CAMERAS vs. THE HUMAN EYE

Por que não posso simplesmente apontar a minha câmara para o que estou a ver e gravar isso? É uma pergunta aparentemente simples. É também uma das mais complicadas de responder, e requer um aprofundamento não só em como uma câmera grava a luz, mas também como e porque nossos olhos trabalham da maneira que eles fazem. Enfrentar tais perguntas pode revelar insights surpreendentes sobre nossa percepção diária do mundo – além de fazer de um fotógrafo melhor.

VS.

INTRODUÇÃO

Os nossos olhos são capazes de olhar à volta de uma cena e ajustar-se dinamicamente com base no assunto, enquanto as câmaras captam uma única imagem fixa. Esta característica é responsável por muitas das nossas vantagens comumente entendidas sobre as câmeras. Por exemplo, nossos olhos podem compensar ao focarmos em regiões de brilho variável, podem olhar ao redor para abranger um ângulo de visão mais amplo, ou podem focar alternadamente objetos a várias distâncias.

No entanto, o resultado final é semelhante a uma câmera de vídeo – não uma câmera imóvel – que compila instantâneos relevantes para formar uma imagem mental. Um olhar rápido pelos nossos olhos pode ser uma comparação mais justa, mas em última análise a singularidade do nosso sistema visual é inevitável porque:

O que realmente vemos é a reconstrução de objectos da nossa mente com base na entrada fornecida pelos olhos – não a luz real recebida pelos nossos olhos.

Skeptical? A maioria é – pelo menos inicialmente. Os exemplos abaixo mostram situações onde a mente pode ser enganada para ver algo diferente dos olhos:

Cor Falsa

Faixas de maquinação

Cor Falsa: Mova o seu rato para o canto da imagem e fixe o olhar na cruz central. O ponto que falta girará em torno do círculo, mas após algum tempo este ponto parecerá verde – mesmo que nenhum verde esteja realmente presente na imagem.

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Faixas de Máquinas: Mova o seu rato para dentro e para fora da imagem. Cada uma das bandas aparecerá ligeiramente mais escura ou mais clara perto das suas bordas superior e inferior – mesmo que cada uma seja uniformemente cinzenta.

No entanto, isto não nos deve desencorajar de comparar os nossos olhos e câmaras! Sob muitas condições uma comparação justa ainda é possível, mas somente se levarmos em consideração tanto o que estamos vendo quanto como nossa mente processa essa informação. As seções subseqüentes tentarão distinguir as duas sempre que possível.

OVERVIEW OF DIFERENCES

Este tutorial agrupa as comparações nas seguintes categorias visuais:

1. Angulo de visão
2. Resolução &Detalhe
3. Sensibilidade &Gama dinâmica

Os acima são muitas vezes entendidos como sendo onde os nossos olhos e câmeras diferem mais, e são geralmente também onde há maior discordância. Outros tópicos podem incluir profundidade de campo, visão estéreo, equilíbrio de branco e gama de cores, mas estes não serão o foco deste tutorial.

ANGLE OF VIEW

Com câmeras, isto é determinado pela distância focal da lente (juntamente com o tamanho do sensor da câmera). Por exemplo, uma lente teleobjectiva tem uma distância focal maior do que uma lente de retrato padrão e, portanto, abrange um ângulo de visão mais estreito:

Felizmente, nossos olhos não são tão simples. Embora o olho humano tenha uma distância focal de aproximadamente 22 mm, isto é enganador porque (i) a parte de trás dos nossos olhos é curva, (ii) a periferia do nosso campo visual contém progressivamente menos detalhes que o centro, e (iii) a cena que percebemos é o resultado combinado de ambos os olhos.

Cada olho individualmente tem em qualquer lugar de um ângulo de visão de 120-200°, dependendo de quão estritamente se define os objectos como sendo “vistos”. Da mesma forma, a região de sobreposição dos olhos duplos é de cerca de 130° – ou quase tão larga como uma lente de olho de peixe. Contudo, por razões evolutivas, a nossa visão periférica extrema só é útil para detectar movimentos e objectos em grande escala (como um leão a sair do seu lado). Além disso, um ângulo tão largo pareceria altamente distorcido e não natural se fosse capturado por uma câmera.

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Olhos Esquerdos	Cobreposição dos Olhos Duais	Olhos Direitos

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O nosso ângulo de visão central – cerca de 40-60° – é o que mais impacta a nossa percepção. Subjetivamente, isso corresponderia ao ângulo sobre o qual você poderia se lembrar de objetos sem mover os olhos. A propósito, isto é próximo de uma lente com distância focal “normal” de 50 mm numa câmara de fotograma completo (43 mm para ser mais preciso), ou uma distância focal de 27 mm numa câmara com um factor de corte de 1,6X. Embora isto não reproduza o ângulo de visão total em que vemos, corresponde bem ao que percebemos como tendo o melhor trade-off entre diferentes tipos de distorção:

Lente de ângulo largo
(os objectos são de tamanhos muito diferentes)

Lente de telefoto
(os objectos são semelhantes em tamanho)

Um ângulo de visão demasiado largo e os tamanhos relativos dos objectos são exagerados, Enquanto que um ângulo de visão demasiado estreito significa que os objectos têm todos quase o mesmo tamanho relativo e que se perde o sentido de profundidade. Ângulos extremamente largos também tendem a fazer com que objetos próximos às bordas da moldura pareçam esticados.

(se capturados por uma lente de câmera padrão/rectilinear)

Por comparação, mesmo que nossos olhos capturem uma imagem distorcida de grande ângulo, nós reconstruímos isso para formar uma imagem mental em 3D que é aparentemente livre de distorção.

RESOLUÇÃO & DETALHES

As câmeras digitais mais atuais têm 5-20 megapixels, o que é frequentemente citado como ficando muito aquém do nosso próprio sistema visual. Isto é baseado no fato de que a 20/20 visão, o olho humano é capaz de resolver o equivalente a uma câmera de 52 megapixels (assumindo um ângulo de visão de 60°).

No entanto, tais cálculos são enganosos. Apenas a nossa visão central é 20/20, por isso nunca resolvemos tanto detalhe com um único olhar. Longe do centro, nossa capacidade visual diminui dramaticamente, de tal forma que por apenas 20° fora do centro, nossos olhos resolvem apenas um décimo de detalhe a mais. Na periferia, detectamos apenas contraste em grande escala e cor mínima:

Representação qualitativa dos detalhes visuais usando um único relance dos olhos.

Tendo em conta o acima exposto, um único relance dos nossos olhos é, portanto, apenas capaz de perceber detalhes comparáveis a uma câmera de 5-15 megapixels (dependendo da visão de cada um). Contudo, a nossa mente não se lembra realmente das imagens pixel a pixel; em vez disso, grava texturas memoráveis, cor e contraste numa base imagem a imagem.

Para montar uma imagem mental detalhada, os nossos olhos focam-se, portanto, em várias regiões de interesse em rápida sucessão. Isto pinta eficazmente a nossa percepção:

O resultado final é uma imagem mental cujo detalhe foi efectivamente priorizado com base no interesse. Isto tem uma implicação importante mas frequentemente negligenciada para os fotógrafos: mesmo que uma fotografia se aproxime dos limites técnicos do detalhe da câmara, tal detalhe acaba por não contar muito se a imagem em si não for memorável.

Outras diferenças importantes na forma como os nossos olhos resolvem os detalhes incluem:

Asimetria. Cada olho é mais capaz de perceber os detalhes abaixo da nossa linha de visão do que acima, e sua visão periférica também é muito mais sensível em direções longe do nariz do que em direção a ele. As câmeras gravam imagens quase perfeitamente simétricas.

Visão com baixa luminosidade. Em luz extremamente baixa, como sob a luz da lua ou sob a luz das estrelas, os nossos olhos começam realmente a ver em monocromático. Sob tais situações, nossa visão central também começa a retratar menos detalhes do que apenas fora do centro. Muitos astrofotógrafos estão cientes disso, e usam isso em sua vantagem olhando apenas para o lado de uma estrela fraca se quiserem ser capazes de vê-la com seus olhos desassistidos.

Graus subtis. Muitas vezes é dada demasiada atenção aos mais finos detalhes resolvidos, mas as gradações tonais subtis também são importantes – e acontece que é onde os nossos olhos e câmaras mais diferem. Com uma câmera, o detalhe ampliado é sempre mais fácil de resolver – mas contra-intuitivamente, o detalhe ampliado pode na verdade tornar-se menos visível para os nossos olhos. No exemplo abaixo, ambas as imagens contêm textura com a mesma quantidade de contraste, mas isto não é visível na imagem à direita porque a textura foi ampliada.

Fine Texture
(pouco visível)

→
Enlargarged 16X

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Coarse Texture
(não mais visível)

SENSIBILIDADE &AMBIENTE DINÂMICA

Gama dinâmica* é uma área onde o olho é frequentemente visto como tendo uma enorme vantagem. Se considerarmos situações em que o nosso pupilo abre e fecha para diferentes regiões de luminosidade, então sim, os nossos olhos ultrapassam de longe as capacidades de uma única imagem de câmara (e podem ter um alcance superior a 24 f-stops). No entanto, em tais situações, nosso olho está se ajustando dinamicamente como uma câmera de vídeo, então esta não é, sem dúvida, uma comparação justa.

Foco do Olho no Fundo	Foco do Olho no Primeiro Plano	Nossa Imagem Mental

Se, em vez disso, considerássemos a gama dinâmica instantânea do nosso olho (onde a abertura da nossa pupila se mantém inalterada), então as câmeras se saem muito melhor. Isto seria semelhante a olhar para uma região dentro de uma cena, deixando os nossos olhos ajustarem-se, e não olhar para outro lugar. Nesse caso, a maioria estima que nossos olhos podem ver de 10 a 14 f-stops de alcance dinâmico, o que definitivamente supera a maioria das câmeras compactas (5 a 7 stops), mas é surpreendentemente semelhante ao das câmeras SLR digitais (8 a 11 stops).

Por outro lado, o alcance dinâmico de nossos olhos também depende do brilho e do contraste do sujeito, de modo que o acima se aplica apenas às condições típicas da luz do dia. Com a visão em estrela de baixa luminosidade, nossos olhos podem se aproximar de uma faixa dinâmica instantânea ainda maior, por exemplo.

*Quantifying Dynamic Range. A unidade mais usada para medir o alcance dinâmico na fotografia é o f-stop, por isso vamos continuar com isso aqui. Isto descreve a relação entre as regiões mais claras e mais escuras graváveis de uma cena, em potências de dois. Uma cena com uma faixa dinâmica de 3 paradas f, portanto, tem um branco que é 8X tão brilhante quanto seu preto (desde 23 = 2x2x2 = 8).

Fotos à esquerda (fósforos) e à direita (céu noturno) por lazlo e dcysurfer, respectivamente.

Sensibilidade. Esta é outra característica visual importante, e descreve a capacidade de resolver assuntos muito ténues ou de movimento rápido. Durante a luz brilhante, as câmeras modernas são melhores na resolução de assuntos de movimento rápido, como exemplificado pela fotografia de alta velocidade de aparência incomum. Isto é muitas vezes possível graças às velocidades ISO da câmara superiores a 3200; pensa-se mesmo que o ISO equivalente à luz do dia para o olho humano seja tão baixo como 1,

No entanto, sob condições de pouca luz, os nossos olhos tornam-se muito mais sensíveis (presumindo que os deixamos ajustar durante 30+ minutos). Os astrofotógrafos frequentemente estimam isto como estando perto da ISO 500-1000; ainda não tão alto como as câmaras digitais, mas perto. Por outro lado, as câmeras têm a vantagem de serem capazes de tirar exposições mais longas para trazer à tona objetos ainda mais fracos, enquanto nossos olhos não vêem detalhes adicionais depois de olhar para algo por mais de 10-15 segundos.

CONCLUSÕES & MAIS LEITURA

Uma pessoa pode argumentar que se uma câmera é capaz de bater o olho humano é inconseqüente, porque as câmeras exigem um padrão diferente: elas precisam fazer impressões de aparência realista. Uma fotografia impressa não sabe em que regiões o olho vai focar, então cada parte de uma cena precisaria conter o máximo de detalhes – no caso de ser lá que vamos focar. Isto é especialmente verdade para as impressões grandes ou vistas de perto. Contudo, também se poderia argumentar que ainda é útil colocar as capacidades de uma câmara em contexto.

Overall, a maioria das vantagens do nosso sistema visual deriva do facto de a nossa mente ser capaz de interpretar inteligentemente a informação dos nossos olhos, enquanto que com uma câmara, tudo o que temos é a imagem crua. Mesmo assim, as câmeras digitais atuais se saem surpreendentemente bem, e ultrapassam os nossos próprios olhos por várias capacidades visuais. O verdadeiro vencedor é o fotógrafo que é capaz de montar inteligentemente várias imagens de câmaras – ultrapassando assim até a nossa própria imagem mental.

Por favor veja o seguinte para leitura adicional sobre este tópico:

• Alta Gama Dinâmica. Como ampliar o alcance dinâmico de câmeras digitais usando múltiplas exposições. Os resultados podem até exceder o olho humano.
• Filtros de Densidade Neutra Graduada (GND). Uma técnica para melhorar a aparência de cenas de alto contraste semelhante a como formamos nossa imagem mental.
• Photo Stitching Digital Panoramas. Uma discussão geral sobre o uso de múltiplas fotos para melhorar o ângulo de visão.