科科學:破解大腦密碼─揭開腦內智慧變焦的面紗

by 癮JOY
2011.11.03 10:00AM
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是科科學:破解大腦密碼─揭開腦內智慧變焦的面紗這篇文章的首圖


(圖片來源:Wired

人類與動物的雙眼,能在片刻間精準的完成對焦。不論遠近,我們總是能凝視著一個物體,即時調整焦距來對焦。 現在研究人員指出,他們對大腦如何完美執行這項能力,有了更近一步的發現。

兩位美國德州大學奧斯汀分校知覺感應研究中心(Center for Perceptual Systems at the University of Texas, Austin)的心理學家 - 威爾森‧蓋斯勒(Wilson Geisler)和約翰‧伯納德(Johannes Burge)已經研發出一個簡易的演算法,來快速準確估算單一模糊影像中的對焦誤差。這是了解生物視覺系統要如何避免像數位相機一直覆估計和檢查的關鍵。兩位研究者說,這項發現或許有助於了解人類近視的變化以及提升數位相機的功能。

為了能清楚觀看物體,準確計算模糊影像是很重要的。蓋斯勒解釋說人類和動物本能地從模糊影像上取得主要特徵,用此來判定物體的距離後,眼睛立即判斷出精準的焦距。他也說明:「對一些動物來說,這是牠們感覺距離的主要方式。」舉例來說,變色龍相當依賴這項能力來準確定位昆蟲在飛行中的位置,再利用舌頭攫取正確定點的獵物。如果放置一個透鏡在變色龍的眼前以模糊焦距,牠就無法對獵物預測出正確的距離。

伯納得表示:「但是,科學家們仍未研究出生物視覺系統是如何準確地計算焦距。許多研究人員認為,大腦利用評估和檢驗的方法來計算物體的遠近,如同數位相機的自動對焦功能。相機的對焦方式為調整焦距、測量影像的對比度,並重覆此一動作,直到對比度達到最大值為止。」

伯納得另外還表示:「數位相機的對焦過程很緩慢,且經常連一開始進行對焦的方向都不正確。此外,仰賴對比度的最大值就等同最佳對焦距,並以此來進行對焦的程序是不完全正確的。」

為了解開人類與動物如何運用影像中的模糊程度來估計正確的距離之謎,蓋斯勒和伯納得運用了著名的數學方程式,在電腦上模擬一套人類視覺系統。他們將與人眼所見近似的自然風光圖像輸入系統,像是臉孔、花卉或風景,發現雖然這些圖像的內容差異極大,但銳利、模糊的型態,以及保留細節的相對程度皆維持不變。

接著,為了模擬出視覺系統如何處理這些圖像,他們在設計此系統時加入了一組電子過濾器,以偵測這些影像。他們利用模擬系統,有系統的將圖片模糊失焦,讓模擬系統對電子過濾器進行模擬及測試其反應。研究人員們發現,藉由觀察電子過濾器的圖像反應,他們便能準確預測出錯誤對焦的次數。研究人員們表示,此研究為人類與動物的頭腦,為何能不經思考及檢測便能運用模糊對焦,計算出物品正確的焦距提供了可能的解釋。此研究成果將於本週發表於美國國家科學院院刊的網站上。

在布魯明頓印第安納大學的(Indiana University, Bloomington)視覺及光學系的教授-賴瑞錫伯斯(Larry Thibos)表示:「他們已證明靜態圖像裡有足夠的資訊來測量物體的遠近距離。早在五、六十年前,我們就知道人類能夠準確判斷影像物件是否失焦,而這份報告則讓我們了解視覺系統如何運作。」

研究人員也在他們的模擬實驗中加上常見的視覺缺陷,並發現這些缺陷實際上有助於判斷焦距。

蓋斯勒表示:「我們發現眼睛裡的缺陷,如散光及色差,確實有益對焦。」因此,這也助於解釋為何那些透過近視雷射手術來矯正散光的人,通常無法在術後的幾個禮拜恢復正常對焦。

錫伯斯說:「這項新的研究成果,可能會對醫療判斷產生影響,人們或許會想回復完美的視力,然而有點小缺陷可能更好。」 

註:本文由文藻外語學院翻譯系畢業展翻譯小組協助翻譯:吳郁婷(Lea Wu)、王藝瑾(Jin Wang)、古凱瑜(Kelly Ku)、梁嘉育(Mini Liang)。

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