Fizycy włamują się do ludzkiego układu wzrokowego, aby stworzyć obrazy duchów

Obrazowanie duchów to jedno z bardziej niezwykłych osiągnięć optyki w ostatnich latach. Tworzy obrazy o wysokiej rozdzielczości za pomocą jednopikselowych kamer i światła, które nigdy nie wchodziło w interakcję z danym obiektem.

Technika ta opiera się na sprytnych algorytmach, które analizują pozornie losowe dane, które wydaje się zbierać pojedynczy piksel. Więcej na ten temat poniżej.

Z tego powodu łatwo sobie wyobrazić, że obrazowanie duchów ma niewielkie znaczenie dla ludzkiej percepcji, ponieważ ludzki system wzrokowy musi być niezdolny do przetwarzania tego rodzaju danych.

Bynajmniej. Dzisiaj Alessandro Boccolini z Heriot-Watt University w Edynburgu w Szkocji wraz z kilkoma kolegami demonstruje, że ludzie mogą widzieć obrazy duchów i sugerują, jak można wykorzystać tę technikę do badania i wykorzystywania układu wzrokowego na zupełnie nowe sposoby.

Najpierw trochę tła. Obrazowanie Ghost działa poprzez rzutowanie losowego wzoru światła na obiekt i rejestrowanie odbitego światła za pomocą jednego piksela. Powtarzanie tego procesu z różnymi losowymi wzorami światła tworzy sekwencję punktów danych dotyczących zmian natężenia światła w czasie.

Łatwo pomyśleć, że te punkty danych muszą się zmieniać losowo. Ale w rzeczywistości są skorelowane, ponieważ światło odbija się od tego samego obiektu. Tak więc analiza danych we właściwy sposób może ujawnić tę korelację: obraz obiektu.

Nie całe to przetwarzanie musi odbywać się na komputerze. Jednym ze skrótów jest użycie sygnału z pojedynczego piksela do modulowania wyjścia światła z innej diody LED. Jest to następnie rzutowane na ten sam losowy wzór, a proces jest powtarzany dla następnego wzoru i tak dalej.

Obraz obiektu — obraz ducha — można następnie zrekonstruować, integrując odbite światło z długiej sekwencji oświetlonych losowych wzorów. Co ciekawe, wynikowy obraz powstaje ze światła, które nigdy nie wchodziło w interakcję z oryginalnym obiektem.

Pytanie, które Boccolini i spółka badają, brzmi, czy ludzki system wzrokowy może przeprowadzić ten proces integracji. Ich pomysł polega na tym, aby wyświetlać wzory szybko po sobie na ekranie, który ktoś ogląda, a następnie sprawdzić, czy system wizualny osoby je połączy.

Podobny efekt pozwala nam postrzegać sekwencję nieruchomych obrazów jako ciągły ruch. Ale wcale nie jest oczywiste, że system wizualny zintegruje losowe wzory, z których każdy jest losowym układem czarnych i białych pikseli, zwanym wzorem Hadamarda.

Jedynym sposobem, aby się tego dowiedzieć, jest przeprowadzenie eksperymentu na kilku chętnych ofiarach. Boccolini i spółka poprosili czterech ludzi, aby obejrzeli wyświetlane wzory. Te świnki morskie mogły zmieniać tempo, w jakim pojawiały się wzorce, aby zobaczyć, jak zmieniło to ich doświadczenie.

Wyniki są fascynujące. Boccolini i spółka twierdzą, że kiedy wzory pojawiają się stosunkowo wolno, ludzkie oko widzi tylko zestaw kwadratowych pikseli. Ale kiedy tempo przekracza pewien próg, nagle pojawia się obraz obiektu.

Próg jest wyraźnie ważną właściwością ludzkiego wzroku. Konfiguracja eksperymentalna jest w stanie wyświetlać wzory z szybkością 20 kiloherców; co pozwala na pojawianie się 200 wzorów Hadamarda co 20 milisekund.

Boccolini i spółka twierdzą, że wszyscy czterej badani mogli zobaczyć obiekt w tym tempie. Zatem system wizualny musi integrować sekwencję obrazów w określony sposób. Ale obraz szybko się pogarsza, gdy tempo spada poniżej 200 wzorów na 20 milisekund.

Jest to całkowicie nowe zjawisko wizualne i zapewnia nowe narzędzie do badania układu wzrokowego. Używamy tej techniki obrazowania ludzkich duchów do oceny odpowiedzi czasowej oka i ustalenia czasu utrzymywania się obrazu na około 20 ms, po którym następuje kolejne 20 ms zanikania wykładniczego - mówi zespół.

Fakt, że oko nigdy nie wchodzi w interakcję ze światłem, które uderzyło w obiekt, otwiera fascynujące możliwości, w tym perspektywę oświetlania obiektu jedną długością fali, a następnie postrzegania go przy innej. Rzeczywiście, długość fali świetlnej nie musi być widoczna dla ludzkiego oka.

Obrazowanie duchów okiem otwiera szereg zupełnie nowych zastosowań, takich jak rozszerzenie ludzkiego widzenia na niewidzialne zakresy długości fal w czasie rzeczywistym, mówią Boccolini i spółka. Nie wymaga to dodatkowego ekranu podglądu ani kroków obliczeniowych, ponieważ ludzki system wizyjny wykonuje prawie całą pracę.

Jednak Boccolini i spółka są najbardziej zainteresowani tym, jak to nowe narzędzie może pomóc im w bardziej szczegółowym badaniu układu wzrokowego. Jednym z pomysłów jest zbadanie, czy system wizualny jest w stanie wykonać jeszcze więcej obliczeń. Zespół ma nadzieję zbadać to, przesyłając różne wzory do każdego oka lub na różne części siatkówki, aby sprawdzić, czy system wzrokowy nadal może zintegrować dane w celu wytworzenia obrazu.

To będzie ciekawa praca, warta obejrzenia.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1808.05137 : Obrazowanie duchów ludzkim okiem

ukryć