Điều tương tự cũng xảy ra với chính đôi mắt của bạn, mặc dù bộ não của bạn cố gắng hết sức để che giấu nó. Vấn đề cơ bản liên quan đến cách hình ảnh được tạo ra ở nơi đầu tiên.
Thị giác là sự giải thích của ánh sáng khả kiến phản chiếu (thông thường; chúng ta có thể bỏ qua ánh sáng hoạt động bây giờ) từ các vật thể. Để nhìn thấy một cái gì đó, nó phải được thắp sáng, và phản chiếu ánh sáng đó khác với môi trường xung quanh. Ánh sáng được hình thành từ các hạt không khối lượng nhỏ gọi là photon - chất mang điện tích từ. Khi một photon đi vào võng mạc trong mắt bạn (hoặc phim trong máy ảnh hoặc chip trong máy ảnh kỹ thuật số), nó sẽ tích tụ một phần năng lượng của nó trong một loại vật liệu nhạy cảm với hình ảnh, gây ra sự thay đổi có thể đo lường và diễn giải được . Bằng cách đo phản ứng của vật liệu nhạy cảm với ảnh ở nhiều điểm riêng lẻ, bộ não (hoặc chip) sẽ tái tạo hình ảnh của môi trường xung quanh bạn.
Photon có ba tính chất quan trọng - năng lượng, vị trí và hướng. Với một chút hiệu chỉnh hình học và quang học, thị giác khai thác hướng của photon và nơi nó tương tác với bề mặt nhạy cảm với hình ảnh để tìm ra vị trí của photon - đại khái, điểm 3D tương ứng với một điểm 2D nhất định trên hình ảnh. Năng lượng xác định màu sắc của một photon cụ thể. Ý tưởng là ánh sáng phát ra từ vật thể bạn nhìn thấy gần như song song, khiến cho phép chiếu 3D-> 2D trở nên tầm thường. Bạn bị làm mờ tĩnh trong một bức ảnh khi hiệu chỉnh quang học không đủ để bù cho sự tán xạ của các photon trong không khí - khoảng cách đến một vật thể càng lớn, trung bình các photon phản xạ càng phân tán và bạn cần hiệu chỉnh nhiều hơn để mang chúng trở lại song song.
Nhưng hình ảnh thường không phải là màu đen và trắng tinh khiết. Có hai thứ khác quan trọng với con người - màu sắc và cường độ. Màu tương ứng với năng lượng của các photon, trong khi cường độ tương ứng với lượng photon. Và đây là nơi mọi thứ trở nên thú vị - để có được bất kỳ hình ảnh hữu ích nào, bạn cần phải hấp thụ một lượng lớn photon riêng lẻ - một photon duy nhất không thực sự cho bạn biết nhiều. Vì vậy, những gì thực sự xảy ra là bạn lấy (khoảng) trung bình các photon đạt tới cảm biến của bạn trong một khoảng thời gian nhất định - điều này mang lại cho bạn độ sáng tương đối của các vật trong ảnh, cùng với ý tưởng tốt về màu sắc của các vật thể.
Mắt người có thêm một vài biến chứng, vì vậy, hãy thay thế bằng máy ảnh phim kiểu cũ. Bộ phim được làm từ một chất liệu thay đổi vĩnh viễn khi tiếp xúc với ánh sáng (hãy nghĩ về những gì xảy ra với một tờ giấy bị bỏ lại dưới ánh mặt trời trong vài tháng - nhưng nhanh hơn nhiều). Để đơn giản, hãy giả sử rằng vật liệu ban đầu là màu đen hoàn toàn, trong khi vật liệu thay đổi là màu trắng hoàn toàn. Mỗi photon riêng lẻ làm cho một phân tử duy nhất thay đổi, nhưng mắt chúng ta không thể nhìn thấy màu sắc của các phân tử riêng lẻ - chúng trung bình thông tin từ một khu vực nhất định. Vì vậy, càng nhiều photon đến trong một khu vực nhất định của phim, nó sẽ xuất hiện càng sáng, tương ứng với ánh sáng sáng hơn đến từ hướng cụ thể đó trong không gian (và do đó, thể tích không gian đã cho, tương ứng với T- màu đỏ tươi của bạn áo sơ mi). Tuy nhiên, tại một số điểm,tất cả các phân tử trong một khu vực nhất định của bộ phim đều bị thay đổi - chiếu sáng nó thêm nữa không thể làm cho nó sáng hơn nữa. Chi tiết bị mất, bởi vì các khu vực xung quanh trở nên sáng hơn, các khu vực bão hòa không thể. Ở phía bên kia của thang đo, nếu có quá ít ánh sáng, sẽ có quá ít photon để tạo thành một hình ảnh đẹp - mọi thứ sẽ quá tối, với những điểm sáng ngẫu nhiên.
Vì vậy, để có được một hình ảnh đẹp, bạn cần cân bằng thời gian bạn phơi phim ra ánh sáng. Quá dài và hình ảnh của bạn quá sáng và mất độ tương phản. Quá ngắn và không có đủ dữ liệu để tạo ra một hình ảnh đẹp. Một lưu ý phụ, đây là lý do vật lý (trái ngược với sinh học) tại sao cảnh đêm là đơn sắc - nếu có quá ít photon đi vào, sự phân bố màu của chúng dẫn đến nhiễu màu (nhìn ngẫu nhiên) làm cho nó khó hơn nhìn. Chỉ sử dụng cường độ trong khi bỏ qua màu sắc sẽ mang lại hình ảnh rõ hơn, sáng hơn.
Vì vậy, hãy tưởng tượng rằng bạn phơi một chút phim thành cảnh 3D trong một giây. Các phần sáng hơn của cảnh sẽ dẫn đến nhiều ánh sáng tương tác với các khu vực tương ứng trong hình ảnh 2D. Nhưng bây giờ hãy tưởng tượng rằng tại thời điểm 0,5, anh chàng trong cảnh di chuyển cánh tay của mình. Nửa đầu tiếp xúc có cánh tay của anh ta ở vị trí ban đầu, trong khi nửa sau không còn nhận được các photon từ vị trí ban đầu, và thay vào đó nhận được nó từ vị trí mới. Tổng số lượng photon phản xạ từ bàn tay là như nhau, nhưng hiện tại chúng được trải ra ở hai vị trí khác nhau trong hình ảnh 2D; và tính trung bình với các photon xuất phát từ hậu cảnh khi bàn tay không ở đó. Nếu tay bạn di chuyển với tốc độ không đổi, các photon tương ứng sẽ được trải đều trên đường đi của bàn tay giữa lúc bắt đầu tiếp xúc và kết thúc. Bạn nhận được trung bình của tất cả các "hình ảnh" riêng lẻ, giống như bạn đã chụp một trăm bức ảnh của những người có tư thế hơi khác nhau và tính trung bình chúng với nhau.
Làm thế nào bạn có thể chống lại điều này? Nếu có đủ ánh sáng, bạn có thể giữ phơi sáng ngắn - điều này có nghĩa là để làm mờ rõ ràng, đối tượng phải di chuyển nhanh hơn so với phơi sáng lâu hơn. Nếu không có đủ ánh sáng, điều này sẽ gây ra nhiễu (ví dụ, các photon riêng lẻ mà bạn đo được khá ngẫu nhiên - chúng chỉ có sự phân bố có thể dự đoán theo thời gian; chẳng hạn, có nhiều photon đỏ phản chiếu từ áo đỏ hơn photon xanh lục). Nếu bạn muốn chụp ảnh một đối tượng chuyển động, bạn có thể cố gắng loại bỏ mọi chuyển động tương đối giữa máy ảnh và đối tượng - theo dõi đối tượng. Con người thực hiện điều này một cách tự động - bạn di chuyển mắt và đầu để theo dõi một vật thể chuyển động mà bạn muốn kiểm tra, nó cho bạn một bức tranh rõ ràng về vật thể chuyển động, trong khi mọi thứ khác là một vệt mờ (mà não thường bù một cách thuận tiện, nhưng máy ảnh thì không).
