Re: [問題] 為什麼相機的動態範圍比人眼還弱？

[jhangyu (jhangyu)]

抱歉要回答這個問題，可能會解釋到細胞生物學相關的東東
如果想直接看結論的可以直接拉到最後一頁看結論 :)

這邊引用一下之前上課用的投影片：

http://i.imgur.com/JoGN2Oh.png
這張解釋了視網膜感光層內含視錐細胞和視桿細胞

http://i.imgur.com/OfIWh3J.png
無論是視錐細胞或是視桿細胞內都含有堆疊多層的感光層
以增加捕捉光子的效率
感光層是類似細胞膜的延伸，上面富含視感光蛋白 (rhodopsin)

http://i.imgur.com/WZSvMPj.png
感光蛋白內部含有一個關鍵元素：Retinal
在沒有光線刺激時，Retinal呈現一個彎曲的結構(cis-form|順式)
當吸收到特定能階的光線後，Retinal產生異構化，變成trans-form|反式
這個構型的改變會推動感光蛋白結構上的一個"開關"(某個residue)
使感光膜蛋白產生形變，推動下游的反應

http://i.imgur.com/JdopCHq.png
Rhodopsin可和Gαβγ蛋白組成GPCR (G Protein Couple Receptor)複合體
形成感知光線->傳遞化學訊號的巨大機器

http://i.imgur.com/4zdnWV3.png
這張是完整的訊息傳遞路徑圖
視細胞上面的感光層上面的Rhodopsin裡面的Retinal接受到光訊號 (嗯，多層嵌套)
Retinal產生異構化->推動Rhodopsin產生形變->推動Gβγ蛋白將GTP去磷酸化
高濃度的GDP將PDE活化->活化後的PDE將Cyclic GMP代謝成GMP->PDE將納鉀離子通道關閉
膜上原本維持的靜止膜電位被破壞->中斷的電訊號產生
最後大腦將中斷的電訊號解釋成視覺訊號



======以下開始解釋人眼HDR效果的來源=====

http://i.imgur.com/tIn4ICL.png
Rhodopsin與Gαβγ蛋白組成的GPCR Complex形成了感知->化學訊號傳遞的機構
但這個機構產生訊號的過程為一個負回饋的模式：
Rhodopsin產生訊號->Gβγprotein在將GTP去磷酸化時造成自己本身磷酸化
(磷酸根從GTP身上轉到G protein身上)
而Gβγprotein本身可供磷酸化的磷酸結合位是有限的
當所有磷酸位都被磷酸化之後，該GPCR Complex便喪失了傳遞訊號至下游的能力

因此，在G protein傳遞訊號的同時也降低了往後傳遞訊號的能力
(也就是該GPCR Complex "感光度"的下降)

而若在所有磷酸位都被磷酸化之後，繼續給予高強度的光訊號刺激
細胞便會啟動保護機制，派遣Arrestin將G protein上的磷酸位"蓋住"
此時，該GPCR Complex正式宣佈暫時報廢，無法在短時間內傳遞出任何訊號
這也是為何人眼在直視強光之後，即使回頭望向不那麼明亮的區域
依然會在視野上留下一個原本強光源形狀的"暗班"
因為此視網膜區域視細胞上的感光複合體都暫時性的"報廢"了

需要等待細胞將所有被異構化的Retinal重新轉成Cis-form
並讓Arrestin離開G protein解除對其的保護管束 (需要比較長的時間)
該區域內的感光細胞才能重新恢復作用

==========總結，懶得看細胞內部生理機制的可以直接看這邊==========

人類眼球視網膜上的感光細胞會動態、迅速的調整對光線的敏感度
使視網膜上各區域的感光度不同 ---- 亮區感光度低、暗區感光度高
產生所謂的"人眼HDR"效果


以上如果有錯誤請各位大大不吝情指正
謝謝大家 ><

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→ aztec1234: 這就是隔行如隔山...
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推 PF30: 所以就是一個很厲害的生物減光機制嗎 @@
推 angel5566: cis-是順式，trans-是反式
→ canandmap: To 原po:感謝!
→ jhangyu: 抱歉17樓我智障了，修正一下><
→ jhangyu: To 16樓：感覺如果稱為「減訊」機制比較符合？
推 jasonher: 推專業文  (愛生物的二類組
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→ EF1635mm: 看不懂也要跪著看完
→ EF1635mm: 補推
推 Yifong:
推 atony8155: 既然人類已經非常了解人眼感光的原理，想請問相機是有
→ atony8155: 機會追上人眼的嗎？謝謝
有喔！之前板上有一篇提到「餘數相機」的  #1Lr29SSX (DSLR)
應該就有機會解決這個問題了
推 yankae: 優文 推推!
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推 cft104: 您幹嘛這麼專業......
推 hawk920412: 我只看得懂最後一段XDD
推 yenchieh1102: 回樓上：有機會，看看iphone的HDR就知道了
推 TarokoSam: 好強啊(跪)
推 mattjhang: 那個其實rod cell是含rhodopsin(視紫),主要負責低光的
→ mattjhang: 視覺，cone cell含iodopsin(碘視紫),負責高亮度的視覺
→ mattjhang: 跟顏色
感謝補充，我們系的課都偏分生不太偏生理，iodopsin這個就沒學到 O3O
推 ll796462: 推專業‼ 完全沒印象曾在胞生學過XD
推 allanex: 快推免得被發現看不懂
推 Laviathan: 快推不然別人以為我看不懂
推 a910115: 同為生科人推個
推 loverossi46: 反正我是信了
推 s04416: 推推
推 anandydy529: 好險我只看的懂第一行在寫什麼
※ 編輯: jhangyu (122.116.126.155), 08/20/2017 21:40:08
推 morgan1011: 釣到高手惹
推 fiiox3: 太神惹
推 unojazz: 推
推 jeff7691: 我還覺得人眼的對焦性能超強大的，對近對遠隨心所欲
推 jeff7691: 突然想到，那有些明暗的視覺錯覺也是因為這個原因嗎?
→ jeff7691: http://i.imgur.com/KwDoMiE.jpg
別這樣你讓老花眼的人情何以堪XDDD
其實人眼的"光圈"沒有很大，對焦行程比相機短很多XD
如果要討論眼球對焦結構的話我大概只學到高中睫狀肌什麼的
更細部的要請學過解剖學的大大解釋XDD
是說那個圖我覺得還是大腦的錯覺比較多，即使有視網膜的影響應該也不大
畢盡光源的亮暗度差異不是到非常的明顯
推 ferrinatice: 推
推 Liangsr1: 專業推
推 rjhowmanyo: 看不懂 但是好像不推又不行 XD
※ 編輯: jhangyu (122.116.126.155), 08/20/2017 23:31:17
推 PF30: 另外很好奇大腦怎麼知道要把變形修正
→ jhangyu: 視網膜不是平的喔～是貼在眼球一側成球體的一個拋物面
→ jhangyu: 要修正的變形量應該比較少吧？(嗎？
推 mattjhang: 人眼的對焦調整結構就真的只有睫狀肌，它收縮或舒張會
→ mattjhang: 調整水晶體的曲率，所以就可以對焦在近或遠處，正常的
→ mattjhang: 眼睛聚焦有兩個，角膜(屈光度52.9D)，水晶體(最大約7D)
→ mattjhang: ，所以焦距大概是1m/60=17mm
→ jhangyu: 推樓上專業
→ jhangyu: 啊我不能推，QQ
推 mattjhang: 至於瞳孔，就相當於光圈，可是我忘記它的大小了XD
推 likeyousmile: 推
→ mattjhang: 然後那個錯覺應該只是大腦內的判斷，為了辨別顏色遠近
→ mattjhang: 立體之類做出的判斷結果。我認為跟眼睛應該沒有關係(吧
→ mattjhang: ？
推 eson031545: 文組看不懂嗚嗚
推 mazmaitag56: 快推不然別人以為我看不懂
推 jeff7691: 感恩專業解說推
推 dcdc: 不過把暗的區域看成亮的要用什麼訊息傳遞機制解釋比較好啊~
→ dcdc: ?
推 k13223344: 推推推推！！！！！！！！！
推 strike5566: 優質好文
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推 boy78125: 專業推!!
推 wangleo: 很佩服這麼細緻的研究,對治療盲人視力一定也很有幫助!
推 drink0206: 跪著看文…
推 l17: Campbell生物課本有寫這段XDD
推 zack2004: 我的天鵝啊！我跪著看完！
→ attdave: 有神快拜
推 attdave: 看到Retinal這個字我直覺想到Retina螢幕，或許iphone9
→ attdave: 真的可以把HDR作到完美
推 aaa123867: 我的天啊好猛喔…
推 peterkuok: 太神啦
推 minipc: 可以簡化說成眼睛有雙感光元件搭配自動ISO嗎？
→ minipc: 再配合腦補處理器,當然超威
推 Jmoe: 多點科普知識XD
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