人眼可以看到'幽灵图像'

科学家们发现人眼有一种怪异的能力。它可以检测到“鬼影”。

这些是以随机模式编码的图像，以前认为只能由计算机检测到。但是，在一份在线发布在预印本服务器arXiv上的新论文中，位于爱丁堡赫瑞瓦特大学和格拉斯哥大学的苏格兰科学家发现，人眼本身可以进行必要的计算。

研究报告的共同作者，赫瑞瓦特大学的物理学教授Daniele Faccio说：“虽然大脑无法单独看到它们，但眼睛却以某种方式检测所有模式，然后将信息保存在那里并将所有信息汇总在一起。”

制作鬼影

在常规相机中，多个像素从一个光源(如太阳)接收光以创建图像。Ghost图像基本上是相反的：它们以可预测的阵列中的多个光源开始，Faccio告诉Live Science，光线由单点探测器收集，通常称为“桶”。

设想其工作原理的一种简单方法是考虑使用单点激光扫描场景的激光雷达。探测器捕获来自激光的光如何从场景中的每个点反弹回来，然后可以将其重建成图像。

这些四和六的鬼影显示了眼睛看到的东西。将黑白图案投射到四和六的原始图像上，并且可以处理反射回来的光以显示原始图像。研究人员曾经认为只有计算机可以进行这种处理，但是新的研究表明人眼至少能够完成一些过程。

但Faccio表示，有一种更快的方法可以获得幽灵图像。研究人员发现，他们可以将模式投射到场景中，而不是使用单个光源扫描场景。然后可以测量从物体反射的光加上图案。该光图案与投影的原始图案之间的差异包含计算机可以在数学上从数据中拧出的“重影图像”。这些图像看起来像原始图像的微弱灰度表示。

幽灵般的幻想

计算上讲，这种制作鬼影的方法涉及两个数学步骤，Faccio说。第一种是将原始图案和图案组合在投影到物体上之后。这在数学上通过将原始图案与由对象产生的光信号和每个点处的图案相乘来完成。第二是在整个场景中总结所有这些数字。

“我们问自己的问题是，'人脑能做到吗?'”Faccio说。

研究人员决定将重点放在计算的后半部分，即所有模式的总和。为了做到这一点，他们开始通过投射棋盘式的模式称为Hadamard模式，对着着名的阿尔伯特爱因斯坦照片，舌头伸出。然后，他们使用单像素探测器收集产生的光图案，然后将它们送入LED投影仪。

那台LED投影机将Einstein-plus-Hadamard图案照射到屏幕上，显示原始的Hadamard图案，基本上将两者相乘。第一步：完成。

下一步是看看人们在看这个总结时能看到什么。研究人员发现，当Einstein-plus-Hadamard模式以1秒或更长的脉冲缓慢投射时，人们只看到黑白棋盘 - 没有鬼影。但随着研究人员加快预测，爱因斯坦的傻瓜面貌出现了。研究人员还用数字和字母进行了实验，发现它们在“幽灵”版本中清晰易读。

“黑人和白人将开始消失，”Faccio说。“它们会变得灰白，你确实开始看到你面前出现的图像。”

点击刷新

Faccio说，这种作用的原因在于人眼的刷新率较慢。这与电影工作的原因没有什么不同：当图像在屏幕上比这个刷新率更快地闪烁时，它会产生平滑移动的错觉。

“获取信息非常快”，Faccio说。“摆脱它只是非常缓慢。”

研究人员发现，闪烁的图案在眼睛的“记忆”中保留了大约20毫秒，在那段时间内逐渐淡出。如果20毫秒的图案重叠，那么眼睛就会像电影一样将它们相加，从而允许重影图像出现。

Faccio说，这一发现的令人兴奋的部分是鬼影像系统可用于研究人类视觉系统。研究人员的论文目前正在同行评审期刊上进行审查。团队的下一步是找出人眼是否也可以进行观看鬼影的第一步，可能是将不同的输入与右眼和左眼相乘。

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