Apakah bulan hanya 60 piksel?


65

Dalam melakukan penelitian tentang penglihatan, saya telah belajar bahwa penglihatan "20/20" berhubungan dengan ketajaman visual untuk dapat menyelesaikan perincian 1 arcminute dalam ukuran, bahwa kebanyakan orang memiliki sekitar 20/15 penglihatan , dan itu karena keterbatasan fisiologi pada dasarnya tidak ada yang memiliki visi lebih baik dari 20/10 visi. Ini adalah batas atas dari rincian penyelesaian tentang ukuran 0,5 arcminutes.

Menurut Wikipedia, bulan memiliki lebar sekitar 30 arcminutes jika dilihat dengan mata telanjang.

Menyatukan ini, dan tampaknya mengatakan bahwa ketika melihat bulan dengan mata telanjang tidak ada yang bisa melihat lebih detail daripada yang akan terlihat dalam gambar 60x60 bulan
Bulan dengan latar belakang hitam, 60 × 60 piksel
dan bahwa rata-rata orang tidak dapat melihat lebih detail daripada dalam versi 40 × 40
Bulan dengan latar belakang hitam, 40 × 40 piksel

Itu tampak sangat kecil di monitor saya. Bisakah itu benar-benar detail yang bisa kulihat di bulan dengan mata telanjang?

Jawaban:


48

Sepertinya tidak terlalu mengada-ada bagi saya. Tentu, Anda mungkin mati beberapa piksel, karena perbedaan antara mata manusia dan monitor komputer, tetapi urutan besarnya tampak benar - detail dalam gambar Anda, dilihat dengan cermat, lebih atau kurang cocok dengan apa yang saya lihat ketika saya lihat bulan purnama.

Tentu saja, Anda dapat dengan mudah mengujinya sendiri: pergi keluar pada malam yang gelap, ketika bulan penuh, dan melihat apakah Anda dapat melihat dengan mata telanjang Anda setiap detail yang tidak terlihat (bahkan di bawah pembesaran) dalam gambar yang diskalakan untuk cocokkan penglihatan Anda. Saya menduga Anda mungkin dapat melihat beberapa detail tambahan (terutama di dekat terminator, jika bulan tidak sepenuhnya penuh), tetapi tidak terlalu banyak.


Untuk tes yang lebih objektif, kita bisa mencoba mencari peta awal atau sketsa bulan yang dibuat oleh para astronom sebelum penemuan teleskop, yang mungkin seharusnya mewakili batas apa yang bisa diselesaikan oleh mata telanjang manusia. (Anda perlu memiliki penglihatan yang baik untuk menjadi astronom pada masa itu.)

Sayangnya, ternyata, sementara penemuan teleskop di awal 1600-an membawa banjir gambar bulan, dengan setiap astronom mulai dari Galileo sendiri bergegas untuk melihat bulan melalui teleskop dan membuat sketsa apa yang mereka lihat, sangat sedikit gambar astronomi (sebagai lawan murni artistik) dari bulan diketahui dari sebelum periode itu. Rupanya, sementara para astronom awal itu sibuk menyusun bagan bintang yang sangat akurat dan melacak gerakan planet dengan mata telanjang, tidak ada seorang pun yang menganggap gambar bulan dengan akurat - bagaimanapun, jika Anda ingin tahu seperti apa bentuk bulan, yang harus Anda lakukan hanyalah melihatnya sendiri.

Mungkin perilaku ini sebagian dapat dijelaskan oleh pendapat filosofis yang berlaku pada saat itu, yang, dipengaruhi oleh Aristoteles, berpendapat bahwa surga adalah ranah keteraturan dan kesempurnaan, yang bertentangan dengan kerusakan dan ketidaksempurnaan duniawi. "Bintik-bintik" yang terlihat jelas di muka bulan, oleh karena itu, terutama dianggap sebagai sesuatu yang memalukan secara filosofis - bukan sesuatu untuk dipelajari atau didata, tetapi hanya sesuatu yang harus dijelaskan.

Faktanya, "peta bulan" pertama dan terakhir yang diketahui yang ditarik murni berdasarkan pengamatan mata-telanjang digambar oleh William Gilbert (1540–1603) dan dimasukkan dalam karyanya yang diterbitkan secara anumerta, De Mundo Nostro Sublunari . Sungguh luar biasa betapa kecilnya detail petanya, bahkan dibandingkan dengan gambar kecil berukuran 40 kali 40 piksel seperti yang ditunjukkan di atas:

Peta William Gilbert tentang bulan Bulan, diperkecil menjadi radius 40 px dan mundur hingga 320 px
Kiri: Peta bulan William Gilbert, dari The Galileo Project ; Kanan: foto bulan purnama, diperkecil hingga 40 piksel melintang dan kembali hingga 320 piksel.

Memang, bahkan sketsa bulan yang diterbitkan oleh Galileo Galilei dalam Sidereus Nuncius yang terkenal pada tahun 1610, yang terkenal karena didasarkan pada pengamatan teleskopiknya, tidak jauh lebih baik; mereka menunjukkan sedikit detail kecuali di dekat terminator, dan beberapa detail di sana tampaknya tidak akurat berbatasan dengan aneh. Mereka, mungkin, lebih baik dianggap sebagai "kesan artis" daripada sebagai gambaran astronomi yang akurat:

Sketsa bulan Galileo dari Sidereus Nuncius (1610)
Sketsa bulan Galileo, berdasarkan pengamatan teleskopik awal, dari Sidereus Nuncius (1610), melalui Wikimedia Commons. Beberapa, jika ada, dari detail yang digambarkan dapat dengan yakin dicocokkan dengan fitur bulan yang sebenarnya.

Gambar-gambar bulan yang jauh lebih akurat, juga berdasarkan pengamatan teleskopik awal, diproduksi sekitar waktu yang sama oleh Thomas Harriott (1560–1621), tetapi karyanya tetap tidak dipublikasikan hingga lama setelah kematiannya. Peta Harriott sebenarnya mulai mendekati, dan dalam beberapa hal melebihi, tingkat detail bahkan foto 60 piksel di atas, menunjukkan misalnya bentuk-bentuk maria yang relatif akurat. Namun demikian, perlu dicatat bahwa ini mungkin didasarkan pada pengamatan luas menggunakan teleskop, selama beberapa siklus bulan (memungkinkan misalnya kawah yang lebih jelas terlihat ketika mereka dekat dengan terminator):

Peta bulan Thomas Harriott, c.  1609 Bulan, turunkan ke jari-jari 60 px dan mundur hingga 320 px
Kiri: Peta bulan Thomas Harriott, tidak bertanggal tapi mungkin digambar c. 1610-1613, berdasarkan pengamatan teleskopik awal, dikutip dari Chapman, A. , Astronomi & Geofisika 50 (1), 2009; Kanan: foto bulan purnama yang sama seperti di atas, diperkecil hingga 60 piksel dan kembali hingga 320 px.

Berdasarkan penyimpangan sejarah ini, kita mungkin sehingga menyimpulkan bahwa gambar 40 pixel bulan, seperti yang ditunjukkan pada pertanyaan di atas, memang tidak cukup akurat mewakili tingkat detail terlihat pengamat tanpa bantuan, sedangkan gambar 60 pixel bahkan cocok detail tingkat terlihat oleh pengamat menggunakan teleskop primitif dari awal 1600-an.

Sumber dan bacaan lebih lanjut:


Jawaban yang sangat bagus untuk pertanyaan awal dan perbandingan yang sangat meyakinkan, terima kasih.
Patru

Setelah melalui kalibrasi ukuran; dia pergi, tapi tidak banyak. Tanpa memperhitungkan kemampuan teleskopik mata (yang bahkan 2: 1), saya katakan sekitar 90x90. Pada 60x60 saya bisa melihat artefak pixellation.
Yosua

65

Iya dan tidak.

Ya, memang benar bahwa ukuran bulan yang tampak adalah 30 arcmin. Memang benar ketajaman visual kebanyakan orang adalah 1 arcmin. Jadi memang benar bahwa jika Anda mengambil ukuran sudut dari detail terkecil yang dapat Anda lihat di Bulan, dan Anda meletakkan sekelompok yang berbaris lurus berturut-turut, Anda dapat menjangkau diameter Bulan dengan hanya beberapa lusin. Dalam pengertian itu, Anda benar.

Namun, ketika Anda mencoba mereproduksi situasi di layar komputer, perbandingannya rusak. Pertama, mata tidak melihat dalam "piksel". Seperti kebanyakan sistem optik, ada fungsi penyebaran titik , yang mengambil detail sangat kecil dan mengoleskannya ke tempat yang lebih besar. Resolusi mata bukanlah ukuran piksel, tetapi ukuran kurva lonceng yang keluar dari fungsi penyebaran titik, dan yang memiliki tepi lunak dan bulat, dan ada di mana-mana dan tidak tetap.

Anda mengasimilasi ukuran tempat yang lebih besar dengan ukuran piksel pada layar digital, sebagai perbandingan. Tapi itu tidak sama. Kotak piksel dalam thumbnail tersebut telah diperbaiki, sehingga apa pun yang jatuh di antara piksel akan hilang selamanya. Mengasingkan campur tangan dan menciptakan artefak yang tidak ada di gambar aslinya. Rentang dinamis monitor tidak sama dengan rentang dinamis mata (mata jauh lebih baik). Tingkat warna dan kecerahan pada monitor tidak jelas, sedangkan mata melihatnya sebagai kontinum. Terakhir, pusat visual di otak Anda seperti komputer yang kuat yang menerapkan algoritme koreksi cerdas untuk gambar langsung.

Daftar ini terus berlanjut. Intinya adalah - semua efek ini bergabung dan memungkinkan Anda untuk melihat gambar langsung yang sedikit lebih kaya daripada yang mati, thumbnail beku yang Anda posting. Tidak jauh lebih baik, tapi sedikit lebih baik. Ini tidak seperti mata dapat "mengatasi" keterbatasan, tetapi lebih seperti Anda kehilangan terlalu banyak ketika Anda mengecilkan gambar besar menjadi kotak pixel kecil yang tetap pada layar komputer.

Sangat sulit untuk mereproduksi kenyataan di layar komputer. Cara yang jauh lebih baik adalah dengan mengambil gambar 2000px dengan 2000px dari Bulan, meletakkannya di monitor HD super besar, dan memindahkannya kembali ke titik di mana ukuran nyata gambar itu adalah 30 arcmin. Saya tahu itu tidak terdengar memuaskan dalam konteks permintaan awal Anda, tetapi ini adalah simulasi yang jauh lebih baik.


Masalah serupa muncul setiap kali Anda mencoba memetakan resolusi sistem optik berkelanjutan (seperti teleskop) ke jaringan digital tetap (seperti kamera).

Katakanlah Anda menggunakan sensor dengan ukuran piksel 4 mikron. Katakanlah teleskop Anda memiliki resolusi linier dalam fokus utama sama dengan 4 mikron. Anda mungkin tergoda untuk mengatakan - bagus, sensornya cocok dengan teleskop, kan?

Yah, tidak juga. Ketika itu terjadi, Anda sebenarnya kehilangan sedikit resolusi. Gambarnya bagus, tapi sedikit lebih lembut dari yang seharusnya. Lihat di bawah gambar Bulan yang saya ambil beberapa waktu lalu, dengan sistem yang memiliki persis parameter yang ditunjukkan di atas.

Anda bisa mengatakan itu agak lunak, itu tidak benar-benar turun ke pixel. Turbulensi juga berperan, tetapi bagian dari masalahnya adalah resolusi linier sama dengan ukuran piksel.

Klik gambar di bawah ini dan buka di tab baru; jika browser Anda menyusut lagi agar sesuai dengan jendela, klik kiri gambar besar untuk memperluas ke ukuran penuh - Anda harus melakukan ini untuk melihat gambar resolusi penuh dan perhatikan efek yang saya bicarakan. Kekaburan tidak terlihat pada versi kecil ini di sini:

Salah satu cara mengatasi fenomena itu, sebagai contoh, adalah meledakkan gambar di teleskop dengan barlow sampai resolusi linier dalam fokus utama jauh lebih besar daripada ukuran piksel kamera, mungkin 4x lebih besar. Anda melakukan semua pemrosesan Anda, dan kemudian Anda mengecilkannya kembali, jika Anda mau, dan Anda akan mendapatkan gambar yang lebih tajam. Menggabungkannya dengan menumpuk banyak bingkai, dan kualitas keseluruhan bisa mendekati 100% kinerja teoritis teleskop.


TLDR: Sistem optik berkelanjutan, dan grid piksel yang terpisah, adalah hal yang sangat berbeda dan tidak dapat dengan mudah dibandingkan.


Penjelasan yang sangat bagus dan jelas. Seandainya saya bisa memberi Anda lebih dari +1.
Tonny

3
Mengapa berhenti pada gambar 2000 × 2000? Mengapa tidak membuat gambar 4k × 4k dan memindahkannya lebih jauh? Pada titik tertentu, piksel tambahan menambahkan detail yang dirasakan nol kepada pengamat. Sementara 120 × 120 dapat menambahkan detail halus lebih dari 60 × 60, apakah 240 × 240 menambahkan rincian aktual yang dapat diamati melebihi 240 × 240? Saya kira tidak. Anda benar bahwa mata bukanlah sistem digital, tetapi ada kerucut-kerucut terpisah yang mengumpulkan cahaya, dan Nyquist memiliki suara dalam berapa banyak informasi yang sebenarnya dapat mereka tarik di beberapa titik.
Phrogz

1
Ini salah. Menurut teorema pengambilan sampel Nyquist , untuk memodelkan bentuk gelombang dengan cutoff frekuensi, Anda harus mengambil sampel dua kali cutoff dan kemudian menyaring low-pass hasil yang direkonstruksi. Dengan kata lain, ini adalah gambar 120x120 buram sesuai dengan fungsi penyebaran titik ideal dalam ilustrasi.
Blackbody Blacklight

@ BlackbodyBlacklight Terima kasih atas detailnya. Sudah begitu lama sejak Nyquist dan saya berjabat tangan sehingga saya lupa tentang bit "frekuensi dua kali". (Padahal, yang mungkin apa yang dibutuhkan batas atas dari 1 arcminute 0,5 arcminutes.) Bagaimanapun, poin saya di menyerukan nama Nyquist bukanlah bahwa 60 pixel adalah yang batas benar, melainkan bahwa ada beberapa batas (mungkin lebih rendah dari 2000 ).
Phrogz

20

Ketika Anda menatap bulan "hidup", Anda tidak melihat gambar diam. Anda melihat "video": retina Anda mengumpulkan beberapa gambar seiring waktu. Pixel-pixel itu harus diperhitungkan; mereka berjumlah piksel tambahan.

Misalkan gambar 60x60 piksel diambil dari sebuah pemandangan menggunakan kamera yang dipasang di atas tripod yang sedikit gugup. Dari beberapa gambar, gambar dengan resolusi lebih tinggi dapat direkonstruksi.

Pernahkah Anda memperhatikan bagaimana video yang tampak tajam dapat terlihat buram saat dijeda atau digerakkan bingkai demi bingkai?

Selain itu, hal lain yang perlu diingat adalah, bahwa pixel bukan merupakan unit informasi; tidak kecuali Anda menentukan berapa banyak bit yang mengkodekan piksel. Misalkan Anda mengambil sampel 60x60 poin, tetapi dengan resolusi amplitudo terus-menerus, dan nol noise. Gambar 60x60 piksel kemudian berisi informasi tak terbatas (meskipun, tentu saja, kemampuannya untuk menyelesaikan detail yang berdekatan masih terbatas).


Ini adalah poin yang sangat bagus. Sekalipun mata Anda tidak bergerak, perubahan atmosfer jelas memengaruhi detail yang berbeda.
Phrogz

1
"Pengumpulan banyak gambar" adalah saklet. Masing-masing adalah snapshot resolusi tinggi tunggal yang komposit otak menjadi satu gambar. Untuk setiap instan gambar yang dirasakan, Anda mengambil lebih dari selusin foto.
TechZen

2
Menjeda video akan mengungkapkan VHS atau artefak kompresi digital. Getaran mata "Sub-pixel" sudah akan diperhitungkan dalam setiap tes ketajaman visual. Mengambil keuntungan dari pelapisan atmosfer, atau momen penglihatan yang bagus, adalah bidang optik adaptif dan saya tidak akan menganggap otak mampu melakukan pemrosesan semacam itu.
Blackbody Blacklight

@ Phrogz - "pergeseran atmosfer" disebut melihat. Melihat tidak pernah menjadi faktor pembatas (atau meningkatkan) pengamatan mata telanjang. Satu-satunya efek yang terlihat seperti itu adalah kelap-kelip bintang-bintang, tetapi hanya itu.
Florin Andrei

4

Setelah semua jawaban astronomi ini, saya akan menambahkan satu komputer.

Piksel tidak sama di semua monitor. Ambil monitor 1990-an dan ambil layar ponsel cerdas terbaru, 60 piksel tidak akan sama.

Bagaimana Anda menghitung ukuran piksel sesuai dengan akurasi penglihatan?


1
Anda benar, bagaimana Anda melihat piksel itu penting jika Anda ingin tampilannya kira-kira sama dengan bulan. Anda perlu melihat 60 piksel pada layar sekitar 100-120ppd, misalnya monitor 27 "yang terlihat dari jarak 6 kaki, atau HDTV 50" yang terlihat dari jarak 12 kaki. Coba kalkulator saya . (Catatan: tidak berfungsi di IE, dan diagram SVG saat ini terlihat buruk di Firefox. Gunakan Chrome atau Safari untuk hasil terbaik.) Namun, pertanyaannya adalah bukan bagaimana membuatnya terlihat seperti bulan, tetapi seberapa banyak detail di sana adalah ketika Anda melihat bulan dengan mata telanjang.
Phrogz
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.
Judi bola