Учёные измерили предел разрешения глаза и объяснили, есть ли смысл в 8K-телевизорах

Учёные из Кембриджского университета и Meta✴ Reality Labs измерили предел разрешения человеческого глаза и составили список рекомендаций для владельцев телевизоров. Они попытались выяснить, в каких ситуациях имеет смысл приобретать телевизор высокой чёткости, в каких случаях хватит разрешения 4K, а где необходимо 8K.

Чтобы определить предел разрешения человеческого глаза, исследователи измеряли способность участников различать определённые детали на цветных и серых изображениях в зависимости от расстояния до экрана. При превышении предела разрешения увеличение числа пикселей на панели телевизора не имеет смысла, так как изображение содержит больше информации, чем может воспринять человеческий глаз.

«Поскольку значительные инженерные усилия направлены на улучшение разрешения мобильных устройств, устройств дополненной и виртуальной реальности (AR и VR), важно знать максимальное разрешение, при котором дальнейшие улучшения не дают заметного эффекта, — считает руководитель исследования доктор Малиха Ашраф (Maliha Ashraf). — Однако не проводилось исследований, которые бы фактически измеряли то, что видит человеческий глаз, и каковы ограничения его восприятия».

Исследователи создали экспериментальную установку, которая позволила им точно измерить то, что видит человеческий глаз, глядя на узоры на экране. Вместо измерения характеристик конкретного экрана они измеряли количество отдельных пикселей, помещающихся в один градус поля зрения (PPD). Этот параметр вместо ответа на вопрос «какое разрешение у этого экрана?» отвечает на вопрос «как выглядит этот экран с моего места?».

Участники исследования рассматривали чёрно-белые и цветные узоры с очень мелкими деталями и градациями цветов. Экран перемещали к зрителю и от него для измерения PPD на разных расстояниях. PPD также измеряли для центрального и периферического зрения.

Широко принятый стандарт проверки зрения, основанный на таблице Снеллена (российский аналог — таблица Головина-Сивцева), предполагает, что человеческий глаз способен различать детали с разрешением 60 пикселей на градус. «Этот показатель широко принят, но никто не измерял его на современных дисплеях, а не на настенной таблице с буквами, которая была впервые разработана в XIX веке», — отметила Ашраф.

Исследователи обнаружили, что предел разрешения глаза выше, чем считалось ранее, но существуют важные различия между цветными и черно-белыми изображениями. Для серых изображений, рассматриваемых под прямым углом, средний показатель составил 94 PPD. Для красных и зелёных узоров этот показатель составил 89 PPD, а для жёлтого и фиолетового — 53 PPD.

«Наш мозг на самом деле не очень хорошо воспринимает детали в цвете, поэтому мы наблюдали значительное снижение разрешения для цветных изображений, особенно при просмотре периферическим зрением, — пояснил профессор кафедры компьютерных наук и технологий Кембриджа Рафал Мантюк (Mantiuk). — Наши глаза, по сути, являются сенсорами, которые не так уж хороши, но наш мозг обрабатывает эти данные, формируя то, что, по его мнению, мы должны видеть».

Точный предел разрешения зависит от ряда факторов, включая размер экрана, освещённость помещения и расстояние между зрителем и экраном. К примеру, исследователи выяснили, что для гостиной среднего размера в Великобритании, где расстояние между телевизором и диваном составляет 2,5 метра, 44-дюймовый телевизор с разрешением 4K или 8K не даст никаких дополнительных преимуществ по сравнению с 2K-телевизором того же размера.

Исследователи создали статистическую модель, которая демонстрирует процентное соотношение людей с разным пределом разрешения глаз. Они уверены, что это поможет производителям создавать устройства, которые будут актуальны для большинства населения. Учёные также разработали бесплатный онлайн-калькулятор, где пользователи могут ввести размер своей комнаты, а также габариты и разрешение своего телевизора, чтобы определить наиболее подходящий экран для своего дома. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

«Чем больше пикселей на дисплее, тем менее он эффективен, дороже стоит и требует большей вычислительной мощности для управления, — добавил Мантюк. — Поэтому мы хотели понять, при каком уровне разрешения дисплея дальнейшее повышение уже не имеет смысла».