Có phải mặt trăng chỉ có 60 pixel?

Khi thực hiện nghiên cứu về thị lực, tôi đã học được rằng thị lực "20/20" tương ứng với khả năng thị giác của việc có thể giải quyết các chi tiết có kích thước 1 arcminute, hầu hết mọi người đều có thị lực khoảng 20/15 và do giới hạn của sinh lý học về cơ bản không ai có tầm nhìn tốt hơn tầm nhìn 20/10. Đây là giới hạn trên của việc giải quyết các chi tiết có kích thước khoảng 0,5 phút.

Theo Wikipedia, mặt trăng rộng khoảng 30 phút khi nhìn bằng mắt thường.

Đặt những thứ này lại với nhau, và dường như nói rằng khi nhìn mặt trăng bằng mắt thường, không ai có thể nhìn thấy nhiều chi tiết hơn có thể nhìn thấy trong hình ảnh mặt trăng 60 × 60

và người bình thường không thể nhìn thấy nhiều chi tiết hơn trong phiên bản 40 × 40

Những cái đó dường như rất nhỏ trên màn hình của tôi. Đó thực sự có thể là tất cả các chi tiết mà tôi có thể nhìn thấy trên mặt trăng bằng mắt thường?

Nó dường như không quá xa vời với tôi. Chắc chắn, bạn có thể bị tắt một vài pixel, do sự khác biệt giữa mắt người và màn hình máy tính, nhưng thứ tự cường độ có vẻ đúng - chi tiết trong hình ảnh của bạn, được xem kỹ, ít nhiều khớp với những gì tôi nhìn thấy khi tôi nhìn thấy nhìn trăng tròn.

Tất nhiên, bạn có thể dễ dàng tự kiểm tra nó: đi ra ngoài vào một đêm tối, khi mặt trăng tròn và xem bạn có thể nhận ra bằng mắt thường bất kỳ chi tiết nào không nhìn thấy (ngay cả dưới độ phóng đại) trong hình ảnh được thu nhỏ phù hợp với thị lực của bạn. Tôi nghi ngờ bạn có thể thấy một số chi tiết bổ sung (đặc biệt là gần điểm cuối, nếu mặt trăng không hoàn toàn đầy đủ), nhưng không nhiều lắm.

Để thử nghiệm khách quan hơn, chúng ta có thể cố gắng tìm kiếm các bản đồ hoặc phác họa mặt trăng ban đầu do các nhà thiên văn học tạo ra trước khi phát minh ra kính viễn vọng, có lẽ đại diện cho giới hạn của những gì mắt thường có thể giải quyết. (Bạn cần có một thị lực tốt để trở thành một nhà thiên văn học trong những ngày đó.)

Than ôi, hóa ra là, trong khi việc phát minh ra kính viễn vọng vào đầu những năm 1600 đã mang đến một trận lụt mặt trăng thật sự, với mỗi nhà thiên văn học bắt đầu từ chính Galileo đang vội vã nhìn lên mặt trăng qua kính viễn vọng và phác họa những gì họ nhìn thấy, rất ít bản vẽ thiên văn (trái ngược với nghệ thuật thuần túy) của mặt trăng được biết đến từ trước thời kỳ đó. Rõ ràng, trong khi những nhà thiên văn học ban đầu đang bận rộn soạn thảo các biểu đồ sao chính xác đáng kinh ngạc và theo dõi chuyển động của hành tinh bằng mắt thường, thì thực sự không ai quan trọng để vẽ một bức tranh chính xác về mặt trăng - sau tất cả, nếu bạn muốn biết mặt trăng trông như thế nào, tất cả những gì bạn phải làm là tự nhìn vào nó.

Có lẽ hành vi này có thể được giải thích một phần bởi các ý kiến ​​triết học phổ biến vào thời điểm đó, chịu ảnh hưởng của Aristotle, đã giữ thiên đàng là lãnh địa của trật tự và hoàn hảo, trái ngược với tham nhũng trần thế và bất toàn. Do đó, các "đốm" có thể nhìn thấy rõ trên mặt trăng, chủ yếu được coi là một điều gì đó gây bối rối về triết học - không phải là thứ cần nghiên cứu hay phân loại, mà chỉ là thứ cần được giải thích.

Trên thực tế, "bản đồ mặt trăng" đầu tiên và cuối cùng được vẽ hoàn toàn dựa trên các quan sát bằng mắt thường đã được William Gilbert ( 1540 Ném1603) vẽ và đưa vào tác phẩm được xuất bản sau đó của ông De Mundo Nostro Sublunari . Điều khá đáng chú ý là bản đồ của anh ta thực sự bao gồm rất ít chi tiết, thậm chí so với một hình ảnh nhỏ 40 x 40 pixel như hình trên:

^{Trái: Bản đồ mặt trăng của William Gilbert, từ Dự án Galileo ; Phải: một bức ảnh của mặt trăng tròn, được thu nhỏ xuống tới 40 pixel và ngược lên tới 320 px.}

Thật vậy, ngay cả những bản phác thảo về mặt trăng do Galileo Galilei xuất bản trong cuốn Sidereus Nuncius nổi tiếng của ông năm 1610, đáng chú ý là dựa trên các quan sát kính viễn vọng của ông, cũng không tốt hơn nhiều; họ hiển thị rất ít chi tiết ngoại trừ gần kẻ hủy diệt, và một vài chi tiết dường như không chính xác giáp với huyền ảo. Có lẽ, chúng được coi là "ấn tượng của nghệ sĩ" hơn là những mô tả thiên văn chính xác:

^{Những phác họa về mặt trăng của Galileo, dựa trên những quan sát kính thiên văn ban đầu, từ Sidereus Nuncius (1610), qua Wikimedia Commons. Rất ít, nếu có, trong số các chi tiết được mô tả có thể được tự tin khớp với các tính năng mặt trăng thực tế.}

Các bản vẽ mặt trăng chính xác hơn nhiều, cũng dựa trên các quan sát kính thiên văn ban đầu, được Thomas Harriott (1560 Nói1621) sản xuất cùng thời gian, nhưng tác phẩm của ông vẫn chưa được công bố cho đến khi ông qua đời. Bản đồ của Harriott thực sự bắt đầu tiếp cận, và ở một số khía cạnh vượt quá, mức độ chi tiết của bức ảnh 60 pixel ở trên, cho thấy hình dạng của maria tương đối chính xác. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng có lẽ dựa trên các quan sát mở rộng sử dụng kính viễn vọng, qua một số chu kỳ mặt trăng (cho phép các miệng hố được nhìn rõ hơn khi chúng ở gần thiết bị đầu cuối):

^{Trái: Bản đồ mặt trăng của Thomas Harriott, nhấp nhô nhưng có lẽ được vẽ c. 1610-1613, dựa trên các quan sát kính viễn vọng ban đầu, được trích dẫn từ Chapman, A. "Một thực tế nhận thức mới: Bản đồ Mặt trăng của Thomas Harriot" , Thiên văn học & Địa vật lý 50 (1), 2009; Phải: cùng một bức ảnh về mặt trăng tròn như trên, được thu nhỏ xuống 60 pixel trên và sao lưu lên tới 320 px.}

Do đó, dựa trên sự phân tích lịch sử này, chúng tôi có thể kết luận rằng hình ảnh 40 pixel của mặt trăng, như trong câu hỏi ở trên, thực sự thể hiện khá chính xác mức độ chi tiết hiển thị cho một người quan sát không được trả tiền, trong khi hình ảnh 60 pixel thậm chí phù hợp với chi tiết mức độ hiển thị cho người quan sát bằng kính viễn vọng nguyên thủy từ đầu những năm 1600.

Nguồn và đọc thêm:

• Kopal, Zdeněk (1969). "Bản đồ sớm nhất của mặt trăng" . Mặt trăng , Tập 1, Số 1, trang 59 Hàng66. Có sẵn lịch sự của Hệ thống dữ liệu vật lý thiên văn SAO / NASA (ADS).
• Van Helden, Al (1995). "Mặt trăng" . Dự án Galileo (trang web).
• Các bài viết trên Wikipedia về Mặt trăng và Selenography .

Có và không.

Vâng, đúng là kích thước rõ ràng của Mặt trăng là 30 arcmin. Đúng là thị lực của hầu hết mọi người là 1 arcmin. Vì vậy, sự thật là nếu bạn lấy kích thước góc của chi tiết nhỏ nhất bạn có thể nhìn thấy trên Mặt trăng và bạn đặt một bó những hàng được xếp thẳng hàng, bạn có thể kéo dài đường kính Mặt trăng chỉ với vài chục trong số chúng. Theo nghĩa đó, bạn đúng.

Tuy nhiên, khi bạn cố gắng tái tạo tình huống trên màn hình máy tính, sự so sánh bị phá vỡ. Trước hết, mắt không nhìn thấy trong "pixel". Giống như hầu hết các hệ thống quang học, có một chức năng trải rộng điểm , có các chi tiết rất nhỏ và làm mờ chúng đến một điểm lớn hơn. Độ phân giải của mắt không phải là kích thước pixel, mà là kích thước của đường cong hình chuông phát ra từ chức năng trải rộng điểm, và có các cạnh mềm và tròn, và ở mọi nơi và nó không cố định.

Bạn đồng hóa kích thước của điểm lớn hơn đó với kích thước của một pixel trên màn hình kỹ thuật số, trong so sánh của bạn. Nhưng điều đó không giống nhau. Lưới pixel trong các hình thu nhỏ đó là cố định, do đó, bất cứ thứ gì rơi vào giữa các pixel sẽ bị mất vĩnh viễn. Aliasing can thiệp và tạo ra các tạo tác không có trong ảnh gốc. Phạm vi động của màn hình không giống với phạm vi động của mắt (mắt tốt hơn nhiều). Mức độ màu sắc và độ sáng trên màn hình là rời rạc, trong khi mắt nhìn chúng như một sự liên tục. Cuối cùng, trung tâm thị giác trong não của bạn giống như một máy tính mạnh mẽ áp dụng thuật toán chỉnh sửa thông minh cho hình ảnh trực tiếp.

Danh sách đi và về. Điểm mấu chốt là - tất cả các hiệu ứng này kết hợp và cho phép bạn cảm nhận một hình ảnh sống phong phú hơn một chút so với những hình thu nhỏ đã chết, bị đóng băng mà bạn đã đăng. Không tốt hơn nhiều, nhưng tốt hơn một chút. Nó không giống như mắt có thể "khắc phục" các hạn chế, nhưng giống như bạn mất quá nhiều khi thu nhỏ hình ảnh lớn thành một lưới pixel nhỏ cố định trên màn hình máy tính.

Thật khó để tái tạo hiện thực trên màn hình máy tính. Một cách tốt hơn sẽ là chụp ảnh Mặt trăng 2000px x 2000px, đặt nó lên màn hình siêu HD lớn và di chuyển nó trở lại điểm có kích thước rõ ràng của hình ảnh đó là 30 arcmin. Tôi biết rằng điều đó không thỏa đáng trong bối cảnh truy vấn ban đầu của bạn, nhưng đó là một mô phỏng tốt hơn nhiều.

Các vấn đề tương tự xuất hiện bất cứ khi nào bạn cố gắng ánh xạ độ phân giải của bất kỳ hệ thống quang học liên tục nào (như kính viễn vọng) sang lưới kỹ thuật số cố định (như máy ảnh).

Giả sử bạn đang sử dụng cảm biến có kích thước pixel là 4 micron. Giả sử kính thiên văn của bạn có độ phân giải tuyến tính ở tiêu cự chính bằng 4 micron. Bạn có thể muốn nói - thật tuyệt, cảm biến phù hợp với kính viễn vọng, phải không?

Vâng, không thực sự. Khi điều đó xảy ra, bạn thực sự mất một chút độ phân giải. Hình ảnh là tốt, nhưng nó mềm hơn một chút so với thực tế. Xem bên dưới hình ảnh Mặt trăng tôi chụp cách đây một thời gian, với một hệ thống có chính xác các thông số được chỉ ra ở trên.

Bạn có thể nói nó hơi mềm, nó không thực sự xuống pixel. Sự nhiễu loạn cũng đóng một vai trò, nhưng một phần của vấn đề là độ phân giải tuyến tính bằng kích thước pixel.

Nhấp vào hình ảnh bên dưới và mở trong tab mới; nếu trình duyệt của bạn thu nhỏ nó một lần nữa để vừa với cửa sổ, nhấp chuột trái vào hình ảnh lớn để mở rộng hết cỡ - bạn phải làm điều này để xem hình ảnh có độ phân giải đầy đủ và chú ý các hiệu ứng tôi đang nói đến. Sự mờ nhạt không thể nhìn thấy trên phiên bản nhỏ này ở đây:

Một cách xung quanh hiện tượng đó, ví dụ, là làm nổ hình ảnh trong kính viễn vọng bằng một vạch sáng cho đến khi độ phân giải tuyến tính ở tiêu cự chính lớn hơn nhiều so với kích thước pixel của máy ảnh, có thể lớn hơn gấp 4 lần. Bạn thực hiện tất cả quá trình xử lý của mình và sau đó bạn thu nhỏ lại, nếu bạn thích và bạn sẽ có được hình ảnh sắc nét hơn. Kết hợp nó với việc xếp chồng nhiều khung hình, và chất lượng tổng thể có thể đạt gần 100% hiệu suất lý thuyết của kính thiên văn.

TLDR: Các hệ thống quang học liên tục và các lưới pixel rời rạc, là những thứ rất khác nhau và không thể dễ dàng so sánh được.

Khi bạn nhìn lên mặt trăng "sống", bạn không thấy một hình ảnh tĩnh. Bạn đang xem một "video": võng mạc của bạn đang thu thập nhiều hình ảnh theo thời gian. Những pixel đó phải được tính đến; chúng lên tới các pixel phụ.

Giả sử rằng hình ảnh 60x60 pixel được chụp từ một cảnh bằng máy ảnh gắn trên chân máy, hơi giật. Từ nhiều hình ảnh, một hình ảnh độ phân giải cao hơn có thể được xây dựng lại.

Bạn đã bao giờ nhận thấy làm thế nào một video trông sắc nét có thể xuất hiện mờ khi bị tạm dừng hoặc từng bước từng khung hình?

Bên cạnh đó, một điều cần nhớ là, pixel không phải là một đơn vị thông tin; trừ khi bạn chỉ định có bao nhiêu bit mã hóa một pixel. Giả sử bạn lấy mẫu 60x60 điểm, nhưng với độ phân giải biên độ liên tục và độ nhiễu bằng không. Hình ảnh 60x60 pixel sau đó chứa thông tin vô hạn (mặc dù, tất nhiên, khả năng giải quyết các chi tiết liền kề của nó vẫn còn hạn chế).

Sau tất cả những câu trả lời thiên văn này, tôi sẽ thêm một máy tính.

Điểm ảnh không giống nhau trên tất cả các màn hình. Lấy màn hình của năm 1990 và lấy màn hình điện thoại thông minh mới nhất, 60 pixel sẽ không giống nhau.

Làm thế nào bạn tính toán kích thước pixel theo độ chính xác tầm nhìn?