Бинокулярное зрение vs монокулярное + биноприставка

[VD]

Биноприставка сначала делит световой поток пополам, уменьшая яркость объекта в 2 раза, а потом, за счет эффекта сложения двух приемников, пороговый контраст снижается в \(  \sqrt{2} \) раз, поэтому потери назад не отыгрываются. По протяженным объектам предельно низкого контраста и яркости, биноскоп однозначно выигрывает у моноскопа, а моноскоп выигрывает у биноприставки.
Это для идеальной биноприставки, с делением 50/50, а в реальности на светоделителе есть потери и деление отклоняется от 50/50, особенно на протяженном спектральном интервале.

Глеб,

Дискуссия ведется о том что эффективнее  бинотелескоп с диаметрами объективов,  например, 100мм или один телескоп с бинокулярной приставкой, но диаметром 142мм. 
В обоих случаях телескопы работают с равными выходными зрачками, скажем,  6мм.   
Согласно этому условию, в систему передачи энергии глазам поступает одинаковое количество энергии (площадь сбора энергии двух 100мм объективов равна площади одного 142мм объектива),  светопотери внутри систем принимаем одинаковыми,  эффективная площадь через которую энергия покидает системы одинакова.   Где вы видите выигрыш биноскопа?

[Владимир А]

Если изображения идеальны, то выигрыш как раз у большого монокуляра по разрешению за счет апертуры.
Выигрыш бинокуляра в том, что искажения в разных каналах могут быть разными и зрительная система может из сравнения  отфильтровывать помехи, а в монокуляре искажения приводит к ухудшению всего изображения (как потом его не разделяй).

[Шмидт Кассегрен]

Видосик:

[Андрей Лёвин]

  Про "стереоскопический эффект" повеселило. Если учесть, что ролик снят на дневном ландшафте. Про лунно-планетный псевдостереоэффект было бы правдой.

[Gleb1964]

Глеб,

Дискуссия ведется о том что эффективнее  бинотелескоп с диаметрами объективов,  например, 100мм или один телескоп с бинокулярной приставкой, но диаметром 142мм. 
В обоих случаях телескопы работают с равными выходными зрачками, скажем,  6мм.   
Согласно этому условию, в систему передачи энергии глазам поступает одинаковое количество энергии (площадь сбора энергии двух 100мм объективов равна площади одного 142мм объектива),  светопотери внутри систем принимаем одинаковыми,  эффективная площадь через которую энергия покидает системы одинакова.   Где вы видите выигрыш биноскопа?

Поток (интеграл) энергии будет одинаковым только, если яркость интегрировать по одинаковому телесному углу, но увеличение моноскопа выше - у нас ведь равный зрачок. Значит, на глазном дне энергия распределится в моноскопе на большей площади - больше пикселов приемника, больше внесенного шума приемника (ровно в 2 раза). Если в моноскопе поток еще поделен бинонасадкой на два глаза, то шума приемника будет вовлечено еще больше - тоже в 2 раза. Обойти это нельзя.
В этом выигрыш биноскопа по протяженным объектам.

[Андрей Лёвин]

Писалось уже... Правда, по-простецки, не так наукообразно (отв. 61 и 201). Реакции - ноль! Хотя бы опроверг, что ли... А то всё своё - "при большем в 1,41 объективе..." Уверен, консенсуса не будет. Пытаться что-то доказать - только время терять.

[Gleb1964]

По поводу обнаружения предельно малых контрастов на ярком объекте - да, Вы правы, если есть детектирование деталей на уровне "глюков" с вероятностью меньшей единицы, то поток "глюков" для двух глаз подчиняется той же формуле сложения вероятностей совместных событий, т.е. выигрыш от применения двух глаз тем больше, чем меньше вероятность зарегистрировать малоконтрастный "глюк". А там, напомню, при нулевой вероятности, эффективность двух глаз стремиться к 2, но, поскольку реально человек плохо воспринимает детектирование ниже вероятности 0.4-0.3, то, практически, эффективность доходит только до 1.6-1.7 (ну, некоторые в литературе упоминают даже коэффициент 1.8 ).

Получается, что биноприставка позволяет повысить вероятность обнаружения мелких слабоконтрастных деталей на ярком объекте в 1,6-1,7 раза? То есть для ярких объектов биноприставка все-таки дает выигрыш по сравнению с моноскопом?

да, получается так

Бинокулярное зрение повышает эффективную пространственную частоту дискретизации за счет сложения сеток пикселов от двух глаз.

Глеб, правильно ли рассуждать, что другие дефекты глаза будут нивелироваться при наблюдении двумя глазами?
При равнозрачковых увеличениях имеем сферическую и неоднородности зрачка на периферии - они разные для каждого глаза; а при малых зрачках имеем плавающие в иммерсии floaters, которые тоже разные.
И еще, есть ли таблицы для тестирования бинокуляров на разрешение?

Да Юрий, индивидуальные дефекты глаз в значительной степени нивелируются, мозг отбирает самое лучшее для синтеза картинки. Я сам недавно смотрел в окляр на равномерный фон и удивлялся, сколько свилей у меня плавает в каждом глазу, по отдельности, видимо, слишком много на лазерные пучки в свое время насмотрелся. А двумя глазами их присутствие не так уж и заметно. Но сферическая и прочие аберрации при полностью задействованном раскрытом зрачке, конечно, никуда не денуться, разрешение глаза при этом снижается. Но я не такой уж большой специалист по визуальным системам, я всегда разрабатывал аппаратуру под другие типы приемников. Но, в чем-то, законы одинаковые.

[Механик AMS]

Пытаться что-то доказать - только время терять.

а вы проведите очевидный эксперимент.  Наденьте стерео-наушники сначала на оба уха послушайте, потом на тех же наушниках отключите поочередно звук то в одном ухе то в другом.  и в заключении эксперимента  включите  тоже, но на колонках без наушников. Абсолютно тоже самое и  с "оптикой" . Если вы будете смотреть через биноприставку (это аналогично колонкам стереосистемы ), у вас будет просто разделенный один канал  на два световых потока  с потерей светового потока. просто вы двумя глазами смотрите в  одну апертуру. А вот если возьмете два равноценных телескопа , то по ощущению,  чувствительность ваших глаз возрастет в разы. Получается, каждый глаз будет смотреть в одно и тоже место по отдельному каналу, глаз и примет более существенную видеоинформацию чем, от той же биноприставки с разделенным одним каналом.   А вообще,  пока сам не посмотришь не увидишь. Понять разницу между бинокуляром и биноприставкой по теориям  невозможно в принципе.

[Механик AMS]

в сравнении могу только привести для своего  зрения , смотрел в бинокуляр 2х150 мм и в 400 мм телескоп  NGC457  с небольшой разницей во времени  (5-10 минут), по ощущению  равноценно(для меня во всяком случае), несмотря на то, что разное поле зрения у бинокуляра и телескопа..

[VD]

Глеб,

Дискуссия ведется о том что эффективнее  бинотелескоп с диаметрами объективов,  например, 100мм или один телескоп с бинокулярной приставкой, но диаметром 142мм. 
В обоих случаях телескопы работают с равными выходными зрачками, скажем,  6мм.   
Согласно этому условию, в систему передачи энергии глазам поступает одинаковое количество энергии (площадь сбора энергии двух 100мм объективов равна площади одного 142мм объектива),  светопотери внутри систем принимаем одинаковыми,  эффективная площадь через которую энергия покидает системы одинакова.   Где вы видите выигрыш биноскопа?

Поток (интеграл) энергии будет одинаковым только, если яркость интегрировать по одинаковому телесному углу, но увеличение моноскопа выше - у нас ведь равный зрачок. Значит, на глазном дне энергия распределится в моноскопе на большей площади - больше пикселов приемника, больше внесенного шума приемника (ровно в 2 раза). Если в моноскопе поток еще поделен бинонасадкой на два глаза, то шума приемника будет вовлечено еще больше - тоже в 2 раза. Обойти это нельзя.
В этом выигрыш биноскопа по протяженным объектам.

Т.е. вы признаете,  что этот выигрыш имеется только при случае равнозрачкового увеличения и что как только увеличение в биноскопе будет поднято в 1,4х, то тут уже у него нет никакого выигрыша.
Вы также забываете, что при предельных освещенностях, чтобы зарегистрировать объект,  последний должен представляться глазу под некоторым предельным углом и если этот угол меньше,  чем требуется,  объект не виден.  Тут снова в выигрыше моноскоп с биноприставкой.

Я еще раз напомню,  что многократно доводилось наблюдать в 80 и 100мм бинокуляры.  И в них большинство объектов были видны менее уверенно и детально, чем в 150мм F/8 ахромат с биноприставкой и парой 40мм плесслов на 5мм выходном зрачке.  А в моно режиме с 40мм широкоугольным окуляром 150мм F/8 телескоп и вовсе был намного лучше.
Я какое-то время до этого носился с идеей купить себе 100 или 110мм бинокуляр, но потом отказался. 

[Механик AMS]

так а если окуляры в бинокуляры ставить такие же , неужели будет хуже видно чем в одну апертуру но с биноприставкой?  а как же  разделение одного луча на двое   там же потери в половину . или ошибаюсь? поправьте.

[MURENA]

Многие имеют большой бинокуляр под хорошим небом ? ,,,   А приобрести возимый 10-12" Ньютон могут многие . Можно копаться в теории , а можно самому посмотреть : с приставкой , без приставки ; с корректором , без корректора ; на малом увеличении , на большом ; в городе , в деревне  ; в широкоугольники , в плёслы ; с ведением , на добсоне ; дипы , планеты ;    Я для себя вывод сделал .  ВСЕХ С НАСТУПАЮЩИМ !

[Gleb1964]

Если посмотреть теорию обнаружения сигнала на фоне шумов, то повысить порог чувствительности в корень из двух раз можно двумя способами:
- использовать два одинаковых регистратора;
- увеличить в два раза время приема (осреднения) информации.

Очевидно, что при наблюдении глазом статичного объекта (дипскай объект) когда время наблюдения неограниченно, даже один глаз столь же эффективно отфильтрует шумы, как и два глаза.
Преимущество бинокулярного зрения выражается лишь в более быстром обнаружении слабых объектов.

Вообще-то, речь идет о повышении чувствительности бинокулярного зрения через снижение порога чувствительности, а не повышение. Так правильнее говорить.
Потом, глаз не накапливает сигнал, во всяком случае, интегрирование сигнала по времени явно не больше временной константы порядка 0.1 секунды, иначе бы пострадала наша реакция. При наблюдении объектов на пределе, на уровне "глюков", поток регистрации событий от двух глаз будет превосходить поток от каждого глаза в отдельности. А в мозгу, при обработке есть пороги ощущения, когда минимальная частота событий уже не воспринимается как увиденное, вот этот порог для бинокулярного зрения будет ниже. Поэтому может быть так, что двумя глазами уже видно, а одним - еще никак.

Поскольку физического сложения сеток нет, и нет совместной обработки сигналов от двух глаз, то пространственная частота не повышается, поэтому предельное разрешение для точечных источников не повышается, по сравнению с одним глазом. Поэтому и нет таких таблиц.
Разрешение глаза может быть лучше физического предела для точечных источников, но за счет усреднения в одном глазу (парадокс стрелка или шкала нониуса).

Если имеет место недостаточная пространственная частота дискретизации изображения приемником ("недосамплинг" или under sampling), то это будет фактором, ограничивающим разрешение. При этом, чтобы немного отыграть проигрыш по разрешению, иногда делают несколько снимков с субпиксельным сдвигом, а потом делают совместную обработку. Так, к примеру, делали с камерой на New Horizons, который запускали к Плутону New Horizons Pluto-Kuiper Belt Mission.
На глазном дне есть два типа приемников - колбочки и палочки, расположены они на глазном дне крайне неравномерно.
Размер колбочек порядка 2-4микрон, он неплохо согласован с разрешением глаза при зрачке 2-3мм для дневного зрения - порядка 1-2 колбочек на диск эри глаза (если допустить, что задиафрагмированный глаз достигает дифракционного предела), но это уже на границе необходимой пространственной частоты. Учитывая неравномерное расположение рецепторов на глазном дне, вполне могу представить и ситуацию "недосамлинга". Во всяком случае, для двух глаз совместная обработка мозгом двух картинок вполне может улучшить ситуацию с разрешением за счет увеличения эффективной частоты сетки синтезированной картинки. При полностью открытом зрачке глаза, размер точки рассеяния определяется аберрациями глаза, которые довольно значительные, - при этом такого эффекта улучшения, вроде бы, не должно быть.
А нониусное разрешение, это не разрешение в обычном смысле, когда достигается разделение объектов, это чувствительность на локализацию вертикальных линий. Для контрастных вертикальных линий погрешность локализации достигает 10-12 угловых секунд.

[Yuri P.]

Да Юрий, индивидуальные дефекты глаз в значительной степени нивелируются, мозг отбирает самое лучшее для синтеза картинки. Я сам недавно смотрел в окляр на равномерный фон и удивлялся, сколько свилей у меня плавает в каждом глазу, по отдельности, видимо, слишком много на лазерные пучки в свое время насмотрелся

- спасибо, Глеб.
Я их тоже вижу часто когда тестирую оптику на малых зрачках, а когда наблюдал Луну в прототип бинокуляра (110 F/6.5), зрачок ~1мм, то не видел ни одного (floater), луна была "чистая" и приятная во всех отношениях - бинокуляр + работа мозга.
Я не думаю что плавающие неоднородности стекловидного тела "Мушки" от лазера (хотя сам "ловил"), неоднородности в основном возрастные, а лазер обычно выжигает сетчатку, недавно ходил к врачу на предмет проверки глазного дна.

[Владимир А]

Никакого улучшения разрешения при бинокулярном зрении, конечно, нет, а есть улучшение четкости и стабильности картинки  за счет фильтрации помех.
Помехи в глазах (моргание, слезы, тремор глаз и т.д.) фильтруются и в биноприставке, поэтому картинка выглядит лучше и наблюдать удобнее. А в настоящем бинокуляре происходит фильтрация помех в каждом канале.  Искажения изображений могут быть разными в разных каналах, что и позволяет зрительной системе выбирать наилучшее изображение. В монокуляре изображение одно, и помехи искажают его целиком.

[g.a.s.82]

Никакого улучшения разрешения при бинокулярном зрении, конечно, нет, а есть улучшение четкости

Это как так?

[Владимир А]

Никакого улучшения разрешения при бинокулярном зрении, конечно, нет, а есть улучшение четкости

Это как так?

Строгого определения четкости видимого изображения в телескоп нет. Можно понимать как разрешение, контраст и стабильность. Поскольку улучшения разрешения нет, остается контраст и стабильность.

[Владимир А]

Цитата от Gleb1964:
 "Во всяком случае, для двух глаз совместная обработка мозгом двух картинок вполне может улучшить ситуацию с разрешением за счет увеличения эффективной частоты сетки синтезированной картинки"

Вот с этим я и не согласен. Совместной обработки сигналов от двух сетчаток нет. Закройте один глаз - изображение потемнело?

[Alex90900]

Никакого улучшения разрешения при бинокулярном зрении, конечно, нет, а есть улучшение четкости

Это как так?

Строгого определения четкости видимого изображения в телескоп нет. Можно понимать как разрешение, контраст и стабильность. Поскольку улучшения разрешения нет, остается контраст и стабильность.

Дело же еще в том КАК мы видим это разрешение. Глаз это тоже оптический прибор и у него есть свои помехи. Бинокулярное зрение тут работает как обработка в астрофото.
С бинокулярами все понятно, при равном светосборе будет лучше. Хотя при большем чем в 1,41 диаметре моно может и выиграть. А вот с биноприставкой непонятно. С одной стороны два глаза в работе, а с другой лишнее стекло и соответственно лишние аберрации. Но при должном качестве насадки может давать улучшение видимости деталей. На планетах. Для дипская биноприставка по видимому не у дел.

[Владимир А]

“стандартная ошибка суммы Х независимых
измерений случайных или шумовых процессов
уменьшается пропорционально квадратному корню из
Х, поэтому наблюдатель двумя глазами (Х=2) может
зарегистрировать изображение в квадратный корень
из двух менее контрастное (то есть в 1.414
раза), чем одним глазом”.

Этот аргумент можно оспорить: этот расчет предполагает глаза равноценными, что далеко не у всех людей так. Поэтому, для конкретного человека с такой особенностью зрения эффект от бинокуляра может быть существенно ниже, чем корень из двух.

Этот аргумент надо оспорить...

 стандартная ошибка суммы Х независимых
измерений случайных или шумовых процессов
уменьшается пропорционально квадратному корню из
Х,
Это правильно, но для совместной обработки всех сигналов от двух сетчаток попиксельно (это правильно, если наложить сигналы от двух сечаток на одну матрицу и, далее, обрабатывать совместно всю сумму пикселов).

 поэтому наблюдатель двумя глазами (Х=2) может
зарегистрировать изображение в квадратный корень
из двух менее контрастное (то есть в 1.414
раза), чем одним глазом”
А вот это не правильно, т.к попиксельная обработка изображений происходит в каждом глазу отдельно.
Эффекты типа шкалы нониуса и парадокса стрелка (обусловленные попиксельным сложением) работают в одном глазу.
Складываются в зрительной системе далее не сигналы от каждого пиксела а более сложные зрительные образы.

Поэтому коэффициент 1.4 притянут тут из статистики ( правильной науки) за уши,  а надо бы за....глаза...