Das Menschliche Auge Kann 'Geisterbilder' Sehen

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Das menschliche auge kann geisterbilder aus licht und mustern erkennen.

Wissenschaftler haben entdeckt, dass das menschliche Auge eine unheimliche Fähigkeit hat. Es kann "Geisterbilder" erkennen.

Hierbei handelt es sich um Bilder, die in zufälligen Mustern codiert sind und bisher nur vom Computer erkannt wurden. In einem neuen, online auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlichten Artikel haben Wissenschaftler in Schottland der Heriot-Watt University in Edinburgh und der University of Glasgow festgestellt, dass das menschliche Auge selbst die erforderlichen Berechnungen durchführen kann.

"Obwohl das Gehirn sie nicht individuell sehen kann, erkennt das Auge irgendwie alle Muster und speichert dann die Informationen und summiert alles zusammen", sagte der Mitautor der Studie, Daniele Faccio, Physikprofessor an der Heriot-Watt University. [Die erstaunlichsten optischen Täuschungen (und wie sie funktionieren)]

Geisterbilder machen

In einer normalen Kamera nehmen mehrere Pixel das Licht einer Quelle, wie etwa der Sonne, auf, um ein Bild zu erzeugen. Geisterbilder sind im Grunde das Gegenteil: Sie beginnen mit mehreren Lichtquellen in einem vorhersagbaren Array, sagte Faccio gegenüber WordsSideKick.com. Das Licht werde von einem Einpunktdetektor gesammelt, der üblicherweise als "Eimer" bezeichnet wird.

Eine einfache Möglichkeit, um sich vorzustellen, wie dies funktioniert, besteht darin, über Lidar nachzudenken, bei dem ein Einzelpunktlaser zum Scannen einer Szene verwendet wird. Der Detektor erfasst, wie das Licht des Lasers von jedem Punkt der Szene zurückgeworfen wird, der dann zu einem Bild rekonstruiert werden kann.

Diese Geisterbilder von vier und sechs zeigen, was das Auge sieht. Schwarz-Weiß-Muster werden gegen die Originalbilder von Vier und Sechs projiziert, und das resultierende Licht, das zurückspringt, kann verarbeitet werden, um das Originalbild sichtbar zu machen. Die Forscher glaubten einst, nur Computer könnten diese Verarbeitung durchführen, aber neue Untersuchungen zeigen, dass das menschliche Auge zumindest einen Teil des Prozesses beherrscht.

Diese Geisterbilder von vier und sechs zeigen, was das Auge sieht. Schwarz-Weiß-Muster werden gegen die Originalbilder von Vier und Sechs projiziert, und das resultierende Licht, das zurückspringt, kann verarbeitet werden, um das Originalbild sichtbar zu machen. Die Forscher glaubten einst, nur Computer könnten diese Verarbeitung durchführen, aber neue Untersuchungen zeigen, dass das menschliche Auge zumindest einen Teil des Prozesses beherrscht.

Bildnachweis: Daniele Faccio

Aber es gibt einen schnelleren Weg, um Geisterbilder zu bekommen, sagte Faccio. Anstatt die Szene mit einer einzigen Lichtquelle abzutasten, haben Forscher herausgefunden, dass sie Muster auf eine Szene projizieren können. Das Licht, das vom Objekt reflektiert wird, und das Muster können dann gemessen werden. Der Unterschied zwischen diesem Lichtmuster und dem projizierten Originalmuster enthält das "Geisterbild", das ein Computer dann mathematisch aus den Daten auspacken kann. Diese Bilder sehen aus wie eine schwache Graustufendarstellung des Originalbildes.

Geisterhafte Visionen

Rechnerisch gesehen, erfordert diese Methode der Herstellung von Geisterbildern zwei mathematische Schritte, sagte Faccio. Die erste besteht darin, die Originalmuster und die Muster so zu kombinieren, wie sie erscheinen, nachdem sie auf das Objekt projiziert wurden. Dies wird mathematisch durch Multiplizieren des ursprünglichen Musters mit dem vom Objekt erzeugten Lichtsignal und dem Muster an jedem Punkt erreicht. Die zweite ist, alle diese Zahlen über die gesamte Szene zusammenzufassen. [Die 11 schönsten mathematischen Gleichungen]

"Die Frage, die wir uns stellten, lautet: Kann das menschliche Gehirn das tun?", Sagte Faccio.

Die Forscher beschlossen, sich auf die zweite Hälfte der Berechnung zu konzentrieren, die Summe aller Muster zusammen. Um dies zu erreichen, projizierten sie schachbrettartige Muster, so genannte Hadamard-Muster, gegen die berühmte Fotografie von Albert Einstein, wobei seine Zunge herausragt. Sie nutzten dann einen Einpixel-Detektor, um die resultierenden Lichtmuster zu sammeln, die sie in einen LED-Projektor einspeisen.

Dieser LED-Projektor strahlte die Einstein-plus-Hadamard-Muster auf einen Bildschirm, der die ursprünglichen Hadamard-Muster zeigte, und vervielfachte im Wesentlichen die beiden. Schritt eins: abschließen.

Der nächste Schritt bestand darin zu sehen, was die Leute sehen konnten, wenn sie diese Zusammenfassung betrachteten. Die Forscher fanden heraus, dass die Menschen, wenn die Einstein-plus-Hadamard-Muster langsam pro Sekunde oder länger projiziert wurden, nur schwarzweiße Schachbrettmuster sahen - keine Geisterbilder. Als die Forscher die Projektionen beschleunigten, erschien Einsteins doofes Gesicht. Die Forscher führten auch die Experimente mit Zahlen und Buchstaben durch und stellten fest, dass sie in den "Ghost" -Versionen lesbar waren.

"Die Schwarzen und Weißen werden verschwinden", sagte Faccio. "Sie werden gräulich und Sie sehen tatsächlich das Bild, das vor Ihnen erscheint."

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Der Grund, warum dies funktioniert, sagte Faccio, ist, dass das menschliche Auge eine langsame Bildwiederholfrequenz hat. Es ist nicht anders als der Grund, warum Filme funktionieren: Wenn Bilder schneller als diese Bildwiederholfrequenz auf dem Bildschirm geflackert werden, entsteht die Illusion einer sanften Bewegung.

Das Auge "erlangt die Informationen sehr schnell", sagte Faccio. "Es ist nur sehr langsam, um es loszuwerden."

Die Forscher stellten fest, dass die flackernden Muster für etwa 20 Millisekunden im "Gedächtnis" des Auges blieben und im Laufe der Zeit langsam verblassten. Wenn sich die Muster von 20 Millisekunden überlappen, fasst das Auge sie wie ein Film zusammen und lässt das Geisterbild entstehen.

Der aufregende Teil dieser Entdeckung, so Faccio, ist, dass das Geisterbildsystem zur Untersuchung des menschlichen Sehsystems verwendet werden kann. Das Forscherpapier wird derzeit in einer von Experten begutachteten Zeitschrift geprüft. Der nächste Schritt des Teams besteht darin, herauszufinden, ob das menschliche Auge auch den ersten Schritt des Betrachtens von Geisterbildern durchführen kann, indem es verschiedene Eingaben mit dem rechten und dem linken Auge multipliziert.

Originalartikel zu WordsSideKick.com.


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