爲啥相機無法真實記錄我們所看到的景物呢？這個問題看似簡單，實際上，答案卻很複雜，一方面需要知道相機是如何成像的，另一方面需要研究人眼的生理結構和工作原理。通過了解這些知識內容，可以讓我們更好地感知生活中不一樣的美，也有助於我們成爲一個更好的攝影師。
前言
人眼相對於相機的最大優勢在於，我們的眼睛可以環視周邊並且根據不同的主題場景進行動態調整，而相機只能捕獲單個的靜止圖像。比如，我們可以環顧四周獲得範圍更廣的視角；可以調整瞳孔大小，適應環境光線的變化；可以調整聚焦位置，適應物體的遠近。
這時，你可能會想到攝像機，對於動態場景而言，攝像機更加適合與人眼進行比較。但是，人類視覺的最重要的獨特性是，我們看到的場景可能並非真實的場景，它是人腦通過對眼睛獲取信息進行重建的結果。
很多人對此可能會表示懷疑，下面的示例可以向你展示，自己被視覺欺騙的情況。
虛假色（False Color）：實際的圖像中是一圈紫色圓點，一點鐘方向有一個缺口，當你注視圖片中心的十字時，丟失點會出現並且圍繞中心旋轉，過一會兒，移動點會變成綠色，這在原圖中是不存在的，如下圖所示。
馬赫帶（Mach Bands）：實際的圖像中每個帶條的亮度都是一致的，而我們卻看到在其邊緣附近更暗（上邊緣）或者更亮（下邊緣）的情況，如下圖所示。
儘管如此，我們仍然可以在一定條件下，對人眼和相機進行公平的比較。在後續的部分，我們將盡可能將實際場景的內容與人腦的思維分離開來，從而進行客觀的比較和分析。
差異概述
對於人眼與相機之間的差異，通常最爲重要也是分歧最大的幾點包括：視場角，分辨率和細節，靈敏度和動態範圍。當然，還有許多其他差異點，比如景深、立體視覺、白平衡和色域，這些都不在本文的討論範圍。
視場角
相機的視場角取決於鏡頭的焦距以及傳感器的尺寸。鏡頭的焦距越長，視場角越窄，如下圖所示。
對於人眼而言，儘管其焦距大概爲22毫米，但是由於以下因素的影響，沒法兒直接獲得其視場角的大小。首先，人眼的後部是彎曲的；其次，視野的外圍細節逐漸少於中心；最後，感知到場景是兩隻眼睛的組合結果。
每隻眼睛具有120~200°的視場角，主要取決於如何定義目標物體“被看見”。同時，雙眼的重疊區域爲130°左右，幾乎與使用魚眼鏡頭一樣寬，如下圖所示。這是由於進化所致，極端的外圍視覺有助於感測運動和大型物體（例如正在撲來的獅子）。如果相機也使用類似的廣角，拍攝的照片會高度失真且不自然。
影響視覺感知的最大因素是人眼的中心視場角（大約40~60°）。從主觀上講，這個角度就是你能夠在不移動眼球即可看到物體時的角度。對比相機，它接近於全景相機的43毫米標準鏡頭，或者帶有1.6倍裁剪因子的相機的27毫米鏡頭。
由上圖可知，視場角的變化會影響拍攝對象的相對大小。視場角變寬會放大對象的相對大小，視場角變窄則會使拍攝對象的相對大小都幾乎相同，從而損失畫面的深度感。極寬的視場角也會使靠近畫面邊緣的拍攝對象產生拉伸效果，如下圖所示。
相比之下，人眼即便捕捉到的是扭曲的廣角圖像，人腦也會將其重建爲幾乎沒有失真的3D心理圖像。
分辨率和細節
假設視場角爲60°，在20/20的視力下，人眼能夠分辨相當於52兆像素相機。而當前大多數的數碼相機的像素爲5-20兆像素，所以，我們通常認爲相機的分辨率遠遠低於自己的視覺系統。
不過，這樣的計算方法具有明顯的誤導性，畢竟20/20代表的是中心視力的理想值，實際上，一旦偏離中心點，人眼的視覺能力便會急劇下降，偏離中心僅20°，人眼就只能分辨十分之一的細節。而且，在外圍區域，人眼僅僅能夠檢測到較大的對比度和最小的顏色，如下圖所示。
考慮到上述因素，當我們僅是看一眼時，可以感知到的細節，與5~15百萬像素的相機比較接近，這還要取決於人的視力狀況。幸好，人腦並不需要記下每個像素，只會記錄圖像中令人難忘的紋理，顏色和對比度。
爲了能夠重建詳細的心理圖像，我們的眼睛會快速連續地關注幾個感興趣的區域，如下圖所示。
最終的結果是一種心理圖像，其中的細節已經根據興趣點優先進行了有效地排序。對於攝影師而言，這是很重要的，卻又常常會被忽略。儘管照片中包含的細節已經接近了相機所能達到的細節獲取極限，但是如果其中沒有令人難忘的興趣點，那麼對於觀看照片的人而言，大部分細節都會被自動忽略。
在細節方面，人眼與相機之間還有以下的重要差異。
不對稱性。在視線以下，人眼能夠感知到更多的細節（相對於視線以上）。另外，人眼的周邊視覺在遠離鼻子的方向上，比朝向鼻子的方向上，更加敏感。相比之下，相機幾乎能夠完美對稱地記錄圖像。
弱光環境。在極低的光線環境下，比如月光或星光，人眼基本喪失了對顏色的判別力，並且中心視野的細節獲取能力也會下降，甚至還不如上述的偏離中心的情況。許多天文攝影師都知道這一點，此時，他們通常會凝視昏暗的恆星的側面，以便於可以藉助於肉眼觀察拍攝效果。
微妙的漸變。通常我們較多地關注細節部分，其實細微的色調漸變也很重要，碰巧它還是人眼與相機的重要差異之一。使用相機時，細節放大後會更容易分辨。而實際上，對人眼來說，細節放大後，反而可能會變得不太明顯。如下圖所示，兩幅圖像具有相同對比度的紋理，但是由於紋理已被放大，因此在右側的圖像中反而是不可見的。
靈敏度和動態範圍
通常大家都認爲在動態範圍領域，人眼具有巨大的優勢。如果考慮瞳孔根據亮度變化的動態調節情況，確實如此，人眼遠遠超過相機至少24個光圈值。但是這樣的對比並不公平，畢竟我們不是在跟攝像機作比較。
如果我們改爲考慮人眼的瞬時動態範圍（保持瞳孔張開程度不變），那麼相機的表現會更好。這類似於，調整我們的眼睛查看場景中的一個區域，而不看其他任何地方。在這種情況下，人眼大約可以看到10~14個光圈級動態範圍，絕對超過了大多數的緊湊型相機（5~7個光圈級），但是與數碼單反相機（8-11個光圈級）相接近。
另一方面，人眼的動態範圍也取決於亮度和目標物體的對比度，因此上述內容僅適用於典型的日光條件。例如，在月光或星光下，人眼可以達到更高的瞬時動態範圍。
量化動態範圍：攝影中最常使用的用於測量動態範圍的單位是f-stop，它描述了場景中最亮和最暗的可錄製區域之間的比率，以2的冪數表示。因此，動態範圍爲3個光圈的場景的白色亮度是黑色的8倍（2的3次冪）。
靈敏度是另一個重要的視覺特徵，它描述了分辨非常微弱或快速移動的目標物體的能力。在明亮的光線下，現代相機更擅長分辨快速移動的物體，比如高速攝影作品。當攝像機的ISO速度超過3200時，通常就可以做到這一點； 而人眼的等效日光ISO通常被認爲低至1。
但是，在弱光條件下，人眼會變得更加敏感（假設先讓眼睛適應環境30分鐘以上）。通常，天文攝影師估計其接近ISO 500~1000，雖然仍不及數碼相機高，但是接近。另一方面，相機的優點是可以使用更長的曝光，以捕獲更暗的物體；然而，當人眼凝視某物超過10~15秒後，基本不會再看到更多的細節。
結論
人們可能會爭辯說，相機是否能夠擊敗人眼是無關緊要的，因爲相機需要不同的標準：它們需要產生逼真的照片。一張打印的照片不用考慮眼睛將會聚焦在哪個區域，因此場景中的每個部分都需要包含最大的細節，以防萬一，這纔是相機需要考慮的地方，特別是對於大尺寸或近距離觀看的打印件。當然，攝像機會更加適用於需要記錄上下文的情況。
總體而言，視覺系統的大多數優勢都來自這樣一個事實，即我們的大腦能夠智能地解釋來自人眼的信息，而使用相機時，我們所擁有的只是原始圖像。即使這樣，目前的數碼相機的性能也出乎意料地出色，並且在視覺功能方面已經超越了我們的眼睛。真正的贏家是攝影師，因爲他能夠智能地組合多幅相機圖像，從而創造出甚至超越我們原本心理圖像的作品。