Луна только 60 пикселей?

Проводя исследование зрения, я узнал, что зрение «20/20» соответствует остроте зрения способности распознавать детали размером в 1 минуту, что у большинства людей зрение составляет около 20/15 , и что из-за ограничений физиологии в основном никто не видит лучше, чем 20/10. Это верхний предел разрешения деталей размером около 0,5 угловых минут.

Согласно Википедии, луна имеет ширину около 30 угловых минут, если смотреть ее невооруженным глазом.

Сложите их вместе, и кажется, что при взгляде на Луну невооруженным глазом никто не может увидеть больше деталей, чем было бы видно на изображении Луны размером 60 × 60,

и что средний человек не может видеть больше деталей, чем в версии 40 × 40

Те, которые кажутся такими маленькими на моем мониторе. Неужели это действительно та деталь, которую я могу увидеть на Луне невооруженным глазом?

Это не кажется мне надуманным. Конечно, вы можете быть на несколько пикселей меньше из-за различий между человеческим глазом и монитором компьютера, но порядок величины кажется правильным - детализация ваших изображений при просмотре более или менее соответствует тому, что я вижу, когда я посмотрите на полнолуние

Конечно, вы можете довольно легко это проверить сами: выйдите на улицу темной ночью, когда луна полная, и посмотрите, сможете ли вы заметить невооруженным глазом какие-либо детали, которые не видны (даже при увеличении) на изображении, масштабированном до соответствовать вашему зрению. Я подозреваю, что вы могли бы увидеть некоторые дополнительные детали (особенно рядом с терминатором, если луна не совсем полная), но не очень.

Для более объективного теста мы могли бы попытаться найти ранние карты или наброски Луны, сделанные астрономами до изобретения телескопа, которые, по-видимому, должны представлять собой предел того, что может разрешить невооруженный человеческий глаз. ( Чтобы быть астрономом, в те дни нужно было иметь хорошее зрение.)

Увы, оказывается, что, хотя изобретение телескопа в начале 1600-х годов вызвало настоящий поток лунных рисунков, каждый астроном, начиная с самого Галилея, бросается смотреть на луну через телескоп и рисовать то, что они видели, очень немногие астрономические (в отличие от чисто художественных) рисунки луны известны еще до этого периода. По-видимому, в то время как эти ранние астрономы были заняты составлением удивительно точных звездных карт и отслеживанием планетарных движений невооруженным глазом, никому на самом деле не было важно нарисовать точную картину луны - в конце концов, если вы хотите знать, как выглядит луна, все, что вам нужно было сделать, это посмотреть на себя.

Возможно, такое поведение может быть частично объяснено преобладающими в то время философскими взглядами, которые под влиянием Аристотеля считали небеса царством порядка и совершенства, а не земной коррупцией и несовершенством. Поэтому ясно видимые «пятна» на лице Луны в основном рассматривались как нечто философское смущение - не то, что нужно изучать или каталогизировать, а просто что-то, что нужно объяснить.

Фактически, первая и последняя известная «карта Луны», нарисованная исключительно на основе наблюдений невооруженным глазом, была нарисована Уильямом Гилбертом (1540–1603) и включена в его посмертно опубликованную работу De Mundo Nostro Sublunari . Весьма примечательно, насколько мало деталей на его карте, даже по сравнению с крошечным изображением 40 на 40 пикселей, как показано выше:

^{Слева: карта луны Уильяма Гилберта из проекта Галилео ; Справа: фотография полной луны, уменьшенная до 40 пикселей в поперечнике и обратно до 320 пикселей.}

Действительно, даже эскизы луны, опубликованные Галилеем Галилеем в его знаменитом Сидерее Нунциусе в 1610 году, отличающиеся тем, что основаны на его телескопических наблюдениях, не намного лучше; они показывают мало деталей, кроме как рядом с терминатором, и несколько деталей там, кажется, неточно граничат с причудливым. Возможно, их лучше рассматривать как «впечатления художника», чем как точные астрономические изображения:

^{Зарисовки Галилея Луны, основанные на ранних телескопических наблюдениях, от Сидерея Нунция (1610), через Wikimedia Commons. Немногие, если таковые имеются, изображенные детали могут быть уверенно сопоставлены с фактическими лунными особенностями.}

Гораздо более точные рисунки Луны, также основанные на ранних телескопических наблюдениях, были сделаны примерно в то же время Томасом Харриоттом (1560–1621), но его работа оставалась неопубликованной в течение долгого времени после его смерти. Карта Харриотта фактически начинает приближаться, и в некоторых отношениях превосходит уровень детализации даже 60-пиксельной фотографии выше, показывающей, например, формы Марии относительно точно. Следует, однако, отметить, что он предположительно основан на обширных наблюдениях с использованием телескопа в течение нескольких лунных циклов (позволяя, например, кратерам быть более четко видимыми, когда они находятся близко к терминатору):

^{Слева: лунная карта Томаса Харриота, недатированная, но, вероятно, нарисованная c. 1610-1613, основанный на ранних телескопических наблюдениях, цитируемых Чепменом А. «Новая воспринимаемая реальность: карты Луны Томаса Харриота» , Astronomy & Geophysics 50 (1), 2009; Справа: та же фотография полной луны, что и выше, уменьшенная до 60 пикселей в поперечнике и обратно до 320 пикселей.}

На основании этого исторического экскурса, мы можем , таким образом , сделать вывод , что на 40 пикселя изображения Луны, как показано в приведенном выше вопрос, действительно ли достаточно точно отражают уровень детализации видимым для невооруженного наблюдателя, в то время как 60 пикселя изображения даже соответствует детали уровень, видимый наблюдателю с помощью примитивного телескопа с начала 1600-х годов.

Источники и дальнейшее чтение:

• Копал, Зденек (1969). "Самые ранние карты Луны" . Луна , том 1, выпуск 1, с. 59–66. Предоставлено любезно предоставленной системой астрофизических данных САО / НАСА (ADS).
• Van Helden, Al (1995). "Луна" . Проект Галилео (веб-сайт).
• Статьи в Википедии о Луне и Селенографии .

И да и нет.

Да, это правда, что видимый размер Луны составляет 30 угловых минут. Это правда, что острота зрения большинства людей составляет 1 arcmin. Так что это правда, что если вы возьмете угловой размер мельчайших деталей, которые вы можете видеть на Луне, и поместите кучу из них, выстроенных в ряд, вы можете охватить диаметр Луны всего несколькими десятками. В этом смысле вы правы.

Однако, когда вы пытаетесь воспроизвести ситуацию на экране компьютера, сравнение не удается. Во-первых, глаз не видит в «пикселях». Как и в большинстве оптических систем, есть функция разброса точек , которая берет очень мелкие детали и размазывает их до большего места. Разрешение глаза - это не размер пикселя, а размер кривой колокольчика, выходящей из функции разброса точек, который имеет мягкие края и является круглым, и он везде, и он не зафиксирован.

При сравнении вы сравниваете размер этого большего пятна с размером пикселя на цифровом экране. Но это не то же самое. Сетка пикселей в этих миниатюрах является фиксированной, поэтому все, что попадает между пикселями, теряется навсегда. Псевдоним вмешивается и создает артефакты, которых нет в исходном изображении. Динамический диапазон монитора не совпадает с динамическим диапазоном глаза (глаз намного лучше). Уровни цвета и яркости на мониторе дискретны, тогда как глаз воспринимает их как континуум. Наконец, визуальный центр вашего мозга подобен мощному компьютеру, который применяет интеллектуальные алгоритмы коррекции к живому изображению.

У этого списка нет конца. Суть в том, что все эти эффекты объединяются и позволяют вам воспринимать живое изображение, которое немного более богато, чем те мертвые, замороженные миниатюры, которые вы опубликовали. Не намного лучше, но немного лучше. Не то, чтобы глаз мог «обходить» ограничения, но больше похоже на то, что вы теряете слишком много, когда сжимаете большое изображение в крошечную фиксированную пиксельную сетку на экране компьютера.

Очень сложно воспроизвести реальность на экране компьютера. Гораздо лучшим способом было бы взять изображение Луны размером 2000 на 2000 пикселей, поместить его на большой монитор Super HD и переместить обратно к точке, где видимый размер этого изображения составляет 30 угловых минут. Я знаю, что это не звучит удовлетворительно в контексте вашего исходного запроса, но это гораздо лучшая симуляция.

Подобные проблемы возникают, когда вы пытаетесь сопоставить разрешение любой непрерывной оптической системы (например, телескопа) с фиксированной цифровой сеткой (например, камерой).

Допустим, вы используете датчик с размером пикселя 4 микрона. Допустим, ваш телескоп имеет линейное разрешение в простом фокусе, равное 4 микронам. Вы можете испытать искушение сказать - отлично, датчик соответствует телескопу, верно?

Ну не совсем. Когда это происходит, вы на самом деле теряете немного разрешения. Изображение хорошее, но оно немного мягче, чем на самом деле. Посмотрите ниже изображение Луны, которое я сделал некоторое время назад, с системой, имеющей точно параметры, указанные выше.

Вы можете сказать, что это немного мягко, это не совсем до пикселя. Турбулентность также играет роль, но часть проблемы заключается в том, что линейное разрешение равно размеру пикселя.

Нажмите на изображение ниже и откройте в новой вкладке; если ваш браузер снова уменьшит его до размера окна, щелкните левой кнопкой мыши большое изображение, чтобы увеличить его до полного размера - вы должны сделать это, чтобы увидеть изображение в полном разрешении и заметить эффекты, о которых я говорю. Нечеткость не видна на этой маленькой версии здесь:

Один из способов обойти это явление, например, взорвать изображение в телескоп с грохотом, пока линейное разрешение в основном фокусе не станет намного больше, чем размер пикселя камеры, может быть, в 4 раза больше. Вы делаете всю свою обработку, а затем уменьшаете ее, если хотите, и вы получите более четкое изображение. Объедините его со сложением нескольких кадров, и общее качество может приблизиться к 100% теоретической производительности телескопа.

TLDR: Непрерывные оптические системы и дискретные сетки пикселей - это очень разные вещи, и их нелегко сравнить.

Когда вы смотрите на луну «вживую», вы не видите неподвижного изображения. Вы видите «видео»: ваша сетчатка собирает несколько изображений с течением времени. Эти пиксели должны быть приняты во внимание; они составляют дополнительные пиксели.

Предположим, что изображения с разрешением 60x60 пикселей снимаются сценой с помощью установленной на штативе камеры, которая слегка дрожит. Из нескольких изображений может быть восстановлено изображение с более высоким разрешением.

Вы когда-нибудь замечали, как резкое видео может выглядеть размытым при паузе или шаг за шагом?

Кроме того, следует помнить, что пиксель - это не единица информации; нет, если вы не укажете, сколько бит кодирует пиксель. Предположим, вы выбрали 60х60 точек, но с непрерывным разрешением по амплитуде и нулевым шумом. Изображение 60x60 пикселей затем содержит бесконечную информацию (хотя, конечно, его способность разрешать смежные детали все еще ограничена).

После всех этих астрономических ответов я добавлю компьютерный.

Пиксели не одинаковы на всех мониторах. Возьмите монитор 1990-х и возьмите новейший экран смартфона, 60 пикселей не будут такими же.

Как вы рассчитали размер пикселя в соответствии с точностью зрения?