科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)人眼有一種怪異的能力。它可以檢測(cè)到“鬼影”。

這些是以隨機(jī)模式編碼的圖像，以前認(rèn)為只能由計(jì)算機(jī)檢測(cè)到。但是，在一份在線發(fā)布在預(yù)印本服務(wù)器arXiv上的新論文中，位于愛(ài)丁堡赫瑞瓦特大學(xué)和格拉斯哥大學(xué)的蘇格蘭科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，人眼本身可以進(jìn)行必要的計(jì)算。

研究報(bào)告的共同作者，赫瑞瓦特大學(xué)的物理學(xué)教授Daniele Faccio說(shuō)：“雖然大腦無(wú)法單獨(dú)看到它們，但眼睛卻以某種方式檢測(cè)所有模式，然后將信息保存在那里并將所有信息匯總在一起。”

制作鬼影

在常規(guī)相機(jī)中，多個(gè)像素從一個(gè)光源(如太陽(yáng))接收光以創(chuàng)建圖像。Ghost圖像基本上是相反的：它們以可預(yù)測(cè)的陣列中的多個(gè)光源開(kāi)始，F(xiàn)accio告訴Live Science，光線由單點(diǎn)探測(cè)器收集，通常稱為“桶”。

設(shè)想其工作原理的一種簡(jiǎn)單方法是考慮使用單點(diǎn)激光掃描場(chǎng)景的激光雷達(dá)。探測(cè)器捕獲來(lái)自激光的光如何從場(chǎng)景中的每個(gè)點(diǎn)反彈回來(lái)，然后可以將其重建成圖像。

這些四和六的鬼影顯示了眼睛看到的東西。 將黑白圖案投射到四和六的原始圖像上，并且可以處理反射回來(lái)的光以顯示原始圖像。 研究人員曾經(jīng)認(rèn)為只有計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行這種處理，但是新的研究表明人眼至少能夠完成一些過(guò)程。

但Faccio表示，有一種更快的方法可以獲得幽靈圖像。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以將模式投射到場(chǎng)景中，而不是使用單個(gè)光源掃描場(chǎng)景。然后可以測(cè)量從物體反射的光加上圖案。該光圖案與投影的原始圖案之間的差異包含計(jì)算機(jī)可以在數(shù)學(xué)上從數(shù)據(jù)中擰出的“重影圖像”。這些圖像看起來(lái)像原始圖像的微弱灰度表示。

幽靈般的幻想

計(jì)算上講，這種制作鬼影的方法涉及兩個(gè)數(shù)學(xué)步驟，F(xiàn)accio說(shuō)。第一種是將原始圖案和圖案組合在投影到物體上之后。這在數(shù)學(xué)上通過(guò)將原始圖案與由對(duì)象產(chǎn)生的光信號(hào)和每個(gè)點(diǎn)處的圖案相乘來(lái)完成。第二是在整個(gè)場(chǎng)景中總結(jié)所有這些數(shù)字。

“我們問(wèn)自己的問(wèn)題是，'人腦能做到嗎?'”Faccio說(shuō)。

研究人員決定將重點(diǎn)放在計(jì)算的后半部分，即所有模式的總和。為了做到這一點(diǎn)，他們開(kāi)始通過(guò)投射棋盤式的模式稱為Hadamard模式，對(duì)著著名的阿爾伯特愛(ài)因斯坦照片，舌頭伸出。然后，他們使用單像素探測(cè)器收集產(chǎn)生的光圖案，然后將它們送入LED投影儀。

那臺(tái)LED投影機(jī)將Einstein-plus-Hadamard圖案照射到屏幕上，顯示原始的Hadamard圖案，基本上將兩者相乘。第一步：完成。

下一步是看看人們?cè)诳催@個(gè)總結(jié)時(shí)能看到什么。研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Einstein-plus-Hadamard模式以1秒或更長(zhǎng)的脈沖緩慢投射時(shí)，人們只看到黑白棋盤 - 沒(méi)有鬼影。但隨著研究人員加快預(yù)測(cè)，愛(ài)因斯坦的傻瓜面貌出現(xiàn)了。研究人員還用數(shù)字和字母進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它們?cè)?ldquo;幽靈”版本中清晰易讀。

“黑人和白人將開(kāi)始消失，”Faccio說(shuō)。“它們會(huì)變得灰白，你確實(shí)開(kāi)始看到你面前出現(xiàn)的圖像。”

點(diǎn)擊刷新

Faccio說(shuō)，這種作用的原因在于人眼的刷新率較慢。這與電影工作的原因沒(méi)有什么不同：當(dāng)圖像在屏幕上比這個(gè)刷新率更快地閃爍時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生平滑移動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)。

“獲取信息非?？?rdquo;，F(xiàn)accio說(shuō)。“擺脫它只是非常緩慢。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，閃爍的圖案在眼睛的“記憶”中保留了大約20毫秒，在那段時(shí)間內(nèi)逐漸淡出。如果20毫秒的圖案重疊，那么眼睛就會(huì)像電影一樣將它們相加，從而允許重影圖像出現(xiàn)。

Faccio說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)的令人興奮的部分是鬼影像系統(tǒng)可用于研究人類視覺(jué)系統(tǒng)。研究人員的論文目前正在同行評(píng)審期刊上進(jìn)行審查。團(tuán)隊(duì)的下一步是找出人眼是否也可以進(jìn)行觀看鬼影的第一步，可能是將不同的輸入與右眼和左眼相乘。