מחקר חדש מצביע על מגבלת הרזולוציה האמיתית של הראייה האנושית, ומראה שהעיניים שלנו כבר ממקסמות את הפרטים הרבה לפני שמסכי ה-8K האחרונים מגיעים למלוא הפוטנציאל שלהם.
מחקר: מגבלת רזולוציה של העין – כמה פיקסלים אנחנו יכולים לראות? קרדיט תמונה: Only_NewPhoto/Shutterstock.com
ככל שהמסכים הניידים ממשיכים להתקדם, רזולוציית הפיקסלים המקסימלית של העין הפכה למבחן החדש, שכן שיפורים מעבר לנקודה זו אינם משפרים את חווית הצפייה. מחקר שפורסם לאחרונה ב תקשורת טבע קבע את הרזולוציה של מערכת הראייה האנושית באמצעות מערך ניסוי חדש.
מָבוֹא
"רזולוציית הרשתית" מתייחסת לגבול העליון של תפיסת העין האנושית. ככל שטכנולוגיית תצוגה מודרנית מתקרבת לסף זה, ייתכן שהוספת פרטים נוספים בתמונה כבר לא תשפר את האיכות החזותית. המחקר הנוכחי נועד להגדיר את מגבלת רזולוציית התצוגה.
מחקר קודם זיהה מרכיבים שונים של רזולוציית הרשתית. מחקרים קודמים התמקדו בסטיות אופטיות, חפצים נעים, הבחנה בין צורות או חדות ראייה בבידוד.
לעומת זאת, מחקר זה נוקט בגישה הוליסטית. בנוסף למציאת מגבלת הרזולוציה לתצוגה באיכות גבוהה, הוא גם בוחן כיצד משתנה הרזולוציה על פני הרשתית וכיצד שינויים תלויי צבע משפיעים על החדות החזותית ברמות תאורה זהות.
רזולוציית העין תלויה בגורמים עצביים ואופטיים, כגון סוג הגירוי, צבע, בהירות ותנועה, והיכן התמונה נופלת על הרשתית. האינטראקציה של גורמים אלו מורכבת ובלתי צפויה כאחד.
למשל, השכבות השונות של העין מפזרות את האור הנופל עליה. נוכחותם של פגמים במשטח הקרנית, המכונה סטיות אופטיות, גורמת לאור להתמקד בצורה לא מושלמת ברשתית. עקיפה של אור דרך חריץ האישון מגבילה גם את התדירות המקסימלית של הרזולוציה.
הלינה היא תהליך אופטי שבו עדשת העין מתאימה את הקימור שלה כדי למקד תמונות ברשתית. שגיאות בתהליך זה גורמות לשינוי מגבלת הרזולוציה במרחקי צפייה שונים. רזולוציית הרשתית מושפעת גם מהתפלגות לא אחידה של קולטני צילום ותאי גנגליון ברשתית. ה-fovea, עמוסה בצפיפות בתאי חרוט המזהים צבע ופרטים עדינים, מציעה את הראייה החדה ביותר, בעוד שהרזולוציה פוחתת לכיוון הפריפריה, שם החרוטים הופכים פחות מרוכזים.
כל ניסוי המבקש להגדיר את רזולוציית הרשתית צריך לספק רזולוציה מבוקרת באופן רציף ומדויק של הגירוי המוצג. בלי זה, אי אפשר להצביע על הנקודה המדויקת שבה העין יכולה לקלוט תמונה בצורה חדה ללא טשטוש מורגש.
הרזולוציה של תמונה בתצוגה אלקטרונית מוגבלת על ידי הרזולוציה המובנית שלה, אותה ניתן לשנות כלפי מטה רק כגרסאות של מספר שלם של מספר זה. רזולוציות ביניים, לפיכך, דורשות דגימה דיגיטלית מחדש; עם זאת, זה גם משנה את תדירות הגירוי.
הניסוי הנוכחי משתמש בצג הזזה ממונע כדי להזיז את התמונה לכיוון הצופה או הרחק ממנו, ומייצר בקרת רזולוציה מתמשכת. המדידות בוצעו במשקפת, תוך מתן ייצוג נטורליסטי יותר של ראיית העולם האמיתי וניצול השפעות הסיכום המשקפת. זהו שידור חוזר של מחקר ישן בהרבה של ורטהיים (בשנת 1894), שהשתמש בסורגי תיל כדי לקבוע את הירידה היחסית ברזולוציה במקומות פרפוביים שונים.
המערך הנוכחי השתמש בטכנולוגיה מתקדמת כדי לספק ספים התנהגותיים של רזולוציה חזותית תוך שימוש בשיטות פסיכופיזיות אמינות. החוקרים מדדו את רזולוציית ה-foveal עבור תמונות בשחור-לבן (אכרומטי) וכרומטי (אדום-ירוק וצהוב-סגול) באקסצנטריות של 10° ו-20° מה-fovea. הם הביעו את הרזולוציה הגבוהה ביותר שזוהתה על ידי העין במרחקים שונים מה-fovea בפיקסלים לכל דרגת אקסצנטריות (מה-fovea), או ppd.
ביצוע של מערך הניסוי. התצוגה יכולה להחליק על מסילות לכיוון המתבונן או ממנו.
ממצאי המחקר
היסטורית, בהתבסס על חדות הראייה 20/20 המדורגת הגבוהה ביותר בטבלת חדות הראייה הנפוצה של Snellen, רזולוציית 60 ppd נחשבה לאידיאלית עבור תצוגות. עם זאת, לצעירים עם ראייה תקינה יש בדרך כלל ראייה טובה מ-20/20.
הדור השביעי של Apple iPad Pro משתמש ב-65 פיקסלים לכל מעלות (ppd) במרחק צפייה מינימלי של 35 ס"מ. לעומת זאת, ניסוי זה הדגים רזולוציה גבוהה יותר. ב-fovea (אפס אקסצנטריות), הרזולוציה הממוצעת של האוכלוסייה לתמונות בשחור-לבן הייתה 94 עמודים לשנייה. רזולוציות בודדות היו גבוהות עד 120 עמודים לשנייה.
עבור ראייה כרומטית, מגבלת רזולוציית הרגל הייתה 89 ppd עבור דפוסי אדום-ירוק ו-53 ppd עבור דפוסים צהוב-סגול. בהתרחקות מה-fovea, מגבלת הרזולוציה ירדה הרבה יותר עם תבניות אכרומטיות מאשר עם תבניות אכרומטיות. הדמיון בין אדום-ירוק לרזולוציה אכרומטית משקף ככל הנראה את הכללת שני מסלולי הצבע ולא את הבידוד של מנגנונים כרומטיים ספציפיים.
תוצאות אלו מספקות מסגרת לפיתוח תצוגות חזותיות יעילות וחסכוניות יותר. לדוגמה, ברגע שרזולוציות התצוגה מגיעות לסף הזה, עליות נוספות מביאות תועלת תפיסתית זניחה לרוב הצופים.
יישום נוסף הוא דחיסת וידאו, כאשר מידע זה יכול לשמש להפחתת רזולוציית הצבע תוך שמירה על רזולוציה אכרומטית. זה ישמור על איכות התמונה תוך הפחתת כמות הנתונים המאוחסנת.
באופן מסורתי, רזולוציה כרומטית מופחתת פי שניים מהאכרומטית, בהנחה שהעין פחות רגישה לניגודיות צבע בתדרים גבוהים. מחקר זה מראה שזה חל רק על מסלולי הצבע הצהוב-סגול אך לא על מסלולי הצבע האדום-ירוק. זה תואם את ההשערה שהעין האנושית רגישה ביותר לצבעים אדומים-ירוקים באותם תנאי אור.
שוב, הירידה ברזולוציה לכיוון הפריפריה עבור גירויים כרומטיים מחזקת ומרחיבה את השימוש בטכניקות כמו רינדור מוקדם או דחיסה מוגברת, ועוזרת לחסוך בעלויות חישוב ורוחב פס על ידי הפחתת רזולוציה כרומטית אך לא אכרומטית, הסרת פרטים בלתי נראים לשיפור ביצועי הקידוד.
החוקרים דגלו גבולות רזולוציה על פני אוכלוסייה, והדגימו שונות אינדיבידואלית גדולה, במיוחד בראייה היקפית. המודל ההסתברותי שלהם מאפשר למעצבים למקד תצוגות "רזולוציית רשתית" לאחוז רצוי של משתמשים (לדוגמה, 95% במקום לצופה הממוצע).
המדענים דגלו עוד התפלגות הסתברות ברמת האוכלוסייה וחקרו כיצד מגבלת הרזולוציה באה לידי ביטוי בחיים האמיתיים לגבי מרחקי צפייה וחוויות תצוגה. התוצאות הדגימו שונות באוכלוסיה, במיוחד במיקומים אקסצנטריים ברשתית, וסייעו בעיצוב ממשקים חזותיים רלוונטיים עבור רוב האנשים.
ממצאים אלה מספקים גם בסיס פוטנציאלי לעדכון הנחיות קיימות המבוססות על הנחת מרחק צפייה. לדוגמה, תמונות טלוויזיה בעלות פירוט גבוה במיוחד (8K, או פי שמונה ברזולוציה הרגילה) אינן מעניקות יתרון צפייה בהשוואה לתמונות 4K מעבר למרחק של 1.3 גבהי תצוגה. מעבר למרחק הזה, העין לא מצליחה לקלוט פיקסלים נפרדים.
המחקר מדד חדות דו-עינית, תוצאה טבעית יותר מאשר חדות חד-עינית. בסך הכל, הוא מאשר ממצאים מוקדמים יותר ממחקרי רזולוציה ומשפר את היקפם על ידי הכללת מערכת הראייה כולה בהערכה.
יש לציין כי זה לא היה ניסוי מכניסטי אלא ניסוי בעל אוריינטציה מעשית שמטרתו להגדיר את תגובת מערכת הראייה האנושית למרחקי צפייה ולרזולוציות שונות, ובכך לקבוע את גבול הרזולוציה האפקטיבית לראייה אנושית.
הורד את עותק ה-PDF שלך עכשיו!
התוצאות שלנו מספקות אמות מידה כמותיות לפיתוח תצוגה, עם השלכות על טכנולוגיות הדמיה, רינדור וקידוד וידאו עתידיות.
