Fizikai įsilaužia į žmogaus regėjimo sistemą, kad sukurtų vaiduoklio atvaizdus

Vaiduoklių vaizdavimas yra vienas ypatingesnių pastarųjų metų optikos pasiekimų. Jis sukuria didelės raiškos vaizdus, ​​​​naudodamas vieno pikselio kameras ir šviesą, kuri niekada nebuvo sąveikavusi su nagrinėjamu objektu.

Ši technika remiasi protingais algoritmais, kad būtų galima sutraiškyti iš pažiūros atsitiktinius duomenis, kuriuos, atrodo, renka vienas pikselis. Daugiau apie tai žemiau.

Dėl šios priežasties nesunku įsivaizduoti, kad vaiduoklių vaizdavimas turi mažai reikšmės žmogaus suvokimui, nes žmogaus regos sistema turi būti nepajėgi apdoroti tokio tipo duomenų.

Ne taip. Šiandien Alessandro Boccolini iš Heriot-Watt universiteto Edinburge (Škotija) ir pora kolegų demonstruoja, kad žmonės gali matyti vaiduoklių vaizdus ir pasiūlyti, kaip šią techniką galima panaudoti vizualinei sistemai tirti ir išnaudoti visiškai naujais būdais.

Pirmiausia šiek tiek fono. Vaiduoklių vaizdavimas veikia projektuojant atsitiktinį šviesos modelį ant objekto ir įrašant atspindėtą šviesą vienu pikseliu. Kartojant šį procesą su skirtingais atsitiktiniais šviesos modeliais, gaunama duomenų taškų seka apie tai, kaip šviesos intensyvumas kinta laikui bėgant.

Nesunku manyti, kad šie duomenų taškai turi skirtis atsitiktinai. Tačiau jie iš tikrųjų yra koreliuojami, nes šviesa atsispindi nuo to paties objekto. Taigi tinkamu būdu susmulkinus duomenis galima atskleisti šią koreliaciją: objekto vaizdą.

Ne viso šio apdorojimo reikia atlikti kompiuteryje. Viena nuorodų yra naudoti signalą iš vieno pikselio, kad būtų galima moduliuoti kito šviesos diodo šviesos išvestį. Tada tai projektuojama ant to paties atsitiktinio modelio, o procesas kartojamas kitam modeliui ir pan.

Tada objekto vaizdą – vaiduoklio vaizdą – galima atkurti integruojant atspindėtą šviesą iš ilgos atsitiktinių apšviestų raštų sekos. Įdomu tai, kad gautas vaizdas susidaro iš šviesos, kuri niekada nesąveikavo su pirminiu objektu.

Boccolini ir bendradarbiai tiria klausimą, ar žmogaus regos sistema gali atlikti šį integracijos procesą. Jų idėja yra greitai paeiliui suprojektuoti modelius į ekraną, kurį kažkas stebi, ir tada pamatyti, ar asmens regos sistema juos sujungs.

Panašus efektas leidžia mums nejudančių vaizdų seką suvokti kaip nuolatinį judėjimą. Tačiau jokiu būdu nėra akivaizdu, kad vaizdinė sistema integruos atsitiktinius modelius, kurių kiekvienas yra atsitiktinis juodų ir baltų pikselių išdėstymas, vadinamas Hadamardo raštu.

Vienintelis būdas tai sužinoti – išbandyti eksperimentą su kai kuriomis norinčiomis aukomis. Boccolini ir bendradarbiai paprašė keturių žmonių peržiūrėti numatomus modelius. Šios jūrų kiaulytės galėjo pakeisti modelių atsiradimo greitį ir pamatyti, kaip tai pakeitė jų patirtį.

Rezultatai žavūs. Boccolini ir bendradarbiai teigia, kad kai raštai atsiranda gana lėtai, žmogaus akis mato tik kvadratinių pikselių rinkinį. Tačiau kai norma peržengia kokią nors slenkstį, staiga atsiranda objekto vaizdas.

Slenkstis neabejotinai yra svarbi žmogaus regėjimo savybė. Eksperimentinė sąranka gali projektuoti modelius 20 kilohercų dažniu; leidžia kas 20 milisekundžių pasirodyti 200 Hadamard raštų.

Boccolini ir bendradarbiai teigia, kad visi keturi tiriamieji galėjo matyti objektą tokiu greičiu. Taigi vizualinė sistema turi tam tikru būdu integruoti vaizdų seką. Tačiau vaizdas greitai pablogėja, kai dažnis nukrenta žemiau 200 šablonų per 20 milisekundžių.

Tai visiškai naujas vizualinis reiškinys ir suteikia naują įrankį vizualinei sistemai tirti. Šią žmogaus vaiduoklio vaizdavimo techniką naudojame akies reakcijai įvertinti ir nustatyti, kad vaizdo išlikimo laikas būtų maždaug 20 ms, o po to seka dar 20 ms eksponentinis nykimas, teigia komanda.

Tai, kad akis niekada nesąveikauja su šviesa, kuri pataikė į objektą, atveria keletą patrauklių galimybių, ypač galimybę apšviesti objektą vienu bangos ilgiu, o paskui jį suvokti kitu. Iš tiesų, šviečiančios bangos ilgis nebūtinai turi būti matomas žmogaus akimis.

Vaiduoklių vaizdavimas akimis atveria daugybę visiškai naujų pritaikymų, tokių kaip žmogaus regėjimo išplėtimas į nematomus bangos ilgio režimus realiuoju laiku, sako Boccolini ir kt. Tam nereikia jokių papildomų žiūrėjimo ekrano ar skaičiavimo veiksmų, nes beveik visą darbą atlieka žmogaus regėjimo sistema.

Tačiau Boccolini ir bendradarbiai labiausiai domisi, kaip šis naujas įrankis gali padėti jiems išsamiau ištirti regėjimo sistemą. Viena iš idėjų yra ištirti, ar vizualinė sistema gali atlikti dar daugiau skaičiavimų. Komanda tikisi tai ištirti, į kiekvieną akį arba į skirtingas tinklainės dalis nukreipdama skirtingus raštus, kad sužinotų, ar regos sistema vis dar gali integruoti duomenis, kad būtų sukurtas vaizdas.

Tai bus įdomus darbas, vertas dėmesio.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1808.05137 : Vaiduoklių vaizdavimas žmogaus akimis

paslėpti