Estudo do MIT prova que humanos podem ver 'imagens fantasmas' escondidas

Uma equipe do MIT descobriu que cérebros humanos são capazes de 'ver' imagens fantasmas escondidas entre grupos de padrões capturados por câmeras de pixel único.

Os cientistas descobrem uma maneira de ver o invisívelOs cientistas descobrem uma maneira de ver o invisível (DC)

Cientistas do MIT acabaram de anunciou os resultados de um estudo que apresenta um avanço surpreendente em como nosso cérebro visualiza o mundo e abre a porta para estender o que os humanos podem ver.

a queda do império americano - e depois?

Escapando das limitações da visão

Embalando nossas câmeras com milhões de píxeis faz sentido do ponto de vista econômico, pois o silício é relativamente barato. Diz Richard Baraniuk da Rice University, 'O fato de podermos construir [chips de câmera de silício] de maneira tão barata é devido a uma coincidência muito feliz, que os comprimentos de onda de luz aos quais nossos olhos respondem são os mesmos aos quais o silício responde.' Mas existem muitas outras áreas do espectro eletromagnético que adoraríamos ser capazes de visualizar e que o silício não é útil para: infravermelho , radiação terahertz , e frequências de rádio, por exemplo. Capturá-los, no entanto, exigiria sensores muito mais caros com sensibilidade de nível de megapixel, apenas possível com o gasto de centenas de milhares de dólares por uma única 'câmera'.



Sensoriamento comprimido

Sensoriamento comprimido oferece uma solução para este problema, permitindo que as câmeras ignorem o conteúdo visual de baixo valor, resultando em imagens menos 'ruidosas' e mais claras, mesmo ao reduzir a amostragem digital da imagem - o número de instantâneos que uma câmera tira para uma imagem - para um fração do que uma câmera típica captura.



O angiograma à esquerda foi obtido com compressão padrão e, à medida que o número de amostras diminui, também diminui a qualidade da imagem. O angiograma de detecção de compressão à direita, no entanto, permanece claro como cristal, mesmo durante a subamostragem extrema (Michael Lustig).

Esta forma de coleta de dados permite o uso de câmeras de pixel único-ou sensores, na verdade. Mesmo quando são feitos de materiais caros para capturar comprimentos de onda invisíveis, eles são uma virada de jogo quando se trata de custo. As câmeras de pixel único produzem o que chamamos de 'imagens fantasmas' porque são derivadas da luz que nunca realmente interage com o objeto que está sendo visualizado e porque existem apenas na diferença matemática entre os valores dos pixels até que o pós-processamento permite que sejam renderizados como imagens visíveis.



Um padrão baseado em um Transformada de Hadamard é projetado em um objeto a partir de um LED e uma câmera de pixel único captura a quantidade de claridade / escuridão que ela reflete (para imagens em preto e branco). Esses dados são registrados como um valor numérico, um único ponto de dados. O processo é então repetido com uma longa série de padrões diferentes. Você pode pensar que os pontos de dados desses padrões diferentes não têm muito a ver uns com os outros, mas todos compartilham uma coisa: foram todos refletidos pelo mesmo objeto. Quando são processados ​​juntos, algoritmos de computador podem revelar esse objeto e produzir uma imagem dele.

Uma bola de futebol fotografada com uma câmera normal à esquerda e um sistema de imagem fantasma usando 1.600 padrões de Hadamard à direita (R. G. Baraniuk).

Outra versão da imagem fantasma reduz o número de padrões necessários para uma imagem nítida. Para cada padrão, o processo começa da mesma maneira. Uma câmera de pixel único captura a luz refletida do objeto, mas em vez de registrar o valor resultante, ela é enviada para um segundo LED cuja luz é alterada por esse valor. O segundo LED modulado é então projetado no padrão e refletido em direção a uma segunda câmera de pixel único, ignorando o objeto completamente. O que é capturado por aquela câmera é a diferença entre o padrão e o reflexo anterior do padrão fora do objeto.



(Boccolini, et al.)

Mais uma vez, o processamento do computador pode analisar os valores derivados da repetição desse processo com vários padrões e produzir uma imagem do objeto.

O poder de processamento em nossos ombros

Transformar uma pilha de padrões em uma imagem obviamente requer muito poder computacional. Mas Alessandro Boccolini e sua equipe na Heriot-Watt University em Edimburgo, Escócia, se perguntaram algo maior: é possível que tenhamos alguma habilidade desconhecida para fazer isso sem um computador ? Talvez algo parecido com o modo como nossos cérebros transformam uma sucessão rápida de imagens estáticas em imagens em movimento? Os experimentos da equipe revelam, surpreendentemente, que fazemos isso, quando as condições são adequadas.

Os experimentos

A equipe de Boccolini recrutou quatro sujeitos para visualizar uma série de padrões, dando-lhes controle sobre a taxa em que apareceram. Em velocidades lentas, não surpreendentemente, eles simplesmente viram uma série de padrões diferentes. No entanto, em velocidades muito altas, em particular quando a taxa atingiu 20 kHz - ou 200 padrões a cada 20 milissegundos - uma coisa incrível aconteceu: os assuntos poderia ver o objeto a imagem fantasma foi capturada.

Testes posteriores revelaram que mesmo diminuir a taxa de exibição levemente causou a degradação da imagem e também que a visibilidade do objeto não durou, que é o que acontece quando vemos as coisas normalmente. A equipe observa: “Usamos esta técnica de imagem de fantasma humano para avaliar a resposta temporal do olho e estabelecer o tempo de persistência da imagem em cerca de 20 ms seguido por um declínio exponencial adicional de 20 ms.”

Por que isso é tão emocionante

Como observamos anteriormente, materiais caros posso respondem a comprimentos de onda eletromagnéticos, e o uso de câmera de pixel único e imagem fantasma torna isso economicamente viável. Agora sabemos que os cérebros humanos são capazes de processar - e, portanto, “ver” - as imagens fantasmas que eles produziram, transformando uma série de padrões em uma imagem por nós mesmos. Como o estudo observa, “a imagem fantasma com o olho abre uma série de aplicações completamente novas, como estender a visão humana em regimes de comprimento de onda invisíveis em tempo real”.

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