GfO: Richtig Kucken

Hauke hat es angesprochen und Daniel auch . Und immer wieder lese ich es auf “Fotoseiten”: Das Auge wäre Sensoren sooo toll überlegen, weil man ja extrem helle Szenen sehen könne und auch selbst bei Sternenlicht….

Nein.

Unser Sensor ist lausig. Die im verlinkten Artikel verblubberten 20EV HDRs sind völliger Unsinn. Von den 22 Megapixeln ganz zu schweigen.

Unsere Zapfen (also die Farbpixel) haben einen Dynamikumfang von 7 EV.

Im Zentrum unseres schärfsten Sehens haben wir 40.000 Pixel. Vor allem Farbpixel. Wenn es dunkel wird, verlieren diese Farbpixel die Funktion (daher “Zapfenstreich”) und wir haben nur noch Stäbchen. Schwarz/weiß. Aber blöderweise nicht im Zentrum des schärfsten Sehens. Deshalb haben wir ein Problem, einen bestimmten Stern mit dem Auge zu fixieren – damit wir ihn sehen, müssen wir knapp daneben kucken.

Die restlichen Pixel sind auf einem gewölbten Sensor angebracht und zeigen deshalb ziemlich viel unscharf. Vor allem bei schlechtem Licht, wenn wir die Blende (Pupille) aufmachen müssen.

Die Brennweite des Linsensystems, das wir im Auge haben, ist so grob 20mm. (es gibt eine innere Brennweite von 23mm und eine äußere Brennweite von 17mm) Die Pupille macht zwischen 1,5 und 8mm auf, bei älteren Personen um die 6mm. (Deshalb haben ältere Personen mehr “Lichtbedarf” beim abendlichen Lesen.) Grob ist das Blende 2,8 bis Blende 13. Also grob noch mal 4,5 EV

Gesamt 11,5EV Dynamikumfang, den wir sehen können. Ältere Menschen können nur noch bis Blende 3,2 oder 3,5 aufblenden und liegen deshalb bei knapp unter 11 EV Gesamtdynamikumfang. Das ist ziemlich genau das, was in ein RAW reinpasst.

Unser Hirn verarbeitet die Informationen aus dem scharfen Zentrum als Information zum Aufbau eines dreidimensionalen Modells unserer Umgebung. Unser C-AF ist sehr schnell, so dass wir eigentlich – so wir nicht fehlsichtig sind – laufend ein scharfes Bild unserer Umgebung im Kopf haben. In unserem Kopf gibt es kein Bokeh, keine unscharfen Bildteile, keine “Freistellung”: Unser Auge scannt dauernd die Umgebung und fährt bei diesem 3D-Modell “Updates”. Das macht das Auge natürlich nur dort, wo was Interessantes passiert. Wo der Säbelzahntiger im Gebüsch raschelt, zum Beispiel. “Zauberkünstler” machen sich genau das zunutze, indem sie unser Gehirn im entscheidenden Moment ablenken und das “Update” an der “falschen Stelle” gemacht wird und das 3D-Modell an anderen Stellen, die wir eigentlich durchaus sehen könnten, mit “veralteten Daten” arbeitet.

Das 3D-Modell in unserem Hirn hat eine Auflösung von etwa 5MP. Mehr können wir nicht im Kopf zusammenbauen. Wir haben zwar mehr Sehzellen, die werden aber nur dafür benötigt, Bewegung aus den Augenwinkeln wahrzunehmen. (Mammut von rechts….) Scharf sehen geht damit nicht. Wir erhalten auch nicht tatsächlich die Info “Mammut von rechts” – sondern “großes, graues Ding bewegt sich rechts”. Erst wenn wir hinkucken, sehen wir, ob das ein LKW, ein einstürzender Neubau oder ein Mammut ist.

Wie kommen die dann aber auf 20EV Dynamikumfang? Tscho. In unserem Auge gibt es noch einen Regler: Die Produktion des Sehpurpur. Wir haben ja keine Photodioden im Kopf, sondern Zellen, die eben Sehpurpur produzieren. Der zerfällt bei Lichteinfall und löst einen chemischen Reiz aus. Wenn dieser Farbstoff in großen Mengen produziert wird, braucht es weniger Licht, um den gleichen Reiz auszulösen als bei geringer Produktion. Das Ankurbeln der Produktion von Sehpurpur – aka “Anpassung des Auges an die Dunkelheit” – dauert bis zu 40 Minuten, umgekehrt kann die Produktion innerhalb von Sekunden gestoppt werden. (Zum Beispiel bei einer Blendung.)

Selbst das reicht nicht. Es gibt noch einen weiteren Regler, der die Geschichte mit dem Mond und dem Wald von Daniel erklärt:

Das Auge hat eine Art einstellbaren Signalwiderstand. Wenn die Reizstärke der Sehzelle kurzfristig sehr stark ansteigt, kann innerhalb von 1/20s der Pegel am Ausgang der Nervenzelle begrenzt werden. Mit dieser elektrischen Lösung können innerhalb von 0,2 Sekunden weitere 5EV Dynamikumfang abgebildet werden.

In Summe haben wir also:

• Pupille: 4,5EV,
• Zapfen: 7EV,
• Signalbegrenzung: 5EV
• Sehpurpur (High ISO) (dafür habe ich keine genaue EV-Angabe)

Wichtig: Das ist der gesamte Dynamikbereich, der mit der Kombination Auge, Reizleitung abbildbar ist. Ähnlich eines Kamerasystems inklusive Objektiv, Multishot und anschließender HDR-Nachbearbeitung am Computer.

Jedes einzelne “Bild”, das das Auge macht (etwa 70 Stück davon in der Sekunde) hat eine vergleichsweise geringe Auflösung und eine Dynamik von lediglich 7EV. Durch die Veränderung der Blende, der Signalbegrenzung und des Sehpurpur kann das nächste Bild im Endeffekt ein Art “Bracketing” sein. und einen anderen Bereich des Kontrastumfanges des Bildes abbilden. Aber wieder nur 7EV.

Das was wir “sehen” ist also eigentlich komplett GBV (Gehirn-Bild-Verarbeitung) um mit den Beschränkungen von Linse, Pupille und Sensor klarzukommen.

Bilder: HDRs aus Norwegen, oben ein Gästehaus aus dem Mittelalter, unten die Nordkaphalle, als da noch ne Kneipe drin war. (Vielleicht ist sie das jetzt auch wieder….) Unten: Links Toshiyuki Terada, damals Leiter Kameraentwicklung bei Olympus. Foto: Nils Häußler