Реалната граница на разделителната способност на човешкото око

Ново проучване определя истинската граница на разделителната способност на човешкото зрение и показва, че очите ни достигат максималната си способност да различават детайли много преди най-новите 8K екрани да разгърнат пълния си потенциал. С развитието на дисплеите максималната пикселна разделителна способност на окото се превърна в ключов ориентир, тъй като подобренията отвъд този праг вече не водят до по-добро зрително изживяване. Неотдавнашно изследване, публикувано в Nature Communications, използва нова експериментална методика, за да определи тази граница.

Терминът „разделителна способност на ретината“ описва най-високото ниво на детайлност, което човешкото око може да възприеме. Съвременните дисплеи се доближават до този предел и след определена точка увеличаването на резолюцията не подобрява качеството на възприятието.

Предишни изследвания са разглеждали отделни аспекти като оптични аберации, движение, разпознаване на форми или зрителна острота. Настоящото проучване подхожда цялостно и изследва както максималната резолюция при идеални условия, така и промените в различните части на ретината и влиянието на цветовете при еднаква осветеност.

Разделителната способност на окото зависи от множество оптични и невронни фактори. Видът на изображението, цветът, яркостта, движението и мястото, върху което светлината попада, взаимодействат по сложен начин.

Светлината се разсейва в различните слоеве на окото, а несъвършенствата в роговицата водят до леко размазване.

Отворът на зеницата ограничава максималната честота на детайлите.

Процесът на фокусиране може да внася грешки при различните разстояния на гледане.

Разпределението на светлочувствителните клетки също е ключово. Фовеята е най-гъсто населена с клетки, които възприемат цвят и фини детайли, докато периферията има по-ниска плътност и съответно по-ниска разделителна способност.

За да се определи реалната граница на зрителната резолюция, е необходимо изображението да може да се променя плавно и прецизно. Обикновените дисплеи позволяват промяна само на цели стъпки в резолюцията, което затруднява точните измервания.

Цитираният експеримент използва моторизиран плъзгащ се дисплей, който се приближава или отдалечава от наблюдателя и така осигурява непрекъснат контрол върху видимата резолюция. Измерванията са извършени с двете очи едновременно, което е по-близко до реалното зрение и позволява използването на бинокулярното сумиране.

Изследването е модерна версия на стар експеримент на Вертхайм от 1894 г., който използва телени решетки за измерване на резолюцията в различни части на зрителното поле.

Изследването използва съвременни технологии и надеждни психофизични методи. Изследователите измерват резолюцията във фовеята за черно-бели и цветни изображения (червено-зелени и жълто-виолетови), както и на 10 и 20 градуса от центъра на зрението. Резултатите са изразени в пиксели на градус (ppd), което позволява сравнение между различни разстояния и условия.

Реалната граница на резолюцията е определена чрез постепенно увеличаване на видимата честота на детайлите, докато участниците вече не могат да различат отделните елементи на изображението. Този подход позволява да се установи точният момент, в който изображението започва да изглежда размазано, независимо от физическата резолюция на дисплея.

Въз основа на зрителна острота 1.0, се приема, че около 60 ppd са достатъчни за идеално изображение. Но младите хора с нормално зрение често имат по-добра острота от 1.0. Например Apple iPad Pro (седмо поколение) използва 65 ppd при минимално разстояние на гледане от 35 см. Настоящият експеримент обаче показва по-високи стойности. Във фовеята средната резолюция за черно-бели изображения е 94 ppd, а при някои участници достига 120 ppd. За червено-зелени изображения границата е 89 ppd, а за жълто-виолетови 53 ppd. Извън фовеята резолюцията спада значително повече при цветните изображения, отколкото при черно-белите. Приликата между червено-зелената и черно-бялата резолюция вероятно се дължи на това, че и двата вида информация се обработват по сходни зрителни пътища.

Тези резултати дават основа за разработване на по-ефективни и икономични дисплеи. След достигане на определени прагове увеличаването на резолюцията носи минимална полза за повечето потребители. Информацията е полезна и за видео компресията, тъй като позволява намаляване на цветната резолюция без видима загуба на качество, особено в жълто-виолетовия диапазон. Традиционно цветната резолюция се намалява два пъти повече от черно-бялата, но това изследване показва, че това важи само за жълто-виолетовите, а не за червено-зелените цветове.

Спадът на резолюцията към периферията подкрепя използването на техники като фовеирано рендиране, които намаляват изчислителните разходи, като понижават резолюцията там, където окото не различава детайли. Изследователите създават и модел на вариациите в популацията, който позволява проектиране на дисплеи, оптимизирани за определен процент потребители, а не само за средния. Моделите показват значителни индивидуални различия, особено в периферното зрение, което е важно при разработването на интерфейси, използвани от широка аудитория.

Проучването показва и как тези граници се проявяват в реални условия. Например телевизионни изображения с изключително висока детайлност като 8K не дават предимство пред 4K при гледане от разстояние около 1.3 височини на екрана, тъй като окото не може да различи отделните пиксели. Изследването измерва бинокулярната острота, която е по-близка до реалното зрение от монокулярната, и потвърждава предишни резултати, като ги разширява чрез включване на цялата зрителна система в оценката. То е ориентирано към практическото определяне на реакцията на човешкото зрение при различни разстояния и резолюции и така определя ефективната граница на разделителната способност.

Получените данни са ценни за бъдещите технологии за дисплеи, рендиране и видео кодиране и дават количествени ориентири за разработването на визуални системи, съобразени с реалните възможности на човешкото зрение.

Източник: news-medical.net