Как ты думаешь почему у человека один язык но два уха и два глаза

Здесь нет универсального ответа, поскольку нет универсального определения камеры. Ведь, к примур, “Хаббл” – это тоже, по сути и даже по конструкции, фотокамера, и как-то у меня большие сомнения, что глаз чувствительнее “Хаббла”…

Поэтому можно говорить о “просто фотокамерах”, на уровне бытовых и даже профессиональных камер для фотосъёмки, и о специальных камерах, пример которых “Хабблом” и его аналогами, даже и наземными, не ограничивается.

“Просто” камеры в обычных условиях съёмки проигрывают глазу по чувствительности и по динамическому диапазону. Глаз, после адаптации, да, способен воспринимать отдельные фотоны. Не каждый, правда, но – способен. Правда, такая адаптация занимает 30-40 минут. Кроме того, не всегда зрительное ощущение от одиночного фотона воспринимается как событие (в чисто компьютерном смысле этого слова). То есть не всегда экспериментатор может уверенно сказать, что это таки да, был фотон, а не померещилось. Посидите полчаса в абсолютной темноте – поймёте, что я имею в виду.

Но даже и “просто камеры” в необычных условиях могут оказаться чувствительнее глаза. Достаточно установить выдержку в несколько секунд, а то и десятков секунд, – и даже обычная мыльница ясной морозной ночью сможет сфотографировать звёздную россыпь, недоступную даже самому острому зрению. Всё потому, что фотоприёмник камеры (неважно плёнка это или матрица) работает в режиме накопления сигнала, а глаз – нет. Поэтому чувствительность камеры прямо пропорциональна времени выдержки. Фотоны, попавшие в объектив камеры, не пропадают, пока мы не закрыли затвор, а вот фотоны, попавшие на сетчатку, – пропадают. Хотя “затвор” не закрывается.

Вот поэтому, собсно, “Хаббл” как камера чувствительнее глаза в тысячи раз. Время накопления там может составлять часы…

Но даже и это ещё не всё. Даже в таких условиях, когда камера способна разглядеть то, что уже недоступно человеческому глазу, минимальный сигнал, регистрируемый камерой, всё равно существенно больше одного фотона, то есть минимального сигнала, который может зарегистрировать глаз! Это как раз эффект накопления сигнала. Да, освещённость, создаваемая объектом (например, слабой звёздочкой), ниже порога восприятия глаза, но вот накопленный сигнал – выше. Потому что он копится. Поэтому по уровню шума – а именно шумом датчика и определяется его предельная чувствительность – обычная камера, даже супердорогая, глазу проигрывает. Шум таких камер – это десятки электронов (если на морозе – то единицы; именно поэтому с длиннной выдержкой лучше снимать зимой, когда холодно), и на уровне такого шума зарегистрировать одиночный фотон невозможно.

Но это тоже ещё не всё! Есть специальные камеры, точнее – датчики изображения, шум которых на уровне или даже существенно меньше шума глаза. Это, во-первых, scientific CMOS, специальные КМОП-матрицы, шум которых даже при комнатной температуре лишь немногим больше 1 электрона. И есть ПЗС-матрицы с внутренним усилением, где за счёт хитрой схемы считывания (многокаскадный регистр с лавинным умножением, причём в каждом элементе умножение лишь чуть-чуть больше 1, зато элементов – несколько сотен) эквивалентный шум считывания оказывается меньше 0,1 электрона, и иногда доходит до 0,01 электрона. То есть в таких приборах в шумах не тонет ни один электрон! (Отмазка: фотоны могут и пропасть, потому что квантовый выход любого приёмника почти всегда меньше 1; в лучшем случае, на пике спектральной кривой, это 90-95%).

Вот такие датчики – они выпускаются серийно несколькими фирмами, хотя и не для ширпотреба, – уже куда чувствительнее глаза.

Но по динамическому диапазону сцены пока что ни один датчик не сравнится с глазом. Логарифмическая характеристика – это страшная сила…