題:
如果凝視足夠長的時間,為什麼我們不能在低光下看到?
filip
2016-02-07 19:12:05 UTC
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對我來說,如果我將視線放在昏暗的房間裡的某個固定點上,那似乎是合理的,漸漸地,我的眼前會出現越來越亮和更好的圖像,就像如果快門速度使相機在黑暗中看到一樣真的很慢,例如4秒曝光。為什麼我們的大腦也不能做到這一點(隨著時間的推移積累視覺信息)?還是眼睛的限制?

編輯:

進一步闡明我的追求;我將展示一個攝影世界的具體示例(圖像來自此網站)。

在此示例中,我們有一系列曝光不足的圖像-這就是大腦接收到的信息: Series of under exposed images

現在,將所有這些信息與一個簡單的加法運算相結合即可顯示一張具有正常曝光的圖像。 Sum of all images equals one normal exposed image

對於我們強大的大腦來說,這似乎是一個簡單的技巧-當然可以添加輸入信號嗎?

稱它為大腦應該能夠做的一個簡單技巧,實際上是在丟失答案的全部內容。
也許這將是一個簡單的把戲,但是這種把戲的進化利益是什麼?視覺系統的工作原理完全不同,與靜態場景相比,檢測變化/運動(可能等於威脅)要容易得多。人眼具有內置的運動-掃視運動-使其可以更清晰地看到。如果您以電子方式補償掃視,則IIRC(儘管我無法快速找到參考),因此視野保持固定,所有內容都被沖洗掉,您實際上是盲人。
@jamesqf-謝謝。我想我的答案太含糊了,以至於“無法迅速發現變化是最不便的。”您的評論為答案增加了很多。
也要考慮進化。假設您是一個正在向夜間活動的物種,並且“需要”改善您的弱光視力。最簡單的方法就是增加眼睛的大小。您還可以添加反射層,例如“ Tapetum lucidum”。
出於好奇-您是否*嘗試*添加您的8位,嘈雜,曝光不足的圖片以獲得準確的最終圖像?我敢打賭你不能:)
我第一次錯過這一點:進化沒有太多時間在黑暗的房間里工作。即使人類並非主要是夜行性動物,我們的弱光視野也足以應付大多數自然的弱光環境,在這種環境下,月亮和星星仍然有光。
七 答案:
anongoodnurse
2016-02-07 23:54:04 UTC
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為簡單起見,讓我們將其真正地簡化為攝影之類的東西。

相機的光圈可以無限期保持打開狀態,從而允許印版(或任何接收和記錄光的物體)“收集並保存效果如果您想以這種方式表達它的話”。這樣一來,相機就可以製作出我們眼所無法比擬的圖像,例如“星跡”。

enter image description here

就像照相板或數字傳感器的照相場所(或像素)一樣。它不能像相機那樣“收集並保存”。如果您願意的話,有一個“刷新率”,它不允許收集和節省不適用於相機的光線,因為相機不在乎附近是否有物體在偷偷溜走並對其構成危險。生活。無法迅速檢測到變化會給生存帶來最大的不便。

長時間曝光的時間採樣確實使數字天文攝影神奇可能。數字傳感器的真正能力來自其在比眼睛更長的時間段內集成或收集光子的能力。這就是為什麼我們可以在即使通過大型望遠鏡也無法看到的長時間曝光下記錄細節的原因。

數碼相機的工作原理 sub>

好的答案-我在問題中添加了一個額外的示例,以通過不依賴單個長時間曝光來解決此問題。
舉一個極端的例子,考慮一下哈勃的超遠場(https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_Ultra-Deep_Field),其曝光時間約為一百萬秒,或者超過11天(如果我我的數學正確嗎?
我不認為這是答案:它假定記錄數據將是視網膜的工作,但這不一定是正確的。應該用這個*以及*為什麼大腦也不能記錄光來回答這個問題。結合這些和下面的一些答案,實際上可以解決這個問題。
@Numeri-我確實說這是一種簡化。
@anongoodnurse足夠公平:),但我確實要提一下為什麼視網膜會“刷新”:我們的眼睛經常動動自己以保持警覺(仍然是一種簡化,但我想它會提供更多信息)。但是感謝您的書面答复!
gilhad
2016-02-08 02:31:03 UTC
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簡單的答案是,眼睛不是這樣構造的。

眼睛的“像素”多於“鏈接”到大腦並發送“經過預處理的”圖像。此外,眼睛一直在移動,並且在掃描“視覺區域”,並且據稱身體和頭部也在移動(無論是否願意-誰都無法完全凍結),因此更長的數據積累會導致嚴重的模糊。

眼睛的主要目的是發現危險-發生變化或正在移動的受害者-由於我們不是夜行性動物,因此我們構造/優化了眼睛在主動,被動和睡眠狀態下的工作方式黑暗。由於仍然存在真正的睡眠需求,因此沒有充分的理由開發夜視輔助系統-意味著完全以完全不同的工作模式(長時間收集數據)完全複製主視力系統,而這種工作方式將很少使用時間-捕食者在夜間睡覺時發現我們,我們在第一次襲擊中倖存下來。

因此,僅對主系統進行了輕微修改,而其他像素對光更敏感,而對顏色的像素較少,這使我們可以工作到昨晚和清晨,此時只能訪問分光。以顏色和細節為代價。但這要便宜得多,然後主要是未使用的輔助系統。並且佔用的時間比我們平常搬進來的時間要多。

AliceD
2016-02-08 13:34:41 UTC
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其他人已經解決了感光體水平的差異。 @gilhad 等人不久就暗示了視覺系統的機械限制,但我認為值得更多關注。

首先,在黑暗中,我們不能專注於物體,我們的眼睛就會動。即使我們專注於某個特定點,由於震顫,漂移和微掃視,眼睛總是會移動。 微掃視是眼睛的非自願小動作(圖1),最近受到了相當多的關注。據估計,它們每秒發生1-2次,並且可以達到1度視場的幅度(Martinez-Conde et al 。,2013)和持續約15毫秒(Cui et al 。,2009)。認為這些運動阻止了視網膜水平的適應,並防止了圖像褪色。因此,視網膜上的圖像會不斷地機械刷新。大腦又通過動眼反饋在感知水平上校正圖像,從而穩定圖像(Martinez-Conde et al 。,2013)

Microsaccades
圖1.眼動儀記錄的微掃視。資料來源: Martinez-Conde 。 (2013) sup>

必須將相機固定在三腳架上以允許過度曝光,但我們的眼睛不能固定在”,即使我們嘗試也是如此。因此,不可能按照問題中所示的那樣組合曝光,並且會導致圖像模糊。取而代之的是,視網膜圖像會不斷刷新,並且當光照條件太暗時,我們無法在時域中整合光子輸入。

但是,請注意,由於較高的亮度會導致更明亮的感知,因此感光體確實會在一定程度上整合光子輸入。但是,此操作僅以毫秒為單位,並且不允許長時間曝光以獲取類似於@anongoodnurse的最佳答案所示的圖像。

參考文獻
- Cui et al 。, Vis Res (2009年); 49 (2):228–36
- Martinez-Conde et al 。, Nature Reviews Neurosci (2013); 14 :83-96 sub>

我想想,如果我們只專注於某個半秒,那麼我們的大腦可能會在半秒內進入光線,處理我們正在移動的方向,並在穿線之前調整圖像,然後通過以消除模糊,然後我們可以在弱光下看到。我只是從純技術角度想知道。我們的大腦可以做到這一點嗎?當然,半秒,甚至很長的時間,都會對生存產生影響。同樣,從技術上講
Cort Ammon
2016-02-08 02:36:55 UTC
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這樣做可能有理論上的能力。大腦非常擅長信號處理,並且可能會得出這樣的總和。但是,有一個限制。您必須保持非常靜止才能使其正常工作。

去拍攝一張延時攝影照片,就像anongoodnurse發布的答案一樣。快門打開了一段時間(她的照片對我來說好像是30分鐘或1個小時的曝光時間)。 在曝光期間,相機完美地靜止不動。您看到的所有運動都是由於場景中的物體移動而運動(或者,如果您更喜歡技術,則星星靜止不動,而相機保持靜止)。旋轉……真的真的非常平穩)。

身體沒有這種將自己鎖定的能力。嘗試將相機握在手中時拍攝其中一張照片,您會發現它特別困難。現在考慮一下,您的眼睛比身體的其他部分更抽搐,能夠以這種方式飛奔。我們對眼睛有很好的控制,但是沒有什麼比創建三腳架效果要好的了。

因此,如果您嘗試以這種方式使用眼睛,幾乎您將看到的是您自己的動作。大概是一個非常受到良好控制的人也許能夠感覺到這種運動並對此做出解釋,但是大腦沒有理由在“硬件”中擁有這種能力。

當然我們可以專心致志地以驚人的速度觀看,對吧?我們可以以20步的速度在視力表上閱讀單詞。這些活動在允許視覺反饋的場景中進行。如果太暗,我們將無法獲得足夠的視覺反饋,無法看到我們的眼睛指向和補償的地方。

Malhar Khushu
2016-02-07 21:16:30 UTC
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我相信您所指的是相機通過調節光圈來調節曝光的現象。我們也可以這樣做,但是它發生得非常快。從黑暗的房間轉到更明亮的房間,您會失明,但這種效果很快就會消失,反之亦然。

瞳孔在黑暗的房間裡張開,並產生視覺紫色或視紫紅質。視網膜中的一種色素,可在弱光下提供可見性。當您進入明亮的區域時,瞳孔收縮,並且視紫紅質被光漂白,並產生了視紫紅質。

https://en.wikipedia.org/wiki/Adaptation_(eye)

^檢查“黑暗適應”和“光適應”部分

(對不起,我沒有更多資料,我從我的高中生物教科書中做到了,我可以找不到)

感謝您的投入,但不幸的是,這並不是我所追求的。但是,您確實使我走上了正確的軌道,以找到我要尋找的正確術語:快門速度。
我認為問題實際上是指通過提高快門速度來調整曝光的相機。正如您所說,增加光圈(從字面上看)相當於睜開眼睛的瞳孔,但問題是關於長時間盯著某個場景,“收集”大量光線並將其累加(而不是平均)到一個圖像。
哦,知道了。很高興我能幫助你!
“通過增加快門速度來調整曝光”是的,我的意思是降低快門速度,但大家可能都已經知道了。
J.J
2016-02-09 00:08:13 UTC
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幾乎所有針對眼睛運動而導致模糊(數碼相機不必處理的問題)的答案都是錯誤的。大腦在低光照下以低速處理圖像絕對沒有問題。

答案與眼睛不是照相機這一事實有關。事實證明,許多古老的理論都是基於眼睛像照相機一樣工作的事實,例如視覺的持久性等,這是錯誤的。眼睛沒有快門速度-信息不斷傳回大腦,沒有間隔延遲。( https://en.wikipedia.org/wiki/Persistence_of_vision

這意味著解決模糊/等問題是在大腦中完成的,而不是眼睛。想想數字防抖實際上是可以實時工作的,但是大腦確實可以在大約16到24塊的眼動輸入上工作。為什麼這麼快?好吧,就像大腦就像一台計算機一樣,它可能與大腦可以存儲的未經處理的眼睛數據的內存量有關。長時間曝光的照片需要大量RAM來存儲原始數據,然後需要大量時間才能將其編譯為單個圖像。毫無疑問,大腦可以完成從原始數據到圖像的編譯,但是在編譯之前,它很可能無法在“內存”中存儲超過1/24秒的數據。

更多重要的是,這樣做將大大減少我們的反應時間。這很重要,因為您不希望有機體在晚上可以清晰地看到分支,但是當他們試圖抓住它時,會錯過5-10秒。

這更像是我對這個問題所期望的答案。讓我想知道慢速運動的夜間動物是否已經使用這種視覺信息的時間累積來改善其視力。
*大腦絕對沒有問題,可以低速處理圖像*是正確的,因為桿是為提高速度而建造的。但是,由於眼球運動,大腦無法整合禁止的信號,因此每幀都將在前一幀上重新定位。那不會發生。因此,指出* ...所有針對引起模糊的眼球運動的答案都是錯誤的*,尤其是因為您提出的論點基於許多“概率”和“可能性”。向我們顯示證明其他答案有誤的參考文獻,否則,您可能希望降低答案的質量。
我應該把它調低些,因為那樣會更好-但是我不能做太多關於參考文獻的事情,因為我在這篇文章中閱讀的所有文章都指出該領域本身不確定大腦是如何做到的。我們真正知道的是,它不能像照相機一樣工作,這就是我所說的。會很高興獲得更多信息-我覺得這真的很有趣:D
Zigmund
2016-02-14 07:33:32 UTC
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我希望我的計算機能夠發送人眼排列的圖示,而不是假想的“相機鏡頭”的想法, 因為有機的眼睛和相機的光學元件不可能像這樣!

em> ,在您的討論中,大多數人都犯了嚴重錯誤。

眼睛使用稱為“桿”和“錐”的有機光學單元的組合來顯示圖像。另外,由於視神經的插入點,在眼睛所感知的圖像上存在“死點”。任何關於有機視覺的討論都必須考慮到這些事實。

有機眼睛也必須經歷可變的“暗適應”時期,以便能夠感知圖像。 最短時間在50-120分鐘之間;即使這樣,即使是瞬間暴露在“更明亮”的光線下也將消除所有這些適應,因此必須“重啟時鐘”以使眼睛適應黑暗,再次。

有一個傳聞,海盜盜版了眼罩,使他們能夠實現並保持一隻眼睛的暗適應。保持一隻眼睛適應黑暗有很多好處-一隻眼睛正從明亮的甲板上向下進入受害者船的非常暗淡的甲板下區域。在這種情況下,能夠拉出補丁並立即看到敵方船員帶著短劍進入將是非常有價值的!

另一個因素是,桿和錐的分佈不是很均勻。均勻,跨過眼睛。 錐體處理顏色感知,並集中在視野的中心。視錐細胞的濃度迅速下降,向外擴散。

同一隻眼中桿的密度迅速增加,從死點大約5度到死點大約25度的最大值。 桿子負責我們的周圍視覺,我們對看似微觀運動的“敏感性”以及我們的夜視。

由於在我們眼睛的視野中心缺少桿狀細胞,所以在弱光條件下我們看不到任何死角!

能夠將最大數量的桿狀細胞帶入我們視野中的“關注項目”,我們必須使用周邊視覺並將“作弊”偏離視野的一側約25度。這就像在建築物的中央看左門或右門正中間看“前門”一樣。

一個人也可以更輕鬆地檢測運動。看起來不像確切形狀。通過不斷地“向一側看”,並改變我們的位置以改變背景,一個精明的wood夫(例如,美洲印第安人或鄉土人!)完全有可能不僅發現浣熊而已。在橡樹頂上,還可以識別出負鼠從下肢抬頭仰望他的形式!

許多能更好地在夜間活動的動物的眼睛不僅配備了桿狀細胞,但實際上比我們的大得多!我們會看到和任何貓頭鷹一樣的東西,只有我們出生的眼睛的直徑為“巨型”

另外,看著並緊密模仿貓頭鷹,用頭頂擺動,左右並列編織以及向前凝視,我們自然會提高周圍的敏感性,對我們感興趣的那些物體的更清晰圖像的“向一側看”的魔術!

很抱歉,我很批評,因為許多評論顯示出對非器官的理解光學,以及出色的想像力,但根本不可能巧妙地互換非有機光學和有機光學的原理。



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