O que falta para uma câmera atingir a precisão do olho humano?

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Muitos mamíferos levam vários dias até que consigam enxergar o mundo exterior, pois é difícil adaptar os olhos à luminosidade após longos períodos de incubação no ventre materno. Nós não somos diferentes, abrir os olhos não é a primeira ação que realizamos ao nascer. Mas depois que eles são abertos pela primeira vez, passamos toda a vida descobrindo novas formas e cores.

A visão nos permite experiências e sensações incríveis. E é por isso que surgiram as câmeras fotográficas, porque as pessoas queriam compartilhar experiências com outras, fosse um jantar, uma reunião de família ou um casamento. O mesmo que ocorreu com as pinturas, que surgiram para eternizar momentos, em tempos que a fotografia não existia nem em sonhos.

Com o passar do tempo, as câmeras fotográficas evoluíram e, a cada nova geração, os aparelhos conseguem resultados mais parecidos com o que enxergamos realmente. Mas será que algum dia as câmeras poderão capturar imagens tão perfeitas quanto as que enxergamos a olho nu? Afinal, o que falta para que as câmeras fiquem tão boas quanto os olhos?

De ponta-cabeça

Você sabia que as imagens chegam de cabeça para baixo na sua retina? Isso acontece porque a luz é invertida nas lentes dos seus olhos. Para que ninguém se perca, as imagens passam pelo nervo ótico e são invertidas novamente, já no cérebro. Com as câmeras o mesmo processo é realizado, mas a inversão é feita de dois modos distintos.

Fonte da imagem: Erin Silversmith

O primeiro deles é realizado antes de as fotos serem batidas. Como você pode observar no infográfico, existe um espelho retrátil na frente do sensor de imagens. A luz passa pelas lentes e chega até este espelho, onde é refletida para um prisma e é mostrada da maneira correta no visor da câmera.

Quando o fotógrafo aciona o disparador, este espelho é levantado e a luz – que não sofre mais desvios – é direcionada para o sensor ou filme. No sensor, ela chega de cabeça para baixo, então um chip conversor realiza a inversão e no visor LCD, ou no computador, a fotografia estará da maneira correta.

Quantos megapixels você enxerga?

Quando as câmeras digitais chegaram ao mercado, modelos com 2 ou 3 megapixels de resolução eram mais do que suficientes para os consumidores, pois ainda não eram compreendidos os outros fatores necessários para a captura de imagens com qualidade. Megapixels são referentes apenas ao tamanho das imagens geradas.

Hoje já existem câmeras com mais de 20 megapixels de resolução máxima — lembrando que uma câmera com 12 MP criaimagens com 4200 x 2690 pixels, bem maiores do que os padrões Full HD para vídeos. Agora imagine quantas fotografias você conseguiria enxergar de uma só vez, caso colocasse várias em uma parede gigantesca.

Você sabe quantos megapixels consegue enxergar? Nas câmeras digitais existem os photosites, cada um deles responsável por um ponto das imagens (pixel). Nos olhos o photosite é substituído por cones e bastonetes, sendo que possuímos cerca de 576 milhões deles em nossos olhos. Ou seja, são 576 milhões de pontos luminosos por vez, ou 576 megapixels.

Mas a visão humana é ainda mais avançada, pois além da captura superior, também possuímos um sistema interno de interpolação das imagens. Interpolação é um processo utilizado por programas de edição de imagens para aumentar artificialmente a resolução das imagens capturadas.

Com a interpolação sendo feita pelas próprias células oculares, a visão humana amplia os 576 megapixels para deixar as imagens captadas com ainda mais qualidade. Vale dizer que estas resoluções não são influenciadas por miopia, hipermetropia ou astigmatismo, estas condições visuais são referentes ao foco, não às dimensões das imagens.

“Abre o olho, menino! Já é meio-dia!”

Na próxima vez em que sua mãe disser isso para você, não reclame, apenas diga que isso torna tudo ainda mais difícil. Logicamente você precisa de uma explicação para isso, e nós a temos: sempre que mudamos de ambiente, sofremos com a mudança no nível da luminosidade disponível nos dois locais.

Para que nossos olhos não sejam castigados, existe a pupila, que controla quanta luz passará pela íris e chegará à retina. Em ambientes escuros, a pupila é dilatada e mais luz é percebida, o que facilita que enxerguemos, mesmo sem a utilização de luzes artificiais. Quando acontece o contrário, as pupilas são contraídas e menos luz chega à retina, normalizando a luminosidade percebida.

Nos filmes e sensores fotográficos, essa capacidade de adaptação a alterações na luminosidade é realizada pelo diafragma, um conjunto de lâminas que podem abrir ou fechar, de acordo com a quantidade de luz que os fotógrafos desejam capturar em suas câmeras.

Quando estiver aberto, o diafragma capta mais luz, do mesmo modo que as pupilas quando dilatadas. Fechado, menos luz chega ao sensor, evitando que a fotografia saia superexposta ou que o filme utilizado seja queimado (o que também poderia acontecer com a retina, caso a pupila não impedisse a entrada de luz).

O ISO dos olhos

A capacidade de captar luz em um filme ou sensor é medida pelo ISO referente a ele. Isso também é relacionado à velocidade da captação. Quanto maior o ISO, maior sua sensibilidade e por isso é necessário menos tempo de exposição para que as imagens fiquem mais bem iluminadas.

Uma pesquisa realizada por Haje Jan Kamps (fotógrafo e jornalista) aponta para números concretos da sensibilidade ocular. Ele afirma que o olho humano trabalha com ISO máximo e mínimo, sendo que este último equivale a um filme ISO 25 e é utilizado em dias bastante claros e ensolarados.

Mas o que realmente surpreende é o ISO máximo, referente às captações de luz em ambientes muito escuros. Imagine-se em um ambiente com pouca luz, somente a luz da lua. Neste local, você pode enxergar razoavelmente bem e guiar-se sem problemas, mas caso tire uma fotografia, dificilmente algo será identificado posteriormente. Mesmo com flash, é possível que a imagem saia granulada.

Isso acontece porque a sensibilidade ISO dos olhos é muito superior à sensibilidade dos sensores. Kamps afirma que o olho humano é 600 vezes mais sensível do que as câmeras mais modernas, ou seja, se comparado aos tradicionais ISO 100 de alguns filmes, nossa sensibilidade seria similar a ISO 60.000. Apesar deste número altíssimo, só percebemos as diferenças até o ISO 800.

Focar e desfocar

Você se lembra dos clipes da banda ABBA? Em vários deles, as duas vocalistas ficavam em planos diferentes e as câmeras criavam efeitos de focalização bastante inovadores para a época. Quando a cantora da frente estava bastante nítida, a do fundo era desfocada, logo depois o processo era invertido.

Utilizando dois objetos e seus olhos você pode criar o mesmo efeito. Deixe um deles perto dos seus olhos e o outro mais longe. Sempre que você focalizar em um deles, o outro será desfocado. Isso acontece porque, assim como as câmeras, seus olhos também possuem distância focal.

A diferença é que, enquanto as câmeras precisam de ajustes nas lentes (sabe quando os fotógrafos ficam girando as lentes? É isso!), os olhos fazem todos os ajustes automaticamente. O processo é tão veloz que nem chegamos a perceber.

Fotografia Macro

Se você tem miopia, as imagens são formadas antes de chegar à sua retina. Isso faz com que os objetos que estão longe fiquem desfocados e os que estão mais próximos continuem nítidos. Conhece algo assim na fotografia? Acertou quem se lembrou das fotos em Macro, pois elas são capturadas em um processo bastante similar.

Neste tipo de fotografia, as lentes são modificadas para que a distância focal seja muito curta. Assim, apenas o que está próximo às lentes é enviado ao sensor da maneira correta. Os elementos mais distantes são desfocados, como se o fotógrafo pudesse aplicar o desfoque gaussiano em tempo real nas imagens capturadas.

Fonte das imagens: Ana Nemes

Mas há outro elemento que também é essencial para estes momentos: a profundidade de campo. Referente à abertura do diafragma, a profundidade de campo também pode ser identificada nos olhos humanos, sendo relacionada à íris.

Quando o diafragma é aberto, a profundidade do campo diminui. Então, somente o que está próximo às lentes é capturado com foco otimizado (Macrofotografia). Já quando o diafragma é fechado, a profundidade de campo é aumentada e as câmeras capturam distâncias mais longas com a mesma focalização.

Você também pode fazer isso

Você pode fazer uma experiência aí mesmo na sua casa. Deixando um objeto próximo a seus olhos, você pode perceber que a focalização deste objeto resulta no desfoque de todos os outros elementos que estiverem no mesmo cômodo. Para que o que está próximo possa ser visto com mais nitidez, a sua pupila é dilatada, assim como acontece com o diafragma das câmeras.

Agora deixe este objeto de lado e olhe para fora por sua janela. Busque um carro estacionado há vários metros e veja como o foco nele não é dos melhores. Com uma câmera, seria preciso fechar o diafragma para focalizá-lo, então para realizar algo similar com os olhos, você pode contrair os olhos. Deste modo a profundidade de campo é aumentada e os objetos mais longínquos podem ser vistos com mais clareza.

Distância mínima focal

Tirar fotos muito próximas não é algo possível (mesmo com as melhores lentes Macro), pois existe uma distância mínima compreendida pelas lentes, da mesma maneira que acontece com os olhos. Se não concorda com isso, coloque um papel com texto muito próximo a seu rosto.

Só será possível ler o texto quando o papel estiver a uma certa distância, conhecida como (a recém-citada) distância mínima focal. À medida que envelhecemos, o cristalino do olho (uma das lentes internas) começa a perder a elasticidade e a distância mínima focal aumenta. É por isso que algumas pessoas idosas precisam afastar muito os textos para que consigam ler.

Existe uma forma de tirar fotografias aumentando a profundidade de campo e criando uma distância focal que não existe. Para isso é necessário usar uma lente grande angular, que aumenta o ângulo alcance da câmera e permite a captação de imagens maiores em espaços pequenos sem distorcê-las.

Em que a câmera é superior?

Até agora nós vimos uma série de pontos positivos que os olhos apresentam e que as câmeras ainda não conseguem imitar totalmente. Mas será que não há nenhum ponto em que os aparelhos superam os globos oculares? Na verdade existem alguns, mas o cérebro é um processador muito superior a qualquer outro, por isso não chegamos a percebê-los.

É o caso do ponto cego ocular. Há locais das imagens que nossos olhos não conseguem captar, pois são formados em um local onde não existem células receptoras de luz, exatamente onde o nervo ótico encontra a retina. Como dissemos, o cérebro possui uma capacidade de processamento muito grande, isso resulta no preenchimento do ponto cego em tempo real.

As câmeras não contam com um processador tão bom, mas também não precisam nesse caso. Como o sensor de imagens é um item único, as capturas são únicas, não resultando em pontos que não podem ser armazenados nas fotografias.

Outro ponto importante é a questão do armazenamento. Por mais que algumas pessoas consigam guardar muitas lembranças visuais em suas memórias, as fotografias superam o ser humano nesse ponto. Além da possibilidade de mostrar locais e experiências para os amigos, existe a questão da recordação tangível.

Quando visitamos alguma nova cidade, muito do que nos lembramos dos locais são mistos de memória real com imaginação. As fotografias são (salvo casos em que existe edição e montagem) relatos fiéis do que aconteceu em determinado momento. Em um resumo, enquanto as câmeras tiram foto, os olhos apenas transmitem vídeo por streaming para o cérebro (e pontos importantes ficam armazenados em cache).

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Como vimos, ainda há muito para ser melhorado nas câmeras, até que elas fiquem tão poderosas quanto o olho humano. A capacidade e velocidade do olho em adaptar-se a novos ambientes (em questões de luminosidade) é muito superior aos mesmos atributos relacionados aos eletrônicos.

Quanto à sensibilidade de luz, também está bastante certo que o ISO dos olhos é maior. Os sensores e filmes precisam ser melhorados para chegarem mais perto do olho humano, mas é difícil que seja possível encontrar maneiras de simular a visão humana com perfeição. Pelo menos em um futuro próximo.

Também é preciso lembrar que o olho humano enxerga imagens em três dimensões, algo que ainda é muito primitivo nas câmeras fotográficas. E você, acha que as câmeras poderão se equiparar aos olhos algum dia?

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Infográfico por Diogo Saito Takeuchi