Vše o světle - 2. Světlo, oko a mozek - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

2. února 2007, 00.00 | Řada lidí se domnívá, že svět JE takový jaký ho VIDÍ a že úkolem fotografie tedy není nic jiného než svět věrně zachytit, a tím se shodovat s viděním. To je ale pohled věru velmi zjednodušený.

::Vše o světle - 1. Co je to světlo
::Vše o světle - 2. Světlo, oko a mozek
::Vše o světle – 3. Intenzita (jas) světla
::Vše o světle – 4. Barva světla
::Vše o světle - 5. Barevné modely
::Vše o světle - 6. Barevná harmonie a psychologie barev
::Vše o světle – 7. Barva předmětů a vyvážení bílé
::Vše o světle - 8. Kvalita světla
::Vše o světle – 9. Světlo a senzor digitálních fotoaparátů
::Vše o světle – 10. Správa barev (color management)
::Vše o světle - 11. Měření světla a expozice
::Vše o světle - 12. Kontrast
::Vše o světle – 13. Histogram
::Vše o světle – 14. EV hodnota

Vidění je totiž nadmíru subjektivní záležitost. Oko a mozek nejsou zkonstruovány tak, aby věrně měřily elektromagnetické záření (tedy světlo), ale tak, aby bylo nejsnazší v přírodě přežít. Přitom má oko s fotoaparátem mnoho společného - oko má určitou citlivost, oko opticky ostří, oko má určité rozlišení, oko má určitý dynamický rozsah a oko nějak vnímá a zaznamenává barvy. Přesto lidské vidění není strojové. Oko společně s mozkem má neuvěřitelnou schopnost propojit fyzikální a "strojní" vidění oka se zkušeností a emocemi nashromážděnými během života. Mozek dokáže z jedné strany korigovat rozsáhlé vady oka, dokáže významně retušovat až doplňovat části scény, dokáže se i velmi rychle přizpůsobit měnícím se světelným podmínkám jak z hlediska jasu (akomodace oka), tak i z hlediska barvy (vyvážení bílé).

Optické klamy a paradoxy
Na druhou stranu tato vysoce sofistikovaná činnost může vést až k paradoxům a se znalostí věci není problém oko a mozek "oblafnout". Není problém naservírovat mu obrázky tak, aby pozorovatel vnímal to, co chceme a ne to, co na obrázku opravdu je. Příkladem mohou být velmi jednoduché optické paradoxy a klamy, které jsou dobře popsány a demonstrují jednotlivé funkce dvojice oko-mozek.

Jednoduchý optický paradox ukazuje, jak se oko nechá ošálit okolím. Střední pruh je v celé své délce stejně šedý - většina z vás ho ale uvidí jako přechod od světle šedé (vlevo) do tmavší šedé (vpravo). Je to vliv okolní plochy.

 

Co vidíte na obrázku? Dva obličeje nebo vázu? Tento optický klam patří mezi tzv. kognitivní paradoxy. Mozek v obraze vyhledává známé tvary a předměty, a tak je otázkou, co v obraze rozezná jako první.

Vidění a emoce
Důležité je proto pochopit, že i když reklama často hovoří např. o věrnosti barev atd., fotografie je a vždy bude nadmíru subjektivní záležitost. Posuzovatel je jen a pouze člověk, a pokud zanedbáme skutečnosti, že papírová fotografie (nemluvě o monitoru) vždy nějak voní, má určitý omak a specificky šustí, tak 100 % informací nám poskytují oči. A oči ve spolupráci s mozkem srovnávají fotografii s tím, co již znají a co zažily!

Každému fotografovi se již mnohokrát stalo, že ač mu fotografovaná scéna připadala úžasná, výsledná fotografie není nic moc. Lidské oko je totiž ošemetné - z celkové scény si vybere jen to, co ho zajímá, bleskurychle se přizpůsobí měnícím se světelným podmínkám a mozek navíc vedle světla vnímá i vůni, zvuky, teplo atp. To vše dohromady spolu s celou historií zážitků vytváří pocit (emoci), který na fotografii často chybí. Proto uvědomit si faktory, které odlišují fotografii od oka a využít je ve svůj prospěch, je základ pro dobrou fotografii.

Nelze ale opomenout fakt, že dobrá fotografie evokuje i zcela nové obrazy ovlivněné tím, jak si pozorovatel ve své vlastní a nejtajnější fantazii danou scénu představuje a co v něm případně probouzí za dávno zapomenuté emoce, prožitky či touhy. Této poslední skutečnosti využívá v maximální možné míře zejména reklamní fotografie, kde není nic mimořádného, že se při její realizaci spolupracuje s psychology a sociology.

Pro člověka mají některé obrazy zcela specifický význam daný našimi vlastními emocemi a zkušenostmi. Mimozemšťan by na tomto snímku viděl "jen" různé spektrum v různých bodech, my lidé však vnímáme mnohem více.

Základy lidského vidění
Vidění zvířat a lidí se vyvíjelo miliony let a bylo i je podřízeno potřebě orientovat se v prostředí, kde žijí. Jeden z hlavních nástrojů je vnímání a rozlišování jasu a barev. Oko používá na oboje stejný systém, i když v detailech se liší.

Lidské oko je jen první částí řetězce vidění. Má jednoduchý objektiv o 2 členech - rohovka (cornea) je vnější člen a čočka (lens) vnitřní. Množství světla, které vstupuje do oka, je řízeno duhovkou (clonou, iris), která je mezi nimi. Světlo se potom šíří průhledným sklivcem (vitreous humor) a na světlocitlivé sítnici (retina) vytváří otočený obraz.

Sítnice je světlocitlivá část oka a odpovídá CCD/CMOS senzoru, případně filmu ve fotoaparátu. Pokud by se sítnice vyrovnala do plochy, vytvořila by kruh o průměru cca 42 mm - vynikající shoda s úhlopříčkou kinofilmu! Sítnice je tvořena světlocitlivými buňkami - asi 130 miliony tyčinek (rods) a 7 miliony čípků (cones). V tomto smyslu je oko vlastně 137 megapixelový fotoaparát! Čípky jsou sice méně citlivé, ale zato dokáží rozlišovat barvu. Naproti tomu tyčinky jsou velmi citlivé, ale "černobílé". Proto my lidé v šeru vidíme jen černobíle.

Žlutá skvrna (fovea) je místo na sítnici o průměru cca 0,2-0,5 mm. Nachází se na ose oka a je to místo nejostřejšího vidění, kterým ostříme - neboli je to "AF bod oka". Na 1 mm² tam připadá asi 150 000 čípků (odpovídá rozlišení asi 10 000 dpi!) a nejsou tam skoro žádné tyčinky. Žlutá skvrna slouží k ostrému a barevnému dennímu vidění a vysoké rozlišení podporuje i fakt, že každý čípek ve žluté skvrně má svůj vlastní optický nerv (vlákno).

Objektiv o dvou členech v přední části promítá obraz na sítnici oka. Množství procházejícího světla reguluje duhovka - obdoba clony ve fotoaparátu. Sítnice potom obsahuje buňky citlivé na různé barvy, přičemž nejvyšší koncentrace je v okolí žluté skvrny, kde oko dosahuje mimořádného rozlišení.

Dále od žluté skvrny čípků rychle ubývá, přibývá však tyčinek a jejich hustota je největší ve vzdálenosti cca 5-6 mm od centra (kolem 160 000 tyčinek na 1 mm²). Tato oblast sítnice reaguje zejména na pohyb a změny intenzity světla a slouží k perifernímu a nočnímu vidění. Na jeden optický nerv je napojeno více tyčinek, což sice snižuje rozlišení, ale současně zvyšuje jejich citlivost - údajně jsou tyčinky schopné zachytit jediný foton! Protože oko opouští ve svazku optického nervu (papile) celkem asi 1 milion nervových vláken (v tomto smyslu je tedy oko 1 megapixel), v průměru je na 1 vlákno napojeno 130 světlocitlivých buněk (vida - základy JPEG komprese staré miliony let :-).

Vnímání jasu a barev
Vedle barvoslepých tyčinek obsahuje sítnice 3 druhy čípků - každý druh s jiným světlocitlivým pigmentem a reagující na jinou barvu (vlnovou délku světla). Červené čípky reagují zejména na červeno-žlutou barvu, zelené reagují zejména na zeleno-žlutou a modré na modro-fialovou barvu.

Podle toho, jak jsou namixovány jednotlivé vlnové délky záření ve spektru, tak podle toho jsou drážděny jednotlivé druhy čípků na sítnici a mozek na základě toho vyhodnotí barvu daného bodu scény. I když oko dokáže údajně rozlišit několik desítek milionů barev, jméno (což je jiná část mozku související s řečí) má přitom jen několik desítek z nich.

Podobně jako film či CCD/CMOS senzor, oko sonduje spektrum pomocí 3 druhů čípků ve 3 místech spektra. Barvoslepé tyčinky potom reagují na světlo mezi modrou a zelenou vlnovou délkou.

Díky sondování celého spektra "jen" třemi druhy čípků se snadno může stát, že dvě nebo i více různých složených spekter je vyhodnoceno okem a mozkem stejně a to i přesto, že se jedná o dvě zcela rozdílná spektra. Člověku se potom jeví tato rozdílná spektra jako stejná barva a jsou tedy okem nerozlišitelné. Kdyby na planetě zemi přistál mimozemšťan schopný vidět ve fyzikálním slova smyslu dokonale, našim monitorům, ale i papírovým fotografiím by se nejspíše vysmál. Možná by ale některé specializované oblasti třeba i shovívavě pochválil!

Vidění versus fotoaparát
I dnešní nejdokonalejší fotoaparáty se bohužel schopnostem oka a zejména mozku jen přibližují. Schopnosti, které má zdravý člověk (dynamický rozsah vidění, schopnost vyvážení bílé, gamut, ostření, noční vidění atd.), jsou zatím technikou naplněny jen zčásti. Naopak ale v některých oblastech zase technika člověka překonává - makrofotografie, infrafotografie, RTG, silné teleobjektivy atd.

Schopnosti lidského vidění překonává např. rentgenová fotografie, která díky zaznamenávání jiné části spektra vidí předměty lidskému oku zcela neviditelné. Stejně tak slovo "průhledný" je relativní a platné pouze pro konkrétní vlnovou délku. Např. pro rentgenové vlny je průhledná lidská tkáň a pro radiové vlny potom zdi, díky čemuž můžeme poslouchat rádio v místnostech.