Fiziķi uzlauž cilvēka vizuālo sistēmu, lai izveidotu spoku attēlus

Spoku attēlveidošana ir viens no neparastākajiem sasniegumiem optikas jomā pēdējos gados. Tas rada augstas izšķirtspējas attēlus, izmantojot viena pikseļa kameras un gaismu, kas nekad nav mijiedarbojusies ar attiecīgo objektu.

Šī tehnika balstās uz gudriem algoritmiem, lai apkopotu šķietami nejaušus datus, ko, šķiet, apkopo viens pikselis. Vairāk par to zemāk.

Šī iemesla dēļ ir viegli iedomāties, ka spoku attēlveidošanai ir maza nozīme cilvēka uztverē, jo cilvēka vizuālajai sistēmai ir jāspēj apstrādāt šāda veida datus.

Ne tā. Šodien Alessandro Boccolini no Heriot-Watt universitātes Edinburgā, Skotijā, un pāris kolēģi demonstrē, ka cilvēki var redzēt spoku attēlus un ieteikt, kā šo paņēmienu var izmantot, lai pētītu un izmantotu vizuālo sistēmu pilnīgi jaunos veidos.

Vispirms nedaudz fona. Spoku attēlveidošana darbojas, projicējot nejaušu gaismas modeli uz objekta un ierakstot atstaroto gaismu ar vienu pikseļu. Atkārtojot šo procesu ar dažādiem nejaušiem gaismas modeļiem, tiek iegūta datu punktu secība par to, kā gaismas intensitāte mainās laika gaitā.

Ir viegli domāt, ka šiem datu punktiem ir jāatšķiras nejauši. Bet patiesībā tie ir saistīti, jo gaisma atstaro vienu un to pašu objektu. Tātad datu sasmalcināšana pareizā veidā var atklāt šo korelāciju: objekta attēlu.

Visa šī apstrāde nav jāveic datorā. Viens no īsceļiem ir izmantot signālu no viena pikseļa, lai modulētu gaismas izvadi no cita LED. Pēc tam tas tiek projicēts uz tā paša nejaušā modeļa, un process tiek atkārtots nākamajam modelim utt.

Objekta attēlu — spoka attēlu — pēc tam var rekonstruēt, integrējot atstaroto gaismu no ilgas nejaušu izgaismoto modeļu secības. Interesanti, ka iegūtais attēls tiek veidots no gaismas, kas nekad nav mijiedarbojusies ar sākotnējo objektu.

Jautājums, ko Boccolini un kopīgi pēta, ir par to, vai cilvēka vizuālā sistēma var veikt šo integrācijas procesu. Viņu ideja ir ātri pēc kārtas projicēt modeļus uz ekrāna, ko kāds skatās, un pēc tam redzēt, vai personas vizuālā sistēma tos apvienos.

Līdzīgs efekts ļauj nekustīgu attēlu secību uztvert kā nepārtrauktu kustību. Bet nekādā gadījumā nav acīmredzams, ka vizuālā sistēma integrēs nejaušos modeļus, no kuriem katrs ir nejaušs melnbaltu pikseļu izkārtojums, ko sauc par Hadamard modeli.

Vienīgais veids, kā to noskaidrot, ir izmēģināt eksperimentu ar dažiem labprātīgiem upuriem. Bokolīni un kolēģi lūdza četriem cilvēkiem apskatīt prognozētos modeļus. Šīs jūrascūciņas varēja mainīt tempu, kādā parādījās modeļi, lai redzētu, kā tas mainīja viņu pieredzi.

Rezultāti ir aizraujoši. Bokolīni un kolēģi saka, ka tad, kad raksti parādās salīdzinoši lēni, cilvēka acs redz tikai kvadrātveida pikseļu kopu. Bet, kad likme pārsniedz kādu slieksni, pēkšņi parādās objekta attēls.

Slieksnis nepārprotami ir svarīga cilvēka redzes īpašība. Eksperimentālā iestatīšana spēj projicēt modeļus ar ātrumu 20 kiloherci; kas ļauj ik pēc 20 milisekundēm parādīties 200 Hadamard rakstiem.

Bokolīni un kolēģi saka, ka visi četri subjekti varēja redzēt objektu šādā ātrumā. Tātad vizuālajai sistēmai ir jāintegrē attēlu secība noteiktā veidā. Bet attēls ātri pasliktinās, kad ātrums nokrītas zem 200 rakstiem 20 milisekundēs.

Šī ir pilnīgi jauna vizuāla parādība un nodrošina jaunu rīku vizuālās sistēmas pētīšanai. Mēs izmantojam šo cilvēka spoku attēlveidošanas paņēmienu, lai novērtētu acs īslaicīgo reakciju un noteiktu attēla noturības laiku apmēram 20 ms, kam seko vēl 20 ms eksponenciāls samazinājums, saka komanda.

Fakts, ka acs nekad nesadarbojas ar gaismu, kas ir skārusi objektu, paver dažas aizraujošas iespējas, tostarp iespēju apgaismot objektu ar vienu viļņa garumu un pēc tam uztvert to citā. Patiešām, apgaismojošajam viļņa garumam nav jābūt redzamam cilvēka acij.

Spoku attēlveidošana ar aci paver vairākas pilnīgi jaunas lietojumprogrammas, piemēram, cilvēka redzes paplašināšana neredzamā viļņa garuma režīmos reāllaikā, saka Boccolini un citi. Tas neprasa papildu skatīšanās ekrānu vai skaitļošanas darbības, jo cilvēka redzes sistēma veic gandrīz visu darbu.

Tomēr Boccolini un co visvairāk interesējas par to, kā šis jaunais rīks var palīdzēt viņiem sīkāk izpētīt vizuālo sistēmu. Viena no idejām ir izpētīt, vai vizuālā sistēma spēj veikt vēl vairāk aprēķinu. Komanda cer to izpētīt, izstarot dažādus modeļus katrā acī vai dažādās tīklenes daļās, lai noskaidrotu, vai vizuālā sistēma joprojām var integrēt datus, lai izveidotu attēlu.

Tas būs interesants darbs, kuru ir vērts noskatīties.

Atsauce: arxiv.org/abs/1808.05137 : spoku attēlveidošana ar cilvēka aci

paslēpties