人眼有5億多像素?別扯了,其實還不如第一代iphone

網上有一種說法:人眼有5.76億像素,秒殺一眾手機和單反,是最強大的相機。人馬君初聞此說法時,著實驕傲了一把,不由得雙手合十,感謝造物主賜予我如此強大的能力!然而經過一番考證才發現,5.76億像素的眼睛,簡直是“鈦合金寫輪眼”,大概只能長在外星人身上吧。那麼人眼真實的像素數到底有多少呢?且聽人馬君細細道來。

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我們的眼睛

5.76億像素的由來

5.76億像素據說是這麼來的:根據資料,人眼平均的角分辨率是0.59角分,也就是能看清0.59角分範圍內的線對,相當於同一方向上的兩個像素,因此認為人眼的一個像素寬度為0.3角分。而單隻眼的橫向視角是120°,除以0.3角分,得到橫向上有24000個像素。假設人眼的感光區域是正方形,那麼總像素數就是24000×24000=576000000,各位看官是不是覺得很簡單?

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”寫輪眼“

但這其中埋著一個大雷:0.59角分其實是人眼的最高角分辨率,具備這種分辨能力的區域只佔視網膜的很少一部分,而其它大部分區域都是“好讀書不求甚解”,離5.76億像素不知差了多少光年。要想了解人眼真實的能力,還得從這臺生物相機的CMOS元件——視網膜說起。

人眼的CMOS元件

如果將人眼比作一臺相機的話,瞳孔就是光圈,晶狀體就是鏡頭,視網膜就是CMOS(或CCD)感光元件,當然,它們背後還有個強大的CPU——大腦。

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視覺的形成

而決定人眼“像素”數量的首先就是這塊“CMOS”——視網膜。視網膜位於玻璃體的後方,脈絡膜的外側,由視神經、雙極細胞、神經節細胞和感光細胞構成。其中的感光細胞層包括大約650萬視錐細胞,以及1.2億個視杆細胞。視錐細胞對強光和顏色敏感,但對弱光和明暗不如視杆細胞敏感,視錐細胞是人眼能“看清”物體的關鍵;而視杆細胞則對弱光和移動物體敏感,對顏色不敏感。

關於視網膜,有件很奇葩的事情,它是被“裝反”的:視神經和血管蓋在感光細胞的外側,光線先要穿過視神經才能被感光細胞接收。而這些視神經總得找個洞穿過視網膜去到大腦,這個洞就是“盲點”。據說所有脊椎動物都是如此,因為最早的祖先——某種魚的眼是這種結構,你說氣人不氣人?

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裝反的視網膜

如果按照感光細胞的總數量,是不是可以說人眼有1.265億像素呢?沒那麼簡單。人眼只有在黃斑區的中央凹,才能達到0.59角分的分辨率(如果按實際分辨率300DPI的話,只有大約1角分),這裡的視網膜最薄,僅有0.1毫米,只有色素上皮和視錐細胞,並且與神經節細胞單線聯繫,是視覺最為敏銳的區域。這個區域換算到視野範圍,只能佔到10°。而視網膜上其它更廣闊的範圍,絕大多數是視杆細胞,許多個感光細胞才能分到一個神經節細胞。視杆細胞為我們提供了一個“虛化”的背景,實際上卻看不了那麼清楚。

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黃班區與中央凹

這並不是說視杆細胞就沒有用處,我們在夜裡或較暗的地方的視覺主要還得靠它,另外視杆細胞大大拓展了視野範圍,並且能迅速發覺運動物體,就像諸葛亮一樣“獨觀其大略”,這對人類也是相當重要的。不過既然要數像素,只好把視杆細胞排除在外,只算這650萬視錐細胞。那麼可以說人眼有650萬像素嗎?抱歉,不能!因為單個視錐細胞只能感受一種顏色,每三個視錐細胞(紅、藍、綠)才能算一個能分辨出顏色的像素,所以,650萬除以3,只剩下200多萬了……

然而這還沒完,感光細胞感受了光信號後,還得轉化為電信號,通過視神經傳到大腦,才能形成視覺圖像。所以,僅考慮這些感光細胞是不行的,還得算一算“數據總線”——視神經的數量。

人眼的數據總線

感光細胞感受的光信號,在神經節細胞中被轉化為電信號,通過節細胞的軸突——視神經,傳遞到大腦。因此視神經就是人眼的“數據總線”。要計算像素數量,還得看這個總線能傳輸多少像素。

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視網膜上的神經節細胞與視神經

很不幸的是,每隻眼的視神經數量,只有大約120萬!這還是剛出生時的數量,隨著年齡增長,還會緩慢的退化。從這個角度來說,不管感光細胞有多少,單論傳輸總線,每隻眼,只有120萬像素!而蘋果的第一代iphone手機攝像頭都有200萬像素,人眼比第一代水果機還差得遠!

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第一代水果機

120萬像素的人眼,為什麼能這麼強?

人眼只有120萬像素,這與大家平時的感受可能不那麼相符,因為人的眼睛實在是太重要了!大千世界,都需要眼睛去感知,人類所接收的信息中,80%來自視覺。為什麼眼睛在僅有一百多萬像素的情況下,具有如此強大的能力呢,主要有以下幾點:

雙眼視覺:人類有兩隻眼,都在前方,相互配合可以實現180°的視野,相當寬廣。並且雙眼的視覺有視差,可以計算出距離,並形成三維的圖像。貓科動物成為捕獵冠軍的秘訣之一就是雙眼視覺。

可以轉動:雖然高分辨率的區域和像素都比較少,但是眼球可以轉動,快速的掃描感興趣的區域,大大拓展了可視範圍。而且從這個角度講,人眼不是照相機,而是一臺“攝像機”,產生的信息大大增加。

強大的後期處理:大腦這個CPU,能力實在太強。眼睛感受到的海量信息都由它處理,我們看到的圖像其實是經過大腦深度PS的,甚至眼睛沒看到的景物都能給你“腦補”出來。任何一臺相機或攝像機的CPU都比不上大腦,這是人類相對AI為數不多的法寶之一了。

在這些強大功能的加持之下,100多萬像素的人眼,依然能成為我們倚重的“慧眼”。實際上,眼睛的像素太高是不划算的,其消耗的能量會相當大,需要傳輸的信號也過於巨量,人可能會變成下圖這個樣子:

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三星堆的“巨眼”

因此,目前的像素數量是一個考慮了成本和效益的最佳平衡狀態,各位覺得有沒有道理呢?


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