Почему невозможно зрение
Добавлено: 04 июн 2007, 19:53
Давай с тобой, Читатель, рассмотрим наше зрение, кажущееся нам таким простым и естественным.
Глаз состоит из склеры (корпус фотоаппарата); роговицы (она предохраняет хрусталик (обьектив), как бокс для подводной съемки); внутриглазной жидкости (она «держит форму» роговицы, такого даже в современных фотиках нет, только разработки); радужной оболочки «радужки» (диафрагмы) и хрусталика. Он, в отличие от объектива, фокусирующего изображение на плёнке перемещениями взад-вперед, ловит фокус, уплощаясь и утолщаясь специальными маленькими мышцами по всему периметру. Фокусировку глаза называют аккомодацией, а диафрагмирование – миоз (сужение зрачка) и мидриаз (расширение). Эти процессы происходят в глазу постоянно и очень быстро. Посмотри на палец у носа и переведи взгляд на горизонт и обратно, несколько раз, оцени время фокусировки, сравни со скоростью автофокуса лучших фотоаппаратов. Далее следует прозрачное стекловидное тело, определяющее шарообразную форму глазного яблока (в фотике между объективом и плёнкой ничего не бывает никогда, поверь – я профессиональный фотограф с 20-летним стажем) и сетчатка (фотоплёнка), столь сложная, что заслуживает отдельного описания.
Читать далее... В сетчатке расположены химические светочувствительные элементы «колбочки» трёх видов - сине-, зелёно- и красночувствительные – в сумме они синтезируют все цвета в видимом диапазоне с точностью, недоступной пока современным цифровым устройствам. Так же, как глаз, может воспроизводить цвета только профессиональная фотоплёнка, она тоже химическая, «аналоговая», но даже ей недоступна фотографическая широта яркостей, воспринимаемых глазом одновременно. Мы можем в полдень на пляже одновременно наблюдать яркое море и черную кошку в глубокой тени под шезлонгом и зонтиком, а сфотографировать такое невозможно – либо море «пересветим» - будет белый блин без подробностей, либо кошку «недодержим» - она «не проработается» и будет видна только тень от зонтика, под которой будет лишь угадываться шезлонг.
Количество колбочек в сетчатке в среднем 90 миллионов, причём, чем ближе к центру, «жёлтому пятну», тем гуще, там – центральное зрение (угол зрения 1-2 градуса, «сверхдлиннофокусный объектив»). По краям мы видим не так резко – там у сетчатки разрешение поменьше, это – периферическое зрение, угол по горизонтали 135 градусов, а по вертикали 100, сверхширокоугольник, так называемый «рыбий глаз». Фотографы его почти не используют, но снимки от неба до земли с очень сильными пространственными искажениями видел каждый – они необычны и своеобразны, ни с чем не спутаешь. То есть наш глаз – фотоаппарат с очень хорошим «зумом» (объективом с переменным фокусным расстоянием, наезд-отъезд). Зумов с такими характеристиками не бывает.
Разделив количество колбочек на три, мы получим суммарное разрешение глаза - примерно 30 мегапикселов (сколько там у твоего «цифровика»?) Фотоаппаратов с таким разрешением не существует, есть только «задник» к широкоплёночному «Роллейфлексу», который устанавливается вместо задника с плёнкой и стоит около 15 тысяч долларов. Площадь кадра – 6х6 см., или 36 квадратных сантиметров (сравни с площадью сетчатки).
Светочувствительность такого устройства – от 100 до 800 единиц, а у глаза (навскидку, я ж фотограф) – от 5000 до 10000, днём, при ярком освещении. Кроме колбочек в сетчатке есть ещё и палочки, их тоже где-то 30 миллионов. Они, в отличие от колбочек, которые «ловят» только синие, зелёные и красные фотоны, а все остальные игнорируют, чувствительны во всём диапазоне, поэтому не могут синтезировать цветоощущение. Но зато (фотонов гораздо больше) они во много раз светочувствительнее (тут у меня навскидку не получится, но раз в 10 – точно). Матриц и фотоплёнок такой силищи нет, более того, их никогда не удастся создать (по целому ряду причин). Днём палочки не видят, они «пересвечены», но в сумерках, когда колбочкам уже не хватает света, и они постепенно «засыпают», так же медленно просыпаются палочки и дарят нам так называемое сумеречное зрение (ночью все кошки серы). При свете луны можно даже читать! Наш природный фотоаппарат перезаряжает плёнку с цветной, слабо(в кавычках)чувствительной на чёрно-белую, более сильную.
А отложим-ка мы в сторонку фотоаппаратик и возьмём-ка мы киноаппаратик, потому как здесь мы имеем процесс… здесь у нас все в движении!
На сегодняшний день самым распространённым средством визуализации подвижных изображений является телевизор. Чтобы зафиксировать подвижное изображение телевизионного стандарта, нужна видеокамера формата Mini DV, тоже самая распространённая. Ее характеристики: разрешение матрицы 720х576 пикселов (полмегапиксела, в 60 раз хуже, чем у глаза); частота съёмки 25 кадров в секунду (но при демонстрации эта частота удваивается, иначе глазу будут заметны мерцания). А недавно появились стогерцовые телевизоры, то есть частота съёмки нашего природного киноаппаратика – более 50 кадров в секунду, иначе с чего бы их так рекламировали, эти телики, что они глаза не утомляют? При видеосъёмке на часовую кассету (стандарт-то цифровой) записывается более 10 гигабайт информации. После монтажа, требующего довольно шустрого (даже по сегодняшним меркам) компьютера, перед записью на DVD, фильм очень сильно сжимают, качество, и без того не ах, «плывёт».
Телевизионщики используют камеры с разрешением 1920х1080 (два мегапиксела с хвостиком). Такая избыточность нужна им для того, чтобы режиссёр мог исправить кадрировкой без потери качества операторские огрехи (всяко бывает, не переснимать же дубль из-за случайного толчка камеры на плече оператора). В них уже вынуждены предварительно сжимать видео перед записью на кассету (она стоит 60 долларов и вмещает полчаса видео). Такая камера весит 8 килограммов и стоит 30.000 долларов.
Ну и, наконец, киношники. В последнее время они тоже переходят на цифру. Разрешение у них такое же, а вот наворотов побольше. Для компенсации недостаточной фотографической широты матрицы (самые лучшие из них проигрывают по этому показателю даже любительским фотоплёнкам) каждый из 25 кадров снимается трижды – с нормальной экспозицией, передержкой и недодержкой. При монтаже нашу кошку вклеивают в первый кадр из второго, а море - из третьего. Киношники не могут позволить себе потери качества и записывают весь видеопоток несжатым. С такой задачей никакое одиночное устройство не справится и используется дисковый массив (куча скоростных и ёмких винчестеров, к каждому из которых идет куча проводов). Съёмочный комплекс, состоящий из трех (как минимум) киносъёмочных систем, освещения, светоэкранов, тележек с рельсами, больших и малых операторских кранов и прочей лабуды, включая походную кухню и жилые вагончики, перевозится к месту съёмки эпизода автоколонной. Стоимость его такова, что в частной собственности он сейчас есть только у Джорджа Лукаса, все остальные (20-25штук в мире) берутся киностудиями напрокат. Для монтажа используются системы Silicon Graphics с сотней процессоров на борту и опять-же дисковыми массивами. На рендеринг двухчасового фильма уходят недели машинного времени, а количество людей, занятых в крупном кинопроекте, можно оценить, дождавшись конца финальных титров.
Здесь я вынужден прервать рассказ о сложности простого зрения и сказать пару слов. Все то, что написано выше – факты, а то, что будет ниже – аргументы, рассуждения и попытки осознания (понять - значит упростить, не так ли, Читатель?)
Теперь самое время прикинуть скорость видеопотока нашего глаза. Тридцатимегапиксельный несжатый файл с заведомо худшей цветопередачей и динамическим диапазоном весит около 80 мегабайт. Умножаем на 50. Получаем 4 гигабайта в секунду (на самом деле намного больше). Каким образом глазу удается передать такой огромный объём информации в мозг, причём в реальном времени?
Для ответа на этот вопрос проследим путь «видеосигнала» дальше. Под палочками и колбочками в сетчатке расположены еще два слоя нервных клеток - «ганглии» и «биполяры» (по две-три на каждую сотню светочувствительных клеток). Между ними множество нервных связей (аксоны, синапсы всякие, химические связи тоже есть). Все это хозяйство в конце концов сходится нервными волокнами в зрительный нерв, соединяющий глаз с мозгом. Его длина 3,5 сантиметра (он S-образно изогнут, чтобы не мешать движениям глаза), а толщина – один миллиметр. Габариты как у спирали лампочки. В зрительном нерве сосредоточено примерно 1.200.000 нервных волокон (по одному на каждую сотню из 120 миллионов дискретных фотоэлементов сетчатки).
Передать такой объём информации по такому каналу обычным (электроимпульсным) способом невозможно. У нервной ткани электрическое сопротивление отличается от нуля – следовательно, она в этом случае неминуемо нагревалась бы (посмотри на кулер своего компьютера – он с каждым годом все больше и больше, а количество информации несопоставимо даже и близко). Наша спиралька перегорела бы в момент рождения.
Ну и, наконец, мозг, собственной персоной. Там вообще «темна вода во облацех». Всего в мозгу 15 миллиардов нервных клеток, каждая из которых соединяется с соседями 7-10 тысячами нервных связей. Эти нервные связи образуются и исчезают со скоростью до тысячи в секунду (1000 герц). При этом 95 процентов мощности мозга (по уверениям специалистов) не используется, простаивает. Кто-то из компьютерщиков подсчитал, что производительность мозга при таком раскладе сопоставима с IBM-386/30. Такие компы давно догнивают на помойках. Последний раз я видел такой пару лет назад, да и то это был раритетный ноутбук.
В общем, бутафория какая-то, а не Гениальное Вместилище Разума.
Как ты всё это объяснишь, Читатель?
Одно из логически непротиворечивых объяснений таково: либо мы думаем НЕ мозгом, либо разумна КАЖДАЯ нервная клетка, либо и то и другое одновременно. Но это всего лишь моя точка зрения, предложи свою!
Глаз состоит из склеры (корпус фотоаппарата); роговицы (она предохраняет хрусталик (обьектив), как бокс для подводной съемки); внутриглазной жидкости (она «держит форму» роговицы, такого даже в современных фотиках нет, только разработки); радужной оболочки «радужки» (диафрагмы) и хрусталика. Он, в отличие от объектива, фокусирующего изображение на плёнке перемещениями взад-вперед, ловит фокус, уплощаясь и утолщаясь специальными маленькими мышцами по всему периметру. Фокусировку глаза называют аккомодацией, а диафрагмирование – миоз (сужение зрачка) и мидриаз (расширение). Эти процессы происходят в глазу постоянно и очень быстро. Посмотри на палец у носа и переведи взгляд на горизонт и обратно, несколько раз, оцени время фокусировки, сравни со скоростью автофокуса лучших фотоаппаратов. Далее следует прозрачное стекловидное тело, определяющее шарообразную форму глазного яблока (в фотике между объективом и плёнкой ничего не бывает никогда, поверь – я профессиональный фотограф с 20-летним стажем) и сетчатка (фотоплёнка), столь сложная, что заслуживает отдельного описания.
Читать далее... В сетчатке расположены химические светочувствительные элементы «колбочки» трёх видов - сине-, зелёно- и красночувствительные – в сумме они синтезируют все цвета в видимом диапазоне с точностью, недоступной пока современным цифровым устройствам. Так же, как глаз, может воспроизводить цвета только профессиональная фотоплёнка, она тоже химическая, «аналоговая», но даже ей недоступна фотографическая широта яркостей, воспринимаемых глазом одновременно. Мы можем в полдень на пляже одновременно наблюдать яркое море и черную кошку в глубокой тени под шезлонгом и зонтиком, а сфотографировать такое невозможно – либо море «пересветим» - будет белый блин без подробностей, либо кошку «недодержим» - она «не проработается» и будет видна только тень от зонтика, под которой будет лишь угадываться шезлонг.
Количество колбочек в сетчатке в среднем 90 миллионов, причём, чем ближе к центру, «жёлтому пятну», тем гуще, там – центральное зрение (угол зрения 1-2 градуса, «сверхдлиннофокусный объектив»). По краям мы видим не так резко – там у сетчатки разрешение поменьше, это – периферическое зрение, угол по горизонтали 135 градусов, а по вертикали 100, сверхширокоугольник, так называемый «рыбий глаз». Фотографы его почти не используют, но снимки от неба до земли с очень сильными пространственными искажениями видел каждый – они необычны и своеобразны, ни с чем не спутаешь. То есть наш глаз – фотоаппарат с очень хорошим «зумом» (объективом с переменным фокусным расстоянием, наезд-отъезд). Зумов с такими характеристиками не бывает.
Разделив количество колбочек на три, мы получим суммарное разрешение глаза - примерно 30 мегапикселов (сколько там у твоего «цифровика»?) Фотоаппаратов с таким разрешением не существует, есть только «задник» к широкоплёночному «Роллейфлексу», который устанавливается вместо задника с плёнкой и стоит около 15 тысяч долларов. Площадь кадра – 6х6 см., или 36 квадратных сантиметров (сравни с площадью сетчатки).
Светочувствительность такого устройства – от 100 до 800 единиц, а у глаза (навскидку, я ж фотограф) – от 5000 до 10000, днём, при ярком освещении. Кроме колбочек в сетчатке есть ещё и палочки, их тоже где-то 30 миллионов. Они, в отличие от колбочек, которые «ловят» только синие, зелёные и красные фотоны, а все остальные игнорируют, чувствительны во всём диапазоне, поэтому не могут синтезировать цветоощущение. Но зато (фотонов гораздо больше) они во много раз светочувствительнее (тут у меня навскидку не получится, но раз в 10 – точно). Матриц и фотоплёнок такой силищи нет, более того, их никогда не удастся создать (по целому ряду причин). Днём палочки не видят, они «пересвечены», но в сумерках, когда колбочкам уже не хватает света, и они постепенно «засыпают», так же медленно просыпаются палочки и дарят нам так называемое сумеречное зрение (ночью все кошки серы). При свете луны можно даже читать! Наш природный фотоаппарат перезаряжает плёнку с цветной, слабо(в кавычках)чувствительной на чёрно-белую, более сильную.
А отложим-ка мы в сторонку фотоаппаратик и возьмём-ка мы киноаппаратик, потому как здесь мы имеем процесс… здесь у нас все в движении!
На сегодняшний день самым распространённым средством визуализации подвижных изображений является телевизор. Чтобы зафиксировать подвижное изображение телевизионного стандарта, нужна видеокамера формата Mini DV, тоже самая распространённая. Ее характеристики: разрешение матрицы 720х576 пикселов (полмегапиксела, в 60 раз хуже, чем у глаза); частота съёмки 25 кадров в секунду (но при демонстрации эта частота удваивается, иначе глазу будут заметны мерцания). А недавно появились стогерцовые телевизоры, то есть частота съёмки нашего природного киноаппаратика – более 50 кадров в секунду, иначе с чего бы их так рекламировали, эти телики, что они глаза не утомляют? При видеосъёмке на часовую кассету (стандарт-то цифровой) записывается более 10 гигабайт информации. После монтажа, требующего довольно шустрого (даже по сегодняшним меркам) компьютера, перед записью на DVD, фильм очень сильно сжимают, качество, и без того не ах, «плывёт».
Телевизионщики используют камеры с разрешением 1920х1080 (два мегапиксела с хвостиком). Такая избыточность нужна им для того, чтобы режиссёр мог исправить кадрировкой без потери качества операторские огрехи (всяко бывает, не переснимать же дубль из-за случайного толчка камеры на плече оператора). В них уже вынуждены предварительно сжимать видео перед записью на кассету (она стоит 60 долларов и вмещает полчаса видео). Такая камера весит 8 килограммов и стоит 30.000 долларов.
Ну и, наконец, киношники. В последнее время они тоже переходят на цифру. Разрешение у них такое же, а вот наворотов побольше. Для компенсации недостаточной фотографической широты матрицы (самые лучшие из них проигрывают по этому показателю даже любительским фотоплёнкам) каждый из 25 кадров снимается трижды – с нормальной экспозицией, передержкой и недодержкой. При монтаже нашу кошку вклеивают в первый кадр из второго, а море - из третьего. Киношники не могут позволить себе потери качества и записывают весь видеопоток несжатым. С такой задачей никакое одиночное устройство не справится и используется дисковый массив (куча скоростных и ёмких винчестеров, к каждому из которых идет куча проводов). Съёмочный комплекс, состоящий из трех (как минимум) киносъёмочных систем, освещения, светоэкранов, тележек с рельсами, больших и малых операторских кранов и прочей лабуды, включая походную кухню и жилые вагончики, перевозится к месту съёмки эпизода автоколонной. Стоимость его такова, что в частной собственности он сейчас есть только у Джорджа Лукаса, все остальные (20-25штук в мире) берутся киностудиями напрокат. Для монтажа используются системы Silicon Graphics с сотней процессоров на борту и опять-же дисковыми массивами. На рендеринг двухчасового фильма уходят недели машинного времени, а количество людей, занятых в крупном кинопроекте, можно оценить, дождавшись конца финальных титров.
Здесь я вынужден прервать рассказ о сложности простого зрения и сказать пару слов. Все то, что написано выше – факты, а то, что будет ниже – аргументы, рассуждения и попытки осознания (понять - значит упростить, не так ли, Читатель?)
Теперь самое время прикинуть скорость видеопотока нашего глаза. Тридцатимегапиксельный несжатый файл с заведомо худшей цветопередачей и динамическим диапазоном весит около 80 мегабайт. Умножаем на 50. Получаем 4 гигабайта в секунду (на самом деле намного больше). Каким образом глазу удается передать такой огромный объём информации в мозг, причём в реальном времени?
Для ответа на этот вопрос проследим путь «видеосигнала» дальше. Под палочками и колбочками в сетчатке расположены еще два слоя нервных клеток - «ганглии» и «биполяры» (по две-три на каждую сотню светочувствительных клеток). Между ними множество нервных связей (аксоны, синапсы всякие, химические связи тоже есть). Все это хозяйство в конце концов сходится нервными волокнами в зрительный нерв, соединяющий глаз с мозгом. Его длина 3,5 сантиметра (он S-образно изогнут, чтобы не мешать движениям глаза), а толщина – один миллиметр. Габариты как у спирали лампочки. В зрительном нерве сосредоточено примерно 1.200.000 нервных волокон (по одному на каждую сотню из 120 миллионов дискретных фотоэлементов сетчатки).
Передать такой объём информации по такому каналу обычным (электроимпульсным) способом невозможно. У нервной ткани электрическое сопротивление отличается от нуля – следовательно, она в этом случае неминуемо нагревалась бы (посмотри на кулер своего компьютера – он с каждым годом все больше и больше, а количество информации несопоставимо даже и близко). Наша спиралька перегорела бы в момент рождения.
Ну и, наконец, мозг, собственной персоной. Там вообще «темна вода во облацех». Всего в мозгу 15 миллиардов нервных клеток, каждая из которых соединяется с соседями 7-10 тысячами нервных связей. Эти нервные связи образуются и исчезают со скоростью до тысячи в секунду (1000 герц). При этом 95 процентов мощности мозга (по уверениям специалистов) не используется, простаивает. Кто-то из компьютерщиков подсчитал, что производительность мозга при таком раскладе сопоставима с IBM-386/30. Такие компы давно догнивают на помойках. Последний раз я видел такой пару лет назад, да и то это был раритетный ноутбук.
В общем, бутафория какая-то, а не Гениальное Вместилище Разума.
Как ты всё это объяснишь, Читатель?
Одно из логически непротиворечивых объяснений таково: либо мы думаем НЕ мозгом, либо разумна КАЖДАЯ нервная клетка, либо и то и другое одновременно. Но это всего лишь моя точка зрения, предложи свою!