Фасеточные глаза - плюсы и минусы.

[Эрнесто де Сырно]

Фасеточные глаза - плюсы и минусы.

В общем, предлагаю обсудить вопрос, а какой тип глаз лучше - простые, или фасеточные? Почему насекомые используют именно фасеточные глаза, а крупные животные - простые. У меня есть свое мнение по этому вопросу, но хотелось сначала узнать мнение коллег. Я не уверен, что считаю правильно, может быть, мне ткнут носом в нужный учебник по оптике/биологии.

[Eshma]

Простые

Потому что у них не глаза а светочувствительные "сенсоры обнаружения препятствий и поверхностей" без распознавания образов. Зато с ик, ближним ультрофиолетом и учетом поляризации

Плюс простых - они видят. Минус фасеточных - они ни хрена не видят. Минус простых - требуют развитого зрительного центра. Плюс фасеточных - не требуют

 

[Звёзды Светят]

Минус фасеточных - они ни хрена не видят.

 

????

 

[Эрнесто де Сырно]

Минус простых - требуют развитого зрительного центра. Плюс фасеточных - не требуют

по этому пункту позволю себе с вами не согласиться. С точки зрения обработки артинки единственное отличие простых глаз от фасеточных - у простых глаз перевернутое изображение. Но устранить это переворачиваени - не шибко сложная обработка сигнала. Тупо перекрутить жгут нервных леток на 180 градусов. Кроме того, для большинства механизмов обработки изображения даже такое перекручивание не очень нужно. Например принцип "летим к источнику света", либо "поддерживаем постоянный пеленг на солнце чтобы лететь прямо" у простых и у фасеточных глаз работает одинаково.

 

Но простые глаза дают намного более качественную картинку, простые характеристики которой можно легко обработать. Ну хотя бы точнее направление на солнце определить. При этом они нечем не хуже фасеточных. Или хуже?

[Eshma]

по этому пункту позволю себе с вами не согласиться

Простое зрение требует развитого распознавания образов. Фасеточное не требует

Но устранить это переворачиваени - не шибко сложная обработка сигнала

Если бы можно было получить сырую картинку с сетчатки она была бы очень фиговой. Хорошей ее делает масса исправлений и сложение изображений от серии саккад с последующем активным домысливанием

Это две одинаковые картинки. Например. Но мозг пытается определить параллельность линий и на этой картинке ошибается (на этом процессе  вообще есть куча иллюзий)

А это вложенные окружности. Мозг видит спираль

Фигуры одинаковые

Мозг настойчиво домысливает белый треугольник

Мозг домысливает движения

На картинке есть 12 черных точек. Мозг их ретуширует и увидеть их одновременно не получается

Ну вот как-то так

Изменено 17 May 2020 пользователем Eshma

[Eshma]

Например принцип "летим к источнику света", либо "поддерживаем постоянный пеленг на солнце чтобы лететь прямо" у простых и у фасеточных глаз работает одинаково.

Обладатели простых глаз решают более сложные задачи

При этом они нечем не хуже фасеточных. Или хуже?

В узкой нише "сенсор определения поверхности в заданном направлении" хуже.

 

[plmkoi]

На картинке есть 12 черных точек. Мозг их ретуширует и увидеть их одновременно не получается

У меня получилось.

[Eshma]

У меня получилось.

А какой процент экрана занимало изображение? Чем меньше тем лучше работает иллюзия

[Crusader]

В общем, предлагаю обсудить вопрос, а какой тип глаз лучше - простые, или фасеточные?

 Очень просто: у вас глаза какие?)

[Eshma]

Очень просто: у вас глаза какие?)

Ну это вот личная информация. Да и вот вы так уж уверены в ответе?

[Эрнесто де Сырно]

Если бы можно было получить сырую картинку с сетчатки она была бы очень фиговой.

Но в любом случае лучше, чем у фасеточного глаза. Любая фотокамера может быть наглядной демонстрацией возможностей простых глаз.

Обладатели простых глаз решают более сложные задачи

Это верно. Но никто не заставляет решать только сложные задачи. Можно решать и простые.

В узкой нише "сенсор определения поверхности в заданном направлении" хуже.

Ну вот допустим, фасеточные глаза не только дают очень фиговое изображение, да и еще имеют при отвратительной разрешающей способности огромные габариты. Можно было бы сделать несколько простых глаз, которые смотрят во все стороны и строят изображение без лишней подвижности глаз и дают обзор во все стороны.  Но нет,используют фасеточные.

Очень просто: у вас глаза какие?)

Я смог бы сравнить фасеточные и простые глаза напрямую, только если бы у меня были глаза обоих типов. Но, к сожалению это не так. Поэтому приходится теоретизировать и философствовать.

 

[Eshma]

Ну вот допустим, фасеточные глаза не только дают очень фиговое изображение, да и еще имеют при отвратительной разрешающей способности огромные габариты.

Нет вообще оснований полагать что они дают хоть какое-то "изображение" в человеческом понимании. Они дают серию замеров уровня излучений разных длин волн с разных направлений, сложить которые в изображение у насекомого просто нечем. Ну вот касаетесь вы предмета. Получаете ли вы информацию о его форме? Да, массу с массы сенсоров. Изображение ли это? Не-а

Стрекоз вот исследовали. Зрительный сигнал от каждой секции обрабатывается цепочкой в три нейрона независимо для каждой секции. Очень быстро, быстрее реакции человеческого зрения в разы, очень просто и на "изображение" и близко не похоже

Можно было бы сделать несколько простых глаз, которые смотрят во все стороны и строят изображение без лишней подвижности глаз и дают обзор во все стороны.  Но нет,используют фасеточные.

А зачем? Чтобы это хорошо работало нужно бинокулярное стереоскопическое зрение для каждой пары глаз, большие глаза, система фокусировки и очень много мозга для обработки или будет как у пауков, обзор широкий но видит сантиметров на 30

Изменено 17 May 2020 пользователем Eshma

[Эрнесто де Сырно]

Нет вообще оснований полагать что они дают хоть какое-то "изображение" в человеческом понимании.

Я бы предположил, что все же какое-то подобие изображение у них есть.

Стрекоз вот исследовали. Зрительный сигнал от каждой секции обрабатывается цепочкой в три нейрона независимо для каждой секции. Очень быстро, быстрее реакции человеческого зрения в разы, очень просто и на "изображение" и близко не похоже

У пленочного фотоаппарата оно вообще никак не обрабатывается в процессе съемки. Так и остается после фотографирования в то виде, в котором была. Но изображение есть.

 

В общем, предлагаю сравнить простые и фасеточные глаза по следующим параметрам:

1. Разрешающая способность.

2. ночное зрение.

3. Быстрота реакции.

[Eshma]

Я бы предположил

А с чего?

У пленочного фотоаппарата оно вообще никак не обрабатывается в процессе съемки. Так и остается после фотографирования в то виде, в котором была. Но изображение есть.

1. Обрабатывается. Оптикохимически. Объектив фокусируется, компенсирует оптические искажения и балансирует освещенность. Потом слои пленки фильтруют поток а сенсибилизированные гранулы реагируют или не реагируют в зависимости от чувствительности и слоя в котором находятся. А потом это все еще и печатается с учетом особенностей человеческого зрения, причем может быть напечатано сотней разных образов с разным визуально результатом

2. Нету. Изображение есть в мозгу у зрителя, на фото только причудливо расположенные гранулы. Та же стрекоза или паук на отпечатке абсолютно ничего не увидят кроме плоской поверхности (ничто не движется, резких перепадов освещенности нет => для них там нет никакой информации).

В общем, предлагаю сравнить простые и фасеточные глаза по следующим параметрам: 1. Разрешающая способность. 2. ночное зрение. 3. Быстрота реакции.

Прочтите выше. 

Изменено 17 May 2020 пользователем Eshma

[Эрнесто де Сырно]

1. Начнем с разрешения.

Оно с одной стороны, ограничено количеством пикселей на матрице, с другой - совершенством оптики, которое создает изображение. И у фасеточных глаза именно качество оптики хуэе некуда. Разрешающая способность оптического прибора пропорциональна его размерам. А значит, чем меньше глаз, тем он хуже. Большое количество пикселей не решает эту проблему - нет качественной картинки - нет информации, которую можно обработать.

2. Ночное зрение. Способность любого сенсора что-то обнуржить больше всего ограниченна его внутренними шумами. Обычно нет проблем усилить сигнал до нужного уровня, но если шума в нем больше, чем полезного сигнала, то особой пользы от сенсора нет.

Для борьбы с шумом полезно сложить просто взять среднее арифметическое от несколько раз измеренного одного и того же параметра. ПОлезный сигнал будет везде одинаковый, а шум - везде разный. В результате шумы подавят друг друга, а полезный сигнал усилится.

Ночью мы плохо видим не потому, что у сетчатки не хватает чувствительности, а потому, что её внутренние шумы заглушают полезный сигнал. Чтобы убрать шум надо или долго всматриваться в один предмет (чтоы сложить несколько одинаковых сигналов), или увеличить размеры глаза и размер изображения. Во втором случае можно просто сложить сигналы от находящихся рядом пикселей и сразу получить изображение без шума. Это быстрее, чем долго ждать смотря одним пикселем. Способность за приемлемое время отфильтровать шум зависит от способности создать большое и качественное изображение. О качестве картинки у фаесточных глаз я уже говорил.

3. Быстрота реакции. Говорите, главное преимущество фасеточных глаз - это простота? Поставьте перед тем же глазом стрекозы собрающую линзу, и можно получить качественное изображение не ухудшив время. А для обработки сигнала использовать те же 3 нейрона на каждую секцию.

 

[Eshma]

Поставьте перед тем же глазом стрекозы собрающую линзу, и можно получить качественное изображение не ухудшив время

Вы получите слепую стрекозу

[Эрнесто де Сырно]

В общем, у меня такая гипотеза о преимуществах фасеточных глаз перед простыми. Простые глаза лучше сложных во всех ситуациях, кроме одной - когда надо увидеть что-то, что находится очень близко к насекомому. Порядка размеров насекомого. Чтобы хорошо видеть, простому глазу требуется фокусировка. А чтобы её было легко делать, очень желательно, чтобы расстояние до объекта было намного меньше фокусного расстояния глаза. Но вот беда, если делать простой глаз удовлетворяющий этим условиям, он получится очень маленьким. А у маленького глаза будет маленькая площадь сетчатки, мало рецепторов. Это потребует от насекомого избыточно долгой экспозиции, чтобы что-то увидеть, и быстрая реакция будет возможна только при очень ярком освещении. Кроме того, из за маленьких размеров такой маленький глаз будет плохо видеть - иметь маленькую разрешающую способность как из за оптики, так и со стороны матрицы. Простое увеличение размера глаза решило бы эту проблему, но вот беда, на очень близкие предметы он не сможет сфокусироваться. А такие близкие предметы насекомому даже важнее, чем далекие.

 

Кроме того, для насекомого неприемлемо большое время экспозиции. В мире насекомых любые действия совершаются очень быстро, и просто нет времени на раздумья. А значит, требуется минимальное время реакции. Но оно  требует большого количества рецепторов в сетчатке, чтобы можно было быстро подавить внутренний шум сетчатки путем сложения сигнала от разных рецепторов. Но вот беда, нужное количество рецепторов в простой глаз не влезает. А увеличить глаз также нельзя из за проблем с фокусировкой.

 

Фасеточные глаза могут быть решением этой проблемы. Складывая сигналы из соседних глазков можно быстро отфильтровать шум и уменьшить время реакции. У каждого глазка очень маленькие размеры, а значит маленькое фокусное расстояние и отсутствие проблем с фокусировкой. При этом обработкой сигнала можно в некоторых случаях даже немного увеличить разрешение. Но в целом маленькие глаза далекие предметы видят очень плохо, зато хорошо видят близкие и обладают быстрой реакцией просто за счет меньшего уровня шума.

 

У крупных существ фасеточные глаза уже не имеют преимуществ. Рассматривать очень близкие предметы уже не требуется, время реакции не так критично (все равно большое животное двигается медленно в силу своих размеров), зато в голову влезает мозг для сложной обработки картинки, а в сетчатку - достаточно рецепторов, чтобы эту картинку получить.

 

ИМХО, главное преимущество фасеточных глаз - возможность наблюдать очень близкие предметы за счет маленького фокусного расстояния и быстрота реакции за счет сложения сигналов от соседних фасеток.

[Eshma]

Знаете зачем пауку 8 глаз и 8 лапок? Чтобы сделать достойный вышеизложенного фейспалм

[Крысолов]

[Eshma]

Опубликовано: только что

Так что страшно то?

В теме уже было про специализированно ближнее зрение паука. Если коллега не верит мне, мог полезть и проверить

В теме уже было про специализированно дальнее зрение части омматидиев стрекозы. Тварюшка видит цель размером с муху метров на десять так. Если коллеге интересно, мог полезть и проверить.

Но не таков думающий человек. Вселенную он прозревает силой разума, житейских соображений и знаний, причерпнутых в фотокружке

Изменено 19 May 2020 пользователем Eshma

[Крысолов]

Так что страшно то?

Что страшно? Паук делает фейспалм вообще то

[Eshma]

Что страшно?

Как что? Как обычно, зомбоапокалипсис

Паук делает фейспалм вообще то

Но одной лапкой. В этой теме надо минимум четырьмя

[Эрнесто де Сырно]

В теме уже было про специализированно ближнее зрение паука.

Где?

В теме уже было про специализированно дальнее зрение части омматидиев стрекозы. Тварюшка видит цель размером с муху метров на десять так. Если коллеге интересно, мог полезть и проверить.

Где?

Согласен, можно было бы это проверить, но об этом никто явно не говорил.

Как вы думаете, зачем пауку так много глаз, и почему их не два?

 

Да и вообще, я тут физику зрения хотел обсудить, а коллеги сразу ругаться начали.

Изменено 19 May 2020 пользователем Эрнесто де Сырно

[Eshma]

Да и вообще, я тут физику зрения хотел обсудить, а коллеги сразу ругаться начали.

Физику зрения в отрыве от обработки сигнала обсуждать смысла нет. 

Видите ли, насекомые это тупые биороботы. Они даже тупее большинства коллег. От Ильи Ефимович Репина на этюдах в них очень мало а много от самонаводящейся боеголовки. Зрение им нафиг не нужно, нужны сенсоры с дальномером и детекцией движения, омматидии это что то такое вот

[digger]

 Большой размер пикселя - большая светочувствительность и бонусы вроде поляризации и диапазонов.С мегапикселами пчеле и так нечего делать, у нее нет столько мозга. С крошечными простыми глазами с маленьким пикселом и без хорошей постобработки увидишь меньше, чем с фасеточными. Быстрота реакции необходима, как как всё маленькое и быстрое. Хотя может быть это все фигня и глаза паука лучше, фасеточные глаза возникли в результате эволюции и обратно в простые с сетчаткой превратиться не могут.