Welche Auflösung hat das Auge? Enthüllung des Geheimnisses

Genau wie Kameras erfassen unsere Augen alles um uns herum, und nach einem komplizierten Prozess können wir klare, schöne Bilder sehen.

Wenn unsere Augen die gleichen Eigenschaften wie Kameras haben, fragen Sie sich vielleicht, wie hoch die Auflösung unserer Augen ist. Oder vielleicht: Wie viele Pixel hat das menschliche Auge? Die neuesten Forschungsveröffentlichungen sind zu einer aufregenden, brandneuen Schlussfolgerung gelangt. Lassen Sie es uns gemeinsam herausfinden!

Welche Auflösung hat das menschlische Auge?

Nach den neuesten Forschungen des Wissenschaftlers und Fotografen Roger M. N Clark müsste ein Bildschirm eine Dichte von 576 Megapixeln (etwa 32K-Auflösung) haben, um unser gesamtes Sichtfeld vollständig zu erfassen. Einfach ausgedrückt: Ein Bild auf einem 576-Megapixel-Bildschirm wäre für uns am klarsten zu interpretieren.

Der „Arbeitsprozess“ unserer Augen ist jedoch nicht derselbe wie bei einer Kamera. Im Grunde werden Bilder dadurch erzeugt, dass sich unsere Augen schnell bewegen und dabei eine Menge Informationen aufnehmen. Das Gehirn übersetzt dieses Puzzle dann in ein Bild und kombiniert es dann mit den Informationen, die von Ihrem anderen Auge kommen, um die Auflösung zu erhöhen. Die Wahrheit ist, dass 576 Megapixel für Menschen wahrscheinlich zu detailliert sind, da Ihre Augen nicht alle visuellen Informationen gleichermaßen erfassen.

Um die Auflösung zu messen, mit der Menschen sehen können, wird ein wichtiger Aspekt benötigt: die Fovea. Die Fovea ist ein kleiner, aber wichtiger Teil des menschlichen Auges, der eine wesentliche Rolle bei unserer Fähigkeit spielt, feine Details zu sehen und Farben wahrzunehmen. Der Mensch verdaut nur die Informationen in der Fovea und kann etwa 7 Megapixel in unserem Fovea-Bereich sehen. Es wurde grob geschätzt, dass der Rest unseres Sichtfeldes nur 1 Megapixel an zusätzlichen Informationen benötigt, um ein Bild wiederzugeben.

Wie man die Auflösung des menschlichen Auges berechnet

Bilder und Fotos sind unterschiedlich groß und die Auflösung wird durch Multiplikation der vertikalen und horizontalen Megapixel berechnet. Das menschliche Auge kann sich jedoch nur um 180 Grad bewegen. Hier ist also die Formel für die Berechnung der höchsten Auflösung, die das menschliche Auge sehen kann.

Nehmen wir an, dass die Sicht vor den menschlichen Augen 90 Grad mal 90 Grad beträgt, wie beim Blick durch ein Fenster. Die Anzahl der Megapixel wäre dann:

90 Grad * 60 Bogenminuten/Grad * 1/0,3 * 90 * 60 * 1/0,3 = 324.000.000 Pixel (324 Megapixel)

Bogenminute: Auch bekannt als Bogenminute, ist eine Einheit der Winkelmessung, die 1/60 von 1 Grad entspricht.

In einem einzigen Moment können Ihre Augen definitiv nicht so viele Megapixel erfassen. Um mehr Details zu sehen, werden sich Ihre Augen jedoch bewegen. Die menschlichen Augen haben ein großes Sichtfeld - bis zu 180 Grad. Um die Berechnung genauer zu machen, sind die Wissenschaftler konservativ und gehen davon aus, dass das durchschnittliche Sichtfeld eines menschlichen Auges 120 Grad beträgt, so dass die Formel wie folgt lautet:

120 * 120 * 60 * 60 / (0,3 * 0,3) = 576 Megapixel

0.3: Wir verwenden den Wert 0,3, da dies der Schwellenwert für Sehschwäche oder Sehbehinderung ist.

Nachrichten & Neueste Forschungen

Das Forschungsgebiet, das sich mit der Funktionsweise des menschlichen Auges befasst, entwickelt sich ständig weiter. Von der Verwendung von KI zur Erkennung von Epilepsieanzeichen über die Entdeckung, dass die Beschaffenheit unserer Augen nicht nur beim Menschen vorkommt, bis hin zur Nachbildung der genauen Art und Weise, wie unsere Augen Bilder sehen und interpretieren - es ist eine aufregende Zeit, in diesem Forschungsbereich tätig zu sein.

Hier finden Sie einige der neuesten Erkenntnisse und Nachrichten.

• InceptiveMind 26. Mai 2023. Penn State hat ein neues Gerät entwickelt, das Bilder erzeugt, indem es die roten, grünen und blauen Zapfenzellen und neuronalen Netzwerke des menschlichen Auges nachahmt.
• Fstoppers Mar. 31, 2023. Experten in der Filmindustrie haben herausgefunden, dass das menschliche Auge nicht wirklich eine Bildrate hat, aber für praktische Zwecke liegt sie bei etwa 10 fps.
• ASU News Mar.13, 2023. Tatsächlich wurde bei einem von sechs Schimpansen in der Studie festgestellt, dass sie die gleichen Merkmale aufweisen, die auch im Weißen des menschlichen Auges vorhanden sind.
• News Atlas Feb.17, 2023. Forscher haben damit begonnen, eine KI-Technologie namens MoSeq (oder Motion Sequencing) einzusetzen, um das Verhalten epileptischer Mäuse zu analysieren. Derzeit können diese „Fingerabdrücke“ vom menschlichen Auge unbemerkt bleiben. Es hat sich also herausgestellt, dass die KI das menschliche Auge beim Erkennen von epileptischem Verhalten bei Mäusen übertrifft.

Der Prozess des menschlichen Sehens

Um die Welt klar zu sehen, verarbeitet unser Gehirn die visuellen Informationen, die von unseren beiden Augen aufgenommen werden. Aber wie nehmen unsere Augen all diese visuellen Informationen auf? In diesem Abschnitt werden wir uns mit dem gesamten Prozess des menschlichen Sehens beschäftigen.

Es gibt eine Menge komplizierter Prozesse, die zur Erzeugung eines visuellen Bildes notwendig sind. Gleichzeitig müssen Ihre Augen und Ihr Gehirn über ein Netzwerk von Neuronen, Rezeptoren und anderen spezialisierten Zellen miteinander kommunizieren. Das menschliche Auge besteht aus einer Reihe von optischen Teilen, darunter die Hornhaut, die Iris, die Pupille, die Linse mit variablem Brennpunkt und die Netzhaut. Diese Teile arbeiten zusammen, um die Bilder im Blickfeld einer Person zu erzeugen.

Wenn wir etwas betrachten, wird es zunächst durch die Hornhaut und die Linse auf die Netzhaut fokussiert, eine mehrschichtige Membran, die Millionen lichtempfindlicher Zellen enthält, die das Bild erkennen und in eine Folge elektrischer Signale umwandeln.

Die bildaufnehmenden Rezeptoren der Netzhaut sind in Stäbchen und Zapfen unterteilt. Über eine Reihe spezialisierter Zellen, die mit den Fasern des Sehnervenbündels verbunden sind, koordiniert die Netzhaut die Übertragung elektrischer Signale an das Gehirn.

Im Gehirn schließlich vereinen sich die Sehnerven beider Augen am Chiasma opticum, wo die Informationen beider Netzhäute miteinander verbunden werden. Die visuellen Informationen werden dann in einer Reihe von Schritten verarbeitet, bevor sie den visuellen Kortex erreichen. Nach all dem können wir sehen und interpretieren, was sich direkt vor uns befindet!

Faktoren, die das menschliche Sehvermögen beeinflussen

Der Prozess des menschlichen Sehens ist ziemlich kompliziert und nach jahrelanger Forschung verstehen die Menschen nur die Grundlagen wirklich. Wissenschaftler haben einige Faktoren gefunden, die das menschliche Sehen beeinflussen können, aber es gibt noch viel mehr zu entdecken.

Brennweite

Die Brennweite eines optischen Systems misst, wie stark das System Licht konvergiert oder divergiert.

Das menschliche Auge hat eine Brennweite von ca. 22 mm, aber im Gegensatz zur Brennweite eines Kameraobjektivs, die den Abstand vom Objektiv zum Sensor misst, ist die Rückseite des menschlichen Auges gekrümmt. Das bedeutet, dass die Peripherie des Gesichtsfeldes eines Menschen immer weniger Details aufweist als das Zentrum. Berücksichtigt man die Tatsache, dass das wahrgenommene Bild das Ergebnis beider Augen ist, ergibt sich eine durchschnittliche Brennweite zwischen 17 mm und 22 mm.

Blickwinkel

Der Blickwinkel definiert die Größe der Gegenstände oder Szenen vor den Augen. Jedes Auge hat einen Blickwinkel von 120-200°, je nachdem, wie eng die Dinge „gesehen“ werden. Außerdem ist der Überschneidungsbereich zwischen den Augen etwa 130° breit - fast so breit wie ein Fischaugenobjektiv. Unsere Wahrnehmung wird weitgehend von unserem zentralen Blickwinkel beeinflusst, der zwischen 40 und 60 Grad liegt.

Je breiter der Blickwinkel, desto mehr Auflösung kann unser Auge erfassen. Wenn der Winkel jedoch zu groß ist, werden die Größen der Objekte übertrieben dargestellt. Auf der anderen Seite verzerrt ein zu enger Blickwinkel die Größe der Objekte und eliminiert die Tiefe dessen, was wir sehen können. Damit wir die perfekte Szene sehen, werden sich unsere Augen bewegen, um das zu erfassen, was wir am meisten wollen.

Asymmetrie

Um zu beurteilen, ob ein Bild gut ist oder nicht, verwenden Experten den Begriff „Symmetrie“, um das Gleichgewicht zwischen den einzelnen Seiten eines Bildes zu beschreiben.

Kameras nehmen Bilder auf eine fast perfekt symmetrische Weise auf. Allerdings ist jedes Auge in der Lage, Details unterhalb unserer Sichtlinie besser wahrzunehmen als oberhalb, und unser peripheres Sehen ist auch in Richtungen weg von der Nase viel empfindlicher als in Richtung Zentrum. Das, was wir mit unseren beiden Augen sehen, ist also nicht unbedingt gleich und kann nicht symmetrisch gemessen werden.

Subtile Abstufungen

Langsam wird das Licht dunkel, groß wird klein und die Farben vermischen sich. Dies sind alles Beispiele für subtile Abstufungen. Jedes visuelle Element - sei es Größe, Form, Richtung, Kanten, Wert, Farbton, Intensität, Temperatur oder Textur - kann abgestuft werden, genauso wie es kontrastiert werden kann.

Ein vergrößertes Detail kann für unsere Augen weniger sichtbar sein, wenn wir es aus der Ferne betrachten. Kameras haben die Zoomfunktion, um ein entferntes Objekt zu fokussieren, aber die menschlichen Augen nicht! Die Fähigkeit des menschlichen Auges, subtile Abstufungen zu erkennen, ist schwächer als bei Kameras, was bedeutet, dass die Entfernung, die das menschliche Sehvermögen erreichen kann, relativ begrenzt ist.

Dynamikbereich

Wenn wir über Kameras sprechen, beschreibt der Dynamikbereich das Verhältnis zwischen den hellsten und dunkelsten Teilen eines Bildes. Für unsere Augen zeigt der Dynamikbereich an, wie viel Kontrast wir sehen können. Der Dynamikbereich des menschlichen Auges ist viel größer als der einer Kamera.

Je nach den unterschiedlichen Lichtverhältnissen kann sich der Dynamikbereich ständig anpassen. Das bedeutet, dass wir nicht nur den hellen oder dunklen Bereichen der Szene „ausgesetzt“ sind, sondern dass wir aufgrund unserer schnellen Augenbewegungen zwischen den verschiedenen Beleuchtungen kontrastieren können. Unsere Augen sind ständig in Bewegung, so dass wir das Licht in allen Teilen der Szene messen können.

Empfindlichkeit

Die Empfindlichkeit beschreibt die Fähigkeit von optischen Geräten, sehr schwache oder sich schnell bewegende Motive aufzulösen. Die Empfindlichkeitsstufen werden auf der ISO-Skala gemessen, wobei eine kleine Zahl eine geringe Empfindlichkeit und eine große Zahl eine hohe Empfindlichkeit bedeutet. Die gebräuchlichsten ISO-Werte sind 100, 200, 400, 800, 1600 und 3000. In der Regel ist der niedrigste Wert der ISO-Einstellung 100.

Tagsüber ist das Auge viel weniger empfindlich und entspricht in etwa dem ISO-Wert 1. bedeutet, dass die menschlichen Augen tagsüber nicht auf sich schnell bewegende Objekte reagieren. Bei schwachen Lichtverhältnissen können die menschlichen Augen jedoch empfindlicher werden, aber es dauert länger, bis wir nachts bewegte Objekte erkennen.

Menschliches Auge vs. Kamera: Kann man sie miteinander vergleichen?

Menschliche Augen und Kameras können aufgrund ihrer gemeinsamen Fähigkeit, visuelle Informationen zu erfassen, verglichen werden. Lassen Sie uns in ihre Gemeinsamkeiten und Unterschiede eintauchen.

Ähnlichkeiten zwischen menschlichen Augen und Kameras

Sowohl das Auge als auch die Kamera haben Linsen und lichtempfindliche Oberflächen. Die Iris reguliert die Menge des Lichts, das in Ihr Auge eintritt. Ihre Linse hilft bei der Fokussierung des Lichts. Die Netzhaut ist eine lichtempfindliche Fläche im hinteren Teil des Auges, die über den Sehnerv Impulse an Ihr Gehirn sendet. Schließlich interpretiert Ihr Gehirn, was Sie beobachten.

Dies ist vergleichbar mit dem, was passiert, wenn eine Kamera ein Foto aufnimmt. Das Licht trifft zunächst auf die Oberfläche des Objektivs der Kamera. Dann reguliert die Blendenfunktion die Lichtmenge, die in die Kamera eintritt. Das Licht wandert dann zu einer lichtempfindlichen Oberfläche. Nach einer langen Zeit der Verarbeitung kann diese Oberfläche den Film der Kamera oder einen Bildsensorchip in einer Digitalkamera bilden.

Eine weitere Gemeinsamkeit zwischen Netzhaut, Film und Bildsensorchips ist, dass sie alle ein Bild erhalten, das auf den Kopf gestellt wurde. Da sowohl das Auge als auch die Kameralinse konvex, also nach außen gekrümmt sind, wird das Licht gebrochen, wenn es auf ein konvexes Objekt trifft. Dies führt dazu, dass das Bild auf den Kopf gestellt wird.

Wenn Sie Bilder oder Filme sehen, nehmen Sie nicht wahr, dass sie auf dem Kopf stehen, weil Ihr Gehirn eingreift, um Ihre Augen zu unterstützen. Es versteht, dass die Welt eigentlich auf dem Kopf stehen sollte. Daher wird das Bild wieder umgedreht. Digitalkameras sind so programmiert, dass sie sich automatisch einstellen. Bei nicht-digitalen Kameras wird das Bild durch ein Prisma oder einen Spiegel umgedreht, so dass es auf der richtigen Seite steht.

Unterschiede zwischen menschlichen Augen und Kameras

Die drei wichtigsten Unterschiede zwischen menschlichen Augen und Kameras liegen darin, wie sie Objekte fokussieren, wie sie verschiedene Farben verarbeiten und was sie in einer Szene sehen können.

Das menschliche Auge bleibt auf sich bewegende Objekte fokussiert, indem es die Form der Linse im Inneren verändert. Gleichzeitig ändert sich auch die Dicke der Linse, um sich den visuellen Informationen anzupassen, die gesehen werden. Der Grund, warum die Linse dies tun kann, ist, dass sie mit den Muskeln des Auges verbunden ist, die sich zusammenziehen und entspannen.

Ein Kameraobjektiv hat diese Fähigkeit nicht, so dass Fotografen die Objektive entsprechend der Entfernung zwischen ihnen und dem Objekt wechseln müssen. Mechanische Teile im Kameraobjektiv müssen ebenfalls angepasst werden, um auf ein sich bewegendes Objekt fokussiert zu bleiben.

Der Prozess des Sehens verschiedener Farben hängt von den Zapfen ab, die sich in der Mitte der Netzhaut Ihres Auges befinden. Die Zapfen ermöglichen es Ihnen, in Farben zu sehen, und es gibt drei Arten von Zapfen. Jeder Typ reagiert auf unterschiedliche Wellenlängen des Lichts. Rote Zapfen reagieren auf lange Wellenlängen. Blaue Zapfen reagieren auf kurze Wellenlängen. Grüne Zapfen reagieren auf mittlere Wellenlängen. Die Art und Weise, wie Kameras auf rotes, blaues und grünes Licht reagieren, ist die Verwendung von Filtern, die auf die Photorezeptoren aufgesetzt werden.

Schließlich können die Inhalte, die Kameras und menschliche Augen erfassen, unterschiedlich sein. Kameras haben Fotorezeptoren über das gesamte Objektiv verteilt, so dass sie oft ein vollständiges Bild aufnehmen können. Die menschlichen Augen haben jedoch einen blinden Fleck, wo der Sehnerv mit der Netzhaut verbunden ist. Manchmal bemerkt man den blinden Fleck nicht, weil unser Gehirn den Fleck mit dem ergänzt, was das andere Auge beim Betrachten desselben Bildes aufgenommen hat. Außerdem können sich unsere Augen schnell und frei bewegen, während dies bei feststehenden Kameras nicht möglich ist.

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FAQs – Häufig gestellte Fragen

Wie viele Pixel hat das menschliche Auge?

Nach den neuesten Forschungsergebnissen des Wissenschaftlers und Fotografen Roger M. N Clark müsste ein Bildschirm eine Dichte von 576 Megapixeln haben, um unser gesamtes Sichtfeld zu erfassen. Einfach ausgedrückt: Ein Bild auf einem 576-Pixel-Bildschirm wäre für uns am klarsten zu interpretieren.

Kann ein menschliches Auge 4K oder 8K sehen?

Ja, das menschliche Auge kann die Klarheit der 4K- und 8K-Auflösung voll genießen. Allerdings ist es für menschliche Augen schwer, die beiden Auflösungen miteinander zu vergleichen. Ihre Augen können den Unterschied zwischen 8K- und 4K-Auflösung erkennen, aber nur, wenn Sie eine hohe Sehschärfe haben oder extrem nah am Bildschirm stehen.

Was ist die höchste aufgezeichnete Sehkraft?

Die höchste bei Menschen gemessene Sehkraft ist 20/5, während die durchschnittliche Person nur eine Sehschärfe von 20/20 hat. Ein Wert von 20/5 bedeutet, dass Sie Dinge auf 20 Fuß Entfernung sehen können, die die meisten Menschen erst sehen können, wenn sie 5 Fuß entfernt stehen.

Kann das menschliche Auge 120 fps wahrnehmen?

Das Auge kann in der Theorie bis zu 120 Fps (Frames pro Sekunde) wahrnehmen. In Szenen mit schneller Bewegung oder großen Kontrastwechseln kann es sogar 100 oder mehr Fps erkennen.

Aber die meisten Menschen merken im Alltag beim Video schauen oder bei der Nutzung von Elektronik kaum einen Unterschied zwischen 60 und 120 Fps. Denn meistens sind die Inhalte auf 30 oder 60 Fps ausgelegt, und das Auge hat sich daran gewöhnt. Um 120 Fps wirklich zu spüren, muss man bestimmte Voraussetzungen erfüllen. Zum Beispiel sollte man einen Bildschirm mit einer hohen Bildwiederholrate (mindestens 120 Hz) verwenden und der Inhalt muss auch mit 120 Fps aufgenommen und abgespielt werden. Außerdem gibt es Unterschiede in den individuellen Sehsystemen. Einige Menschen sind empfindlicher gegenüber Veränderungen der Bildfrequenz und können die Verbesserung der Flüssigkeit, die 120 Fps bringen, besser erkennen, wenn die Bedingungen erfüllt sind.

Fazit

Der Prozess des menschlichen Sehens ist kompliziert und ist eine Teamleistung zwischen unseren Augen und unserem Gehirn. Es gibt mehrere Faktoren, die das menschliche Sehen beeinflussen, wie z.B. Brennweite, Dynamikbereich, Empfindlichkeit usw.

Viele Menschen vergleichen das menschliche Auge mit einer Kamera, denn beide nehmen Bilder bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen auf und können logischerweise miteinander verglichen werden, auch wenn es einige große Unterschiede gibt. Sind Sie also neugierig auf die höchste Auflösung der menschlichen Augen? Glauben Sie, dass unsere Augen wie eine Kamera funktionieren? Teilen Sie diesen Artikel mit Ihren Freunden und hinterlassen Sie unten einen Kommentar, lassen Sie uns gemeinsam darüber diskutieren!