Come fa un occhio ad avere una gamma dinamica così ampia rispetto a una macchina fotografica?

Per cominciare, l'occhio è una macchina fotografica dannatamente buona. Hai una retina che è in media più di 1.000 mm^2. Un sensore full frame da 35 mm è di 864 mm^2. Su quel sensore, abbiamo circa 6 megapixel dedicati alla raccolta del colore (coni) e 120 milioni dedicati alla luminanza (bastoncelli). Solo 6 fotoni assorbiti dalle proteine del fotorecettore del bastoncello possono accendere il bastoncello... e tenete a mente che questo succede praticamente in continuazione. Questa è chiamata fototrasduzione visiva... è complessa, puoi leggere di più qui: Fototrasduzione visiva.

Nella maggior parte delle fotocamere, avete una matrice di colore RGB che essenzialmente rende ogni sensore un "cono"... stanno tagliando fuori 2/3 della luce visibile che va ad ogni sensore. Il sensore stesso è composto da una serie di fotodiodi. Un fotone che colpisce un fotodiodo provoca il flusso di un elettrone nel circuito di quel pixel. Tuttavia, c'è anche il rumore con cui fare i conti. Ogni sistema elettrico ha un rumore termico intrinseco - solo l'eccitazione casuale degli elettroni dovuta al calore a temperatura ambiente. E ogni sistema elettrico reale ha anche un po 'di rumore intrinseco dal suo stesso funzionamento. E i fotodiodi hanno una "corrente oscura"... una piccola corrente scorre anche quando non c'è luce (curiosamente, anche l'occhio ha una sorta di corrente oscura, lo stato in cui si trova un fotorecettore in assenza di luce non è strettamente "off"). Quindi la macchina fotografica tipicamente scatta un'immagine "scura", poi l'immagine reale che viene presa in modo quantizzato - uno scatto a 1/125 di secondo o altro. L'immagine scura è usata per azzerare la corrente di ogni fotodiodo. Ovviamente, avete bisogno di abbastanza corrente dai fotoni per superare il rumore casuale nel sistema per ottenere qualsiasi immagine, e ancora di più per tirare davvero fuori l'immagine dal rumore.

Quindi questo è l'occhio per ciascuno. Poi c'è il cervello. Il cervello umano è computazionalmente, per cose come l'elaborazione delle immagini, l'elaborazione della velocità, cose che le reti neurali fanno molto bene e i computer... non tanto... il nostro cervello è attualmente più veloce in questo genere di cose del più veloce supercomputer. Forse qualche stanza piena di qualche migliaio di processori che lavorano tutti insieme eguaglierà il cervello umano nei prossimi 10 anni o giù di lì, è abbastanza probabile. Ma questo non sarà nella vostra Nikon molto presto.

Così il cervello sta costantemente campionando e integrando l'output dell'occhio. Sta anche eseguendo tutta una serie di algoritmi di riconoscimento su di esso, tutti simultaneamente (rete neurale = grande computer parallelo), quindi sta rilevando linee orizzontali e verticali, sta rilevando il movimento, sta rilevando volti, ecc. Ma significativamente, sta integrando l'immagine che percepite nel tempo, e anche confrontandola con i vostri ricordi. Così quello che vedete è il risultato di più "foto" fuse insieme e confrontate con quello che sapete di quello che state vedendo.

L'elaborazione delle immagini della tua fotocamera... beh, se scatti in raw, non molto. Se scatti in JPEG, può fare un sacco di cose, come la nitidezza dei bordi, la riduzione del rumore, cose che puoi fare tu stesso in Photoshop se scatti in raw. Ma niente di simile a quello che fa il tuo cervello. Alcune fotocamere hanno una speciale "modalità notte" che fonde più foto in modi diversi... e questo è il primo passo per fare quello che fa l'occhio. La mia Canon 6D ha una modalità che fa la media o somma il risultato di più foto. Così si può ottenere una migliore gamma dinamica, ma anche rimuovere il rumore. Ricordate, il rumore stesso è casuale, quindi sommando diversi campioni della stessa immagine, il rumore inizia a svanire. Statisticamente, con molti campioni, sparirà completamente, ma anche quattro scatti aiuteranno.