为啥相机无法真实记录我们所看到的景物呢？这个问题看似简单，实际上，答案却很复杂，一方面需要知道相机是如何成像的，另一方面需要研究人眼的生理结构和工作原理。通过了解这些知识内容，可以让我们更好地感知生活中不一样的美，也有助于我们成为一个更好的摄影师。

前言

人眼相对于相机的最大优势在于，我们的眼睛可以环视周边并且根据不同的主题场景进行动态调整，而相机只能捕获单个的静止图像。比如，我们可以环顾四周获得范围更广的视角；可以调整瞳孔大小，适应环境光线的变化；可以调整聚焦位置，适应物体的远近。

这时，你可能会想到摄像机，对于动态场景而言，摄像机更加适合与人眼进行比较。但是，人类视觉的最重要的独特性是，我们看到的场景可能并非真实的场景，它是人脑通过对眼睛获取信息进行重建的结果。

很多人对此可能会表示怀疑，下面的示例可以向你展示，自己被视觉欺骗的情况。

虚假色（False Color）：实际的图像中是一圈紫色圆点，一点钟方向有一个缺口，当你注视图片中心的十字时，丢失点会出现并且围绕中心旋转，过一会儿，移动点会变成绿色，这在原图中是不存在的，如下图所示。

马赫带（Mach Bands）：实际的图像中每个带条的亮度都是一致的，而我们却看到在其边缘附近更暗（上边缘）或者更亮（下边缘）的情况，如下图所示。

尽管如此，我们仍然可以在一定条件下，对人眼和相机进行公平的比较。在后续的部分，我们将尽可能将实际场景的内容与人脑的思维分离开来，从而进行客观的比较和分析。

差异概述

对于人眼与相机之间的差异，通常最为重要也是分歧最大的几点包括：视场角，分辨率和细节，灵敏度和动态范围。当然，还有许多其他差异点，比如景深、立体视觉、白平衡和色域，这些都不在本文的讨论范围。

视场角

相机的视场角取决于镜头的焦距以及传感器的尺寸。镜头的焦距越长，视场角越窄，如下图所示。

对于人眼而言，尽管其焦距大概为22毫米，但是由于以下因素的影响，没法儿直接获得其视场角的大小。首先，人眼的后部是弯曲的；其次，视野的外围细节逐渐少于中心；最后，感知到场景是两只眼睛的组合结果。

每只眼睛具有120~200°的视场角，主要取决于如何定义目标物体“被看见”。同时，双眼的重叠区域为130°左右，几乎与使用鱼眼镜头一样宽，如下图所示。这是由于进化所致，极端的外围视觉有助于感测运动和大型物体（例如正在扑来的狮子）。如果相机也使用类似的广角，拍摄的照片会高度失真且不自然。

影响视觉感知的最大因素是人眼的中心视场角（大约40~60°）。从主观上讲，这个角度就是你能够在不移动眼球即可看到物体时的角度。对比相机，它接近于全景相机的43毫米标准镜头，或者带有1.6倍裁剪因子的相机的27毫米镜头。

由上图可知，视场角的变化会影响拍摄对象的相对大小。视场角变宽会放大对象的相对大小，视场角变窄则会使拍摄对象的相对大小都几乎相同，从而损失画面的深度感。极宽的视场角也会使靠近画面边缘的拍摄对象产生拉伸效果，如下图所示。

相比之下，人眼即便捕捉到的是扭曲的广角图像，人脑也会将其重建为几乎没有失真的3D心理图像。

分辨率和细节

假设视场角为60°，在20/20的视力下，人眼能够分辨相当于52兆像素相机。而当前大多数的数码相机的像素为5-20兆像素，所以，我们通常认为相机的分辨率远远低于自己的视觉系统。

不过，这样的计算方法具有明显的误导性，毕竟20/20代表的是中心视力的理想值，实际上，一旦偏离中心点，人眼的视觉能力便会急剧下降，偏离中心仅20°，人眼就只能分辨十分之一的细节。而且，在外围区域，人眼仅仅能够检测到较大的对比度和最小的颜色，如下图所示。

考虑到上述因素，当我们仅是看一眼时，可以感知到的细节，与5~15百万像素的相机比较接近，这还要取决于人的视力状况。幸好，人脑并不需要记下每个像素，只会记录图像中令人难忘的纹理，颜色和对比度。

为了能够重建详细的心理图像，我们的眼睛会快速连续地关注几个感兴趣的区域，如下图所示。

最终的结果是一种心理图像，其中的细节已经根据兴趣点优先进行了有效地排序。对于摄影师而言，这是很重要的，却又常常会被忽略。尽管照片中包含的细节已经接近了相机所能达到的细节获取极限，但是如果其中没有令人难忘的兴趣点，那么对于观看照片的人而言，大部分细节都会被自动忽略。

在细节方面，人眼与相机之间还有以下的重要差异。

不对称性。在视线以下，人眼能够感知到更多的细节（相对于视线以上）。另外，人眼的周边视觉在远离鼻子的方向上，比朝向鼻子的方向上，更加敏感。相比之下，相机几乎能够完美对称地记录图像。

弱光环境。在极低的光线环境下，比如月光或星光，人眼基本丧失了对颜色的判别力，并且中心视野的细节获取能力也会下降，甚至还不如上述的偏离中心的情况。许多天文摄影师都知道这一点，此时，他们通常会凝视昏暗的恒星的侧面，以便于可以借助于肉眼观察拍摄效果。

微妙的渐变。通常我们较多地关注细节部分，其实细微的色调渐变也很重要，碰巧它还是人眼与相机的重要差异之一。使用相机时，细节放大后会更容易分辨。而实际上，对人眼来说，细节放大后，反而可能会变得不太明显。如下图所示，两幅图像具有相同对比度的纹理，但是由于纹理已被放大，因此在右侧的图像中反而是不可见的。

灵敏度和动态范围

通常大家都认为在动态范围领域，人眼具有巨大的优势。如果考虑瞳孔根据亮度变化的动态调节情况，确实如此，人眼远远超过相机至少24个光圈值。但是这样的对比并不公平，毕竟我们不是在跟摄像机作比较。

如果我们改为考虑人眼的瞬时动态范围（保持瞳孔张开程度不变），那么相机的表现会更好。这类似于，调整我们的眼睛查看场景中的一个区域，而不看其他任何地方。在这种情况下，人眼大约可以看到10~14个光圈级动态范围，绝对超过了大多数的紧凑型相机（5~7个光圈级），但是与数码单反相机（8-11个光圈级）相接近。

另一方面，人眼的动态范围也取决于亮度和目标物体的对比度，因此上述内容仅适用于典型的日光条件。例如，在月光或星光下，人眼可以达到更高的瞬时动态范围。

量化动态范围：摄影中最常使用的用于测量动态范围的单位是f-stop，它描述了场景中最亮和最暗的可录制区域之间的比率，以2的幂数表示。因此，动态范围为3个光圈的场景的白色亮度是黑色的8倍（2的3次幂）。

灵敏度是另一个重要的视觉特征，它描述了分辨非常微弱或快速移动的目标物体的能力。在明亮的光线下，现代相机更擅长分辨快速移动的物体，比如高速摄影作品。当摄像机的ISO速度超过3200时，通常就可以做到这一点；而人眼的等效日光ISO通常被认为低至1。

但是，在弱光条件下，人眼会变得更加敏感（假设先让眼睛适应环境30分钟以上）。通常，天文摄影师估计其接近ISO 500~1000，虽然仍不及数码相机高，但是接近。另一方面，相机的优点是可以使用更长的曝光，以捕获更暗的物体；然而，当人眼凝视某物超过10~15秒后，基本不会再看到更多的细节。

结论

人们可能会争辩说，相机是否能够击败人眼是无关紧要的，因为相机需要不同的标准：它们需要产生逼真的照片。一张打印的照片不用考虑眼睛将会聚焦在哪个区域，因此场景中的每个部分都需要包含最大的细节，以防万一，这才是相机需要考虑的地方，特别是对于大尺寸或近距离观看的打印件。当然，摄像机会更加适用于需要记录上下文的情况。

总体而言，视觉系统的大多数优势都来自这样一个事实，即我们的大脑能够智能地解释来自人眼的信息，而使用相机时，我们所拥有的只是原始图像。即使这样，目前的数码相机的性能也出乎意料地出色，并且在视觉功能方面已经超越了我们的眼睛。真正的赢家是摄影师，因为他能够智能地组合多幅相机图像，从而创造出甚至超越我们原本心理图像的作品。

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