Che differenza c’è tra una macchina fotografica e l’occhio umano?

Qual è il valore ISO dell’occhio umano?

Ho trovato su Internet un articolo di Haje Jan Kamps davvero molto interessante intitolato
The differences between your eyes and your camera – Or: What is the ISO of a human eye?
e ne sono rimasto affascinato! Finalmente qualcuno ha aggregato tutta una serie di informazioni, le ha messe in un articolo, e mi ha tolto una miriade di curiosità e risposto a quelle domande che a volte mi venivano in mente ma a cui nessuno è riuscito a rispondere.

Fotocamera e occhio umano: similitudini

Per meglio capire la risposta a questa domanda iniziamo col parlare di similitudini e differenze nel modo di operare di un’occhio e di una fotocamera.

Messa a fuoco: sia l’obiettivo di una fotocamera che l’occhio umano mettono a fuoco un’immagine capovolta su una superficie sensibile alla luce. Nel caso di una fotocamera, questa viene messa a fuoco su una pellicola o su un sensore. Nei nostri occhi, la superficie sensibile alla luce è la retina, che si trova all’interno del bulbo oculare.

Regolazione dell’esposizione: sia l’obiettivo di una fotocamera che l’occhio umano sono in grado di regolare la quantità di luce che passa attraverso di loro. Nella fotocamera questo avviene attraverso il controllo dell’apertura implementato all’interno dell’obiettivo, mentre l’occhio allarga o restringe l’iride.

Fotocamera e occhio umano: differenze

Misurazione della luminosità assoluta e soggettiva: detto in maniera semplice, l’occhio umano è un dispositivo soggettivo. Questo significa che i nostri occhi lavorano in armonia con il nostro cervello per creare l’immagine che percepiamo: gli occhi regolano il focus (curvando la luce attraverso il cristallino nel bulbo oculare) e traducono i fotoni in un impulso elettrico processabile dal cervello.
Da qui in avanti è tutto gestito dal cervello, che regola continuamente il bilanciamento del colore a seconda del contesto luminoso. In altre parole, i nostri occhi sanno cosa deve essere visto, e con quale colore.

Una fotocamera, invece, è un dispositivo di misuramento assoluto: misura la luce che colpisce una serie di sensori. Il sensore però è “stupido”, pertanto i segnali registrati hanno bisogno di venire regolati per adattarsi alla temperatura del colore della luce che illumina la scena.

Messa a fuoco: in una macchina fotografica, la lente si muove più vicino / più distante dal sensore per mettere a fuoco. Nei nostri occhi il cristallino cambia forma: i muscoli negli occhi cambiano la forma del cristallino all’interno dell’occhio stesso.

Sensibilità alla luce: una pellicola (o il sensore stesso) è sensibile alla luce in maniera uniforme. La retina non lo è, perciò (per quanto concerne la qualità di un’immagine e la capacità di catturarla), i nostri occhi hanno una maggiore sensibilità in luoghi bui rispetto ad una fotocamera tipica.

Ci sono situazioni di luce che le fotocamere digitali attuali non sono in grado facilmente di cogliere. Le fotografie infatti possono venire sfocate o piene di rumore digitale.

Il nostro occhio come una fotocamera

Per somme righe, vediamo come ognuno dei componenti dell’occhio umano sia comparabile all’equivalente nella fotocamera:

La cornea

La cornea si comporta pressapoco come la parte frontale di un obiettivo. Insieme al cristallino, che si trova dietro l’iride, sono gli elementi di messa a fuoco dell’occhio. La cornea raccoglie i raggi divergenti di luce, e li “convoglia” attraverso la pupilla.

L’iride e la pupilla

L’iride e la pupilla agiscono insieme come il sistema di apertura della fotocamera.
L’iride è il muscolo che, se contratto, copre tutto eccetto una piccola porzione del cristallino al centro, e consente di controllare la quantità di luce che passa attraverso l’occhio di modo che l’occhio possa lavorare bene in una grande varietà di condizioni di visibilità, dalla quasi totale oscurità alla luce forte.

La retina

Infine la retina è il sensore che si trova proprio alla fine dei nostri occhi, e si comporta più o meno come il sensore della fotocamera digitale. La retina possiede numerose neuroni  fotoricettori (non me ne vogliano i puristi della medicina oculistica, sorry: se potete precisare qualche concetto, fatelo nei commenti! Grazie!) che aiutano a convertire i raggi di luce in impulsi elettrici, e li rimandano attraverso il nervo ottico al cervello dove l’immagine (di ciò che vediamo) è infine ricevuto e percepito.
Grazie a questa funzione di ricezione e percezione, la retina è quindi il componente più importante dei nostri occhi: se è danneggiata, non importa quanto tutto il resto sia di ottima qualità: noi non riusciremmo a ricevere immagini di buona qualità.

Cos’è il valore di ISO e perché è così importante?

L’ISO è il numero che indica la sensibilità alla luce di un sensore d’immagine. Viene misurato in numeri (come 50, 100, 800, 6400) e più basso è più indica un sensore meno sensibile alla luce e pertanto meno “rumoroso”. Più rumorosa è un’immagine, più la grana della stessa sarà visibile all’occhio umano.

Per capire di cosa stiamo parlando, se il sensore è sensibile a 100 ISO significa che uno a 400 ISO avrà bisogno soltanto di 1/4 della quantità di luce per raccogliere le stesse informazioni… il tutto a discapito di un po’ di rumore in più.

Come si può capire quale sia il valore di ISO del nostro occhio?

Il vero problema dell’occhio umano è che, a differenza di pellicole e sensori, non ha un livello definibile degli ISO. Ad ogni modo, i nostri occhi sono in grado di regolare in maniera naturale i livelli di luce anche quando ci si trova in condizioni di luminosità critiche. E questo è il loro asso nella manica.

Dopo circa 15 secondi in basse condizioni di luminosità, infatti, il corpo umano aumenta i livelli di rodopsina nella retina. Nella successiva mezz’ora nell’oscurità, i nostri occhi diventano sempre più sentibili arrivando a diventare anche 600 volte più sensibili di notte che di giorno.

Insomma, l’occhio umano è la migliore macchina fotografica automatica in circolazione. In ogni istante, quando cambiamo l’oggetto che visualizziamo, l’occhio (e la retina) regolano tutto quanto serve per compensare e rendere l’immagine percepita, al meglio.

Oltre a tutto questo, un’altra cosa davvero stupefacente è il dynamic range dell’occhio umano: un uomo può vedere oggetti illuminati soltanto dalle stelle, oppure durante il più luminoso dei mezzogiorni! La differenza tra i due estremi infatti è pazzesca: in piena luce, un oggetto riceve un quantitativo di luce per qualcosa come 1.000.000.000 di volte in più rispetto a uno in piena notte!
E noi riusciamo a vedere in entrambi i casi: meraviglioso!

E quindi? Alla fine della fiera?

L’occhio umano è estremamente valido nel gestire le immagini quando illuminate da una forte luce, quindi diventa insignificante parlare di “rumore” poiché il cervello umano semplicemente “completa e corregge” i problemi che incontrano gli occhi.

Il punto cieco: affascinante!

Basti pensare a come, in ogni momento, l’occhio corregga il problema del punto cieco. Se non l’avete mai fatto, fate il test per trovare il vostro punto cieco!

Calcoliamo l’ISO degll’occhio umano, allora!

Diciamo che 25 ISO sia il valore minimo dei nostri occhi durante una giornata di sole bella luminosa. Prendiamo 25 perché è il valore più basso di ISO per una pellicola che si può recuperare in giro, per ottenere quasi nulla di rumore digitale e altissima qualità dell’immagine.

Consideriamo che i nostri occhi diventano 600 volte più sensibili nell’oscurità, moltiplicando il valore per 25 otteniamo 15.000. Se, come invece accade nelle fotocamere digitali comuni, il valore ISO minimo è di 100, possiamo dire che il nostro massimo ISO ipotetico sia intorno a 60.000!

Su questo, le macchine ci battono: una Nikon D3S può fare foto fino a un valore ISO di 102.000: guarda gli esempi. Per carità… niente di comparabile con quello che potremmo vedere noi (il quantitativo di rumore generato è terribile). Però… tutto questo mi/ci dà da pensare..

Pensi ci sia qualcosa da aggiungere, o precisare?

Spero che questo articolo, sebbene soltanto una traduzione, ti sia interessato! Fammelo sapere con un commento! Lasciane uno anche solo se credi ci sia da aggiungere o precisare qualcosa, chiaramente.. Potremo dare a chi lo leggerà un’informazione ancora più dettagliata..

Grazie, Haje Jan Kamps (Disclaimer)

Preciso ovviamente che questa è una libera traduzione dell’articolo che trovate linkato, e che non ho alcun diritto sullo stesso. Né tantomeno sono un oculista o un dottore quindi prendete perlomeno la terminologia medico-anatomica con le pinze.

Questo post vuole essere un’agevolazione per chi si pone le stesse domande, e cerca le risposte in italiano! Un sentito grazie all’autore del post originario.

Enjoy your new optical ISO..
Marco

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marcofama

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