Fotocamere vs Occhio Umano

Perché non posso semplicemente puntare la fotocamera su ciò che vedo e registrarlo? È una domanda apparentemente semplice. È anche una delle più complesse a cui rispondere, e richiede di approfondire non solo come una fotocamera registra la luce, ma anche come e perché i nostri occhi funzionano come fanno. Affrontare tali domande può rivelare intuizioni sorprendenti sulla nostra percezione quotidiana del mondo — oltre a rendervi fotografi migliori.

VS.

Introduzione

I nostri occhi possono guardarsi intorno in una scena e adattarsi dinamicamente in base al soggetto, mentre le fotocamere catturano una singola immagine fissa. Questo tratto spiega molti dei nostri vantaggi comunemente compresi sulle fotocamere. Per esempio, i nostri occhi compensano mentre mettiamo a fuoco regioni di luminosità variabile, possono guardarsi intorno per abbracciare un angolo di campo più ampio, o mettere a fuoco alternativamente oggetti a varie distanze.

Tuttavia, il risultato finale è simile a una videocamera — non una fotocamera per fermoimmagine — che compila istantanee rilevanti per formare un'immagine mentale. Uno sguardo rapido dei nostri occhi potrebbe essere un confronto più equo, ma l'unicità del nostro sistema visivo è inevitabile perché:

Ciò che vediamo realmente è la ricostruzione mentale degli oggetti basata sull'input fornito dagli occhi — non la luce effettivamente ricevuta dai nostri occhi.

Scettici? La maggior parte lo è — almeno inizialmente. Gli esempi sotto mostrano situazioni dove la mente può essere ingannata nel vedere qualcosa di diverso da ciò che gli occhi vedono:

Falsi Colori Bande di Mach

Falsi Colori: Spostate il mouse sull'angolo dell'immagine e fissate la croce centrale. Il punto mancante ruoterà attorno al cerchio, ma dopo un po' questo punto apparirà verde — anche se nessun verde è effettivamente presente nell'immagine.

Bande di Mach: Spostate il mouse dentro e fuori dall'immagine. Ogni banda apparirà leggermente più scura o chiara vicino ai suoi bordi superiori e inferiori — anche se ciascuna è uniformemente grigia.

Tuttavia, questo non dovrebbe scoraggiarci dal confrontare occhi e fotocamere! In molte condizioni un confronto equo è ancora possibile, ma solo se teniamo conto sia di ciò che vediamo e di come la nostra mente processa questa informazione. Le sezioni successive cercheranno di distinguere i due quando possibile.

Panoramica delle Differenze

Questo tutorial raggruppa i confronti nelle seguenti categorie visive:

1. Angolo di Campo
2. Risoluzione e Dettaglio
3. Sensibilità e Gamma Dinamica

Quelli sopra sono spesso considerati dove i nostri occhi e le fotocamere differiscono di più, e dove c'è più disaccordo. Altri argomenti potrebbero includere profondità di campo, visione stereo, bilanciamento del bianco e gamma cromatica, ma non saranno l'obiettivo di questo tutorial.

1. Angolo di Campo

Nelle fotocamere, questo è determinato dalla lunghezza focale dell'obiettivo (insieme alla dimensione del sensore). Per esempio, un teleobiettivo ha una focale più lunga di un normale obiettivo da ritratto, e quindi abbraccia un angolo di campo più stretto:

Purtroppo i nostri occhi non sono così semplici. Anche se l'occhio umano ha una lunghezza focale di circa 22 mm, questo è fuorviante perché (i) il retro dei nostri occhi è curvo, (ii) la periferia del nostro campo visivo contiene progressivamente meno dettaglio del centro, e (iii) la scena che percepiamo è il risultato combinato di entrambi gli occhi.

Ogni singolarmente ha un angolo di campo da 120-200°, a seconda di quanto rigorosamente si definiscono gli oggetti come "visti". Similmente, la regione di sovrapposizione binoculare è intorno a 130° — quasi ampia come un fisheye. Tuttavia, per ragioni evolutive la nostra visione periferica estrema serve solo a rilevare movimenti e oggetti su grande scala (come un leone che balza dal lato). Inoltre, un angolo così ampio apparirebbe altamente distorto e innaturale se catturato da una fotocamera.

Occhio Sinistro	Sovrapposizione Binoculare	Occhio Destro

Il nostro angolo di campo centrale — intorno a 40-60° — è ciò che più impatta la nostra percezione. Soggettivamente, corrisponderebbe all'angolo entro cui potreste ricordare oggetti senza muovere gli occhi. Incidentalmente, questo è vicino a un obiettivo "normale" 50 mm su full-frame (43 mm per la precisione), o 27 mm su una crop 1,6X. Anche se non riproduce l'intero angolo di campo in cui vediamo, corrisponde bene a ciò che percepiamo come il miglior compromesso tra diversi tipi di distorsione:

Obiettivo Grandangolare
(oggetti dimensioni molto diverse) Teleobiettivo
(oggetti dimensioni simili)

Un angolo troppo ampio esagera le dimensioni relative degli oggetti, mentre uno troppo stretto fa sì che gli oggetti siano tutti quasi della stessa dimensione relativa e si perde il senso di profondità. Angoli estremamente ampi tendono anche a far apparire gli oggetti vicino ai bordi stirati.

(se catturato da un obiettivo standard/rettilineare)

In confronto, anche se i nostri occhi catturano un'immagine grandangolare distorta, la ricostruiamo per formare un'immagine mentale 3D apparentemente priva di distorsione.

2. Risoluzione e Dettaglio

La maggior parte delle fotocamere digitali attuali ha 5-20 megapixel, spesso citati come ben lontani dal nostro sistema visivo. Questo si basa sul fatto che, a visione 20/20, l'occhio umano può risolvere l'equivalente di una fotocamera da 52 megapixel (assumendo angolo di campo 60°).

Tuttavia, tali calcoli sono fuorvianti. Solo la nostra visione centrale è 20/20, quindi non risolviamo mai davvero così tanto dettaglio in un singolo sguardo. Lontano dal centro, la nostra capacità visiva diminuisce drasticamente, tale che a soli 20° fuori centro i nostri occhi risolvono solo un decimo del dettaglio. Alla periferia, rileviamo solo contrasto su grande scala e colore minimo:

Rappresentazione qualitativa del dettaglio visivo usando un singolo sguardo degli occhi.

Tenendo conto di quanto sopra, un singolo sguardo dei nostri occhi è quindi capace di percepire dettaglio paragonabile a una fotocamera da 5-15 megapixel (a seconda della vista). Tuttavia, la nostra mente non ricorda le immagini pixel per pixel; registra invece texture, colore e contrasto memorabili su base immagine per immagine.

Per assemblare un'immagine mentale dettagliata, i nostri occhi si focalizzano quindi su diverse regioni d'interesse in rapida successione. Questo dipinge effettivamente la nostra percezione:

Il risultato finale è un'immagine mentale il cui dettaglio è stato effettivamente priorizzato in base all'interesse. Questo ha un'implicazione importante ma spesso trascurata per i fotografi: anche se una fotografia si avvicina ai limiti tecnici del dettaglio della fotocamera, tale dettaglio alla fine non conterà molto se l'immagine in sé non è memorabile.

Altre importanti differenze su come i nostri occhi risolvono il dettaglio includono:

Asimmetria. Ogni occhio è più capace di percepire dettaglio sotto la nostra linea di vista che sopra, e la loro visione periferica è anche molto più sensibile in direzioni lontane dal naso che verso di esso. Le fotocamere registrano immagini quasi perfettamente simmetricamente.

Visione in Bassa Luce. In luce estremamente bassa, come sotto la luna o le stelle, i nostri occhi iniziano a vedere in monocromatico. In tali situazioni, la nostra visione centrale inizia anche a rappresentare meno dettaglio di quella appena fuori centro. Molti astrofotografi ne sono consapevoli e lo usano a vantaggio guardando appena di lato una stella debole per vederla a occhio nudo.

Gradazioni Sottili. Troppa attenzione è spesso data al dettaglio più fine risolvibile, ma le gradazioni tonali sottili sono anche importanti — e sono dove i nostri occhi e le fotocamere differiscono di più. Con una fotocamera, il dettaglio ingrandito è sempre più facile da risolvere — ma controintuitivamente, il dettaglio ingrandito potrebbe effettivamente diventare meno visibile ai nostri occhi. Nell'esempio sotto, entrambe le immagini contengono texture con la stessa quantità di contrasto, ma questo non è visibile nell'immagine a destra perché la texture è stata ingrandita.

Texture Fine
(appena visibile) →
Ingrandita 16X Texture Grossolana
(non più visibile)

3. Sensibilità e Gamma Dinamica

La gamma dinamica* è un'area dove l'occhio è spesso visto come avente un enorme vantaggio. Se considerassimo situazioni dove la nostra pupilla si apre e chiude per regioni di luminosità diverse, allora sì, i nostri occhi superano di gran lunga le capacità di una singola immagine fotocamera (e possono avere un range superiore a 24 f-stop). Tuttavia, in tali situazioni il nostro occhio si adatta dinamicamente come una videocamera, quindi questo non è forse un confronto equo.

Occhio Messo a Fuoco sullo Sfondo	Occhio Messo a Fuoco sul Primo Piano	La Nostra Immagine Mentale

Se considerassimo invece la gamma dinamica istantanea del nostro occhio (dove l'apertura pupillare non cambia), allora le fotocamere se la cavano molto meglio. Sarebbe simile a guardare una regione dentro una scena, far adattare i nostri occhi, e non guardare da nessun'altra parte. In quel caso, la maggior parte stima che i nostri occhi vedano da 10-14 f-stop di gamma dinamica, che supera decisamente la maggior parte delle compatte (5-7 stop), ma è sorprendentemente simile a quella delle reflex digitali (8-11 stop).

D'altra parte, la gamma dinamica del nostro occhio dipende anche da luminosità e contrasto del soggetto, quindi quanto sopra si applica solo a condizioni di luce diurna tipiche. Con osservazione stellare in bassa luce i nostri occhi possono avvicinarsi a una gamma dinamica istantanea ancora più alta, per esempio.

*Quantificare la Gamma Dinamica. L'unità più comune per misurare la gamma dinamica in fotografia è l'f-stop, useremo quella qui. Descrive il rapporto tra le regioni più chiare e più scure registrabili di una scena, in potenze di due. Una scena con gamma dinamica di 3 f-stop ha quindi un bianco 8X più luminoso del suo nero (poiché 2³ = 2x2x2 = 8).

Foto a sinistra (fiammiferi) e a destra (cielo notturno) per gentile concessione di lazlo e dcysurfer.

Sensibilità. Un'altra caratteristica visiva importante, descrive la capacità di risolvere soggetti molto deboli o in rapido movimento. In piena luce, le fotocamere moderne sono migliori nel risolvere soggetti in rapido movimento, come esemplificato dall'insolita fotografia ad alta velocità. Questo è spesso reso possibile da ISO oltre 3200; l'ISO diurno equivalente per l'occhio umano si pensa sia basso come 1.

Tuttavia, in condizioni di scarsa luce, i nostri occhi diventano molto più sensibili (presumendo che li lasciamo adattare per 30+ minuti). Gli astrofotografi spesso stimano questo vicino a ISO 500-1000; non ancora alto come le fotocamere digitali, ma vicino. D'altra parte, le fotocamere hanno il vantaggio di poter fare esposizioni più lunghe per tirare fuori oggetti ancora più deboli, mentre i nostri occhi non vedono dettaglio addizionale dopo aver fissato qualcosa per più di circa 10-15 secondi.

Conclusioni e Ulteriori Letture

Si potrebbe sostenere che se una fotocamera batte l'occhio umano è irrilevante, perché le fotocamere richiedono uno standard diverso: devono fare stampe dall'aspetto realistico. Una fotografia stampata non sa su quali regioni l'occhio si focalizzerà, quindi ogni porzione di una scena dovrebbe contenere dettaglio massimale — per sicurezza, nel caso sia lì che ci focalizzeremo. Questo è particolarmente vero per stampe grandi o viste da vicino. Tuttavia, si potrebbe anche sostenere che è ancora utile mettere in contesto le capacità di una fotocamera.

Nel complesso, la maggior parte dei vantaggi del nostro sistema visivo derivano dal fatto che la nostra mente è in grado di interpretare intelligentemente l'informazione dai nostri occhi, mentre con una fotocamera abbiamo solo l'immagine grezza. Anche così, le attuali fotocamere digitali se la cavano sorprendentemente bene, e superano i nostri stessi occhi per diverse capacità visive. Il vero vincitore è il fotografo che è in grado di assemblare intelligentemente multiple immagini fotocamera — superando così anche la nostra stessa immagine mentale.

Vedi i seguenti per ulteriori letture:

• High Dynamic Range. Come estendere la gamma dinamica delle fotocamere digitali usando esposizioni multiple. I risultati possono superare l'occhio umano.
• Filtri Neutri Degradati (GND). Una tecnica per migliorare l'aspetto di scene ad alto contrasto simile a come formiamo la nostra immagine mentale.
• Photo Stitching Panorami Digitali. Discussione generale sull'uso di più foto per migliorare l'angolo di campo.