人眼的夜盲和相機的夜間噪點是否有呈像原理上的類似? | 知乎問答精選

 

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人眼的夜盲和相機的夜間噪點是否有呈像原理上的類似?

2019年04月16日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 9 ℃ 次

【曹粲的回答(13票)】:

夜盲和相機噪點兩個原理完全不同,基本沒有相似的地方。非要說相關,那就是都發生在弱光環境裡。

夜盲症主要是在黑夜或是光線較弱的條件下,人眼看不清。夜盲症的直接原因是視網膜色素變性,或者是視網膜桿狀細胞(視桿細胞)的先天發育不良或後天病變,如人體製造視紫紅質的原料之一維生素A的不足導致的。

人眼的視網膜其實是個多層結構,如下圖:(Photoreceptor cell)

其中最關鍵的把環境中的光信號轉為可以傳輸給大腦識別的電信號的生物化學過程發生在感光細胞裡。人眼有兩大類感光細胞:錐狀細胞(cones, 上圖中灰藍色帶個圓錐形帽子的細胞就是它們)和桿狀細胞(rods,上圖中綠色帶個桿兒的細胞們)。這兩種細胞在視網膜中分佈如下(The Rods and Cones of the Human Eye):

錐狀細胞分辨率高,大都分佈在視網膜的中央凹附近,一個人眼大概有6、7百萬個視錐細胞。具體又分三種不同的視錐細胞,分別感知短波、中波、長波的可見光頻率,所以錐狀細胞有分辨顏色的本領。視錐細胞這三種細胞的任何一種缺失,都會導致某種色盲症。

桿狀細胞分辨率低,分佈在環側,數量遠遠多於錐狀細胞,正常人眼大概有1億兩千萬個桿狀細胞。視桿細胞不能區分顏色,但是感光度比視錐細胞高1000倍左右,事實上,已經過暗適應的人眼桿狀細胞,甚至可以探測幾個、甚至單個光子,這種靈敏度完爆號稱使人「窮三代」的各種單反,只有特殊設計的、較昂貴的暗光相機能達到這個靈敏度。暗光條件下,主要就是視桿細胞起作用,也因此黑暗中,人眼不能區分顏色,只能區分灰度。

如果人眼的視桿細胞有先天或後天的病變,那麼在弱光條件下,是不能夠看清楚的,會造成夜盲。其實如果真的在超級暗的環境裡,比如在遠郊區晚上周圍沒有任何燈光,甚至沒有月光的小屋裡,正常人眼要適應這個環境,讓桿狀細胞充分發揮暗光探測的作用,也是需要20分鐘到半個小時左右的暗適應時間來過渡的。

夜盲也有可能是由於視網膜色素變性(Retinitis pigmentosa)。這個病多受遺傳影響,隨年紀增大逐步惡化。如果這個病從視網膜的邊緣開始,那麼由於桿狀細胞在視網膜周邊,會首先受影響,而導致夜間視力下降。

其他如某些藥物(比如治療精神分裂的吩塞秦)刺激、視網膜脫落、白內障等等也都會導致夜間視力下降。

相機噪點是圖像缺陷的一種。圖像質量由快門速度、光瞳大小、和探測器感光度三者協同決定。一般的噪點是由於暗光條件和曝光時間不足一起導致的。

感光度的不同,導致的成像差別,如下圖(digitaltrends.com/photo),左側感光度低,曝光時間長,成像清晰;右側感光度高,曝光時間短,但是噪點明顯。

具體的噪點成因,包括由於電路中電子或光路中的光子數量太少而導致的散粒噪聲(shot noise),散粒噪聲的信噪比為

, 所以圖像光越強,光子數

越大,信噪比越高;與之相對光越弱,信噪比越低,噪點越明顯。 噪點也可能是由電路中不可避免的熱噪聲、半導體缺陷、製作工藝的不足等等導致的。

如果對比人眼的話,即使是正常人眼在弱光環境中,也會由於光信號太弱也會出現類似噪點的視覺。這個是由於光子的粒子性決定的,與探測器是照相機還是人眼無關。但夜盲更像是探測器在光信號低於某一閾值就不再正常工作的情形。

如果有由於缺維生素A而導致的夜盲症,可以多吃含維生素A的食物,如動物肝臟、魚油、奶製品等,或直接吃維生素A片兒。胡蘿蔔素也可以在人體內轉為維生素A,所以也多吃吧。

【十萬嬉皮的回答(0票)】:

夜盲是接受的光不夠。噪點是因為光不夠,就增加感光度,導致接收到的無用射線過多,強於所需的光線。

標籤:-生物學 -相機 -光學 -視覺 -人眼


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