合わせる | 私たちのイメージ |
代わりに、目の瞬間的なダイナミック レンジ (瞳孔の開きが変化しない場合) を考慮すると、カメラの方がはるかに優れています。これは、シーン内の 1 つの領域を見て、目を調整し、他の場所を見ないことに似ています。その場合、ほとんどの場合、私たちの目は 10 ～ 14 絞りのダイナミック レンジのどこでも見ることができると推定されます。これは、ほとんどのコンパクト カメラ (5 ～ 7 絞り) を確実に上回っていますが、デジタル一眼レフ カメラ (8 ～ 11 絞り) と驚くほど似ています。停止します）
一方、私たちの目のダイナミック レンジは明るさと被写体のコントラストにも依存するため、上記は典型的な昼光条件にのみ適用されます。たとえば、暗い星を見ると、私たちの目はさらに高い瞬間ダイナミック レンジに近づくことができます。
*ダイナミック レンジの定量化 .写真のダイナミック レンジを測定するために最も一般的に使用される単位は f ストップであるため、ここではそのまま使用します。これは、シーンの記録可能な最も明るい部分と最も暗い部分の比率を 2 のべき乗で表したものです。したがって、ダイナミック レンジが 3 f ストップのシーンでは、白は黒の 8 倍の明るさになります (2 =2x2x2 =8 であるため)。
左 (マッチ) と右 (夜空) の写真は、それぞれ lazlo と dcysurfer によるものです。
感度 .これはもう 1 つの重要な視覚的特性であり、非常にかすかな被写体や動きの速い被写体を解決する能力を表しています。明るい光の下では、最新のカメラは動きの速い被写体の解像に優れています。これは、多くの場合、3200 を超えるカメラの ISO 速度によって可能になります。人間の目に相当する昼光 ISO は、1 と低いとさえ考えられています。
ただし、暗い場所では、私たちの目ははるかに敏感になります (30 分以上順応させたと仮定すると)。天体写真家は、これを ISO 500 ～ 1000 に近いと見積もることがよくあります。デジタルカメラほど高くはありませんが、近いです。一方、カメラには、より暗いオブジェクトを引き立たせるためにより長い露出を行うことができるという利点がありますが、私たちの目は何かを約 10 ～ 15 秒以上見つめた後、追加の詳細を見ることはありません.
結論と参考文献
カメラには別の基準が必要なため、カメラが人間の目を打ち負かすことができるかどうかは重要ではないと主張する人もいるかもしれません。印刷された写真では、目がどの領域に焦点を合わせるかわからないため、シーンのすべての部分に最大限のディテールが含まれている必要があります。これは、大きなプリントや近くで見るプリントに特に当てはまります。ただし、カメラの機能をコンテキストに入れることは依然として有用であると主張することもできます.
全体として、私たちの視覚システムの利点のほとんどは、私たちの心が目からの情報を知的に解釈できるという事実に由来していますが、カメラでは生の画像しかありません。それでも、現在のデジタル カメラは驚くほどうまく機能しており、いくつかの視覚機能では私たち自身の目を凌駕しています。真の勝者は、複数のカメラ画像を知的に組み立てることができ、それによって私たち自身のイメージをも凌駕できる写真家です。
このトピックの詳細については、以下を参照してください:
- ハイ ダイナミック レンジ。複数の露出を使用してデジタル カメラのダイナミック レンジを拡張する方法。結果は人間の目を超えることさえあります。
- 段階的中性密度 (GND) フィルター。私たちの心的イメージを形成する方法に似た、ハイ コントラスト シーンの外観を向上させる手法。
- 写真をつなぎ合わせたデジタル パノラマ。画角を強調するために複数の写真を使用することについての一般的な説明
