Сито для изображения

+ -
0
Сито для изображения
Перед осциллографом сидят студенты. На экране прибора луч чертит прямую линию, а на ней пульсирует острый выброс, словно горная вершина в чистом поле. Ее видят все, кроме испытуемого — «автора» вершины. Физиолог, проводящий опыт, подключил к мышцам его глаза токоотводящие электроды — наклеил в нужных местах на кожу тонкие проволочки. Каждое сокращение мышечных волокон, вызывающих саккадическое движение, — это еще и выработанный ими электрический сигнал. Таково свойство любых мышц. Проволочки ловят сигнал, передают на усилитель, и на экране появляется горная вершина. А испытуемый, по чьей милости она появилась, ее не замечает. И убедить его в том, что она существует, нет никакой возможности. «Перестаньте меня разыгрывать!» — сердится он.

Выходит, в момент саккадического движения мы слепы? Новая загадка!.. К чему бы человеку, да и любому существу, по нескольку раз в секунду слепнуть?

В Лаборатории в Колтушах нашли ответ на этот вопрос.

Все началось с таинственного НКТ — наружного коленчатого тела, которое расположено на пути зрительных сигналов между сетчаткой и корой. Совершенно непонятно было — и в литературе не удавалось найти ничего достоверного, — чем же оно занимается. Зрительные сигналы входят в него и выходят, вроде бы никак не изменяясь. Почему не изменяясь? Должен ведь существовать какой-то смысл такого прохождения, иначе мы должны допустить «глупость» природы, а она вовсе не такова.

Существовало мнение, что НКТ — своего рода усилительная станция, наподобие тех, которые «взбадривают» сигналы в трансокеанских кабелях. На первый взгляд вещь вероятная. Только почему же другие нервные цепи лишены подобных станций?

Рождается тогда иная гипотеза: НКТ не усиливает, а только регулирует силу сигналов. Вот, мол, объяснение, почему глаз способен работать при изменении яркости в сто миллионов раз. Однако и это предположение не нашло доказательств. Колоссальный диапазон чувствительности глаза объясняется, в частности, тем, что вырабатываемый рецепторами сетчатки сигнал пропорционален логарифму освещенности, что, кстати, подтверждает теорию Ярбуса. Логарифмическая кривая идет вначале очень круто, а потом все более и более полого: изменение яркости в сто миллионов раз превращается всего лишь в девятикратное изменение сигнала.

Загадка НКТ до последнего времени так и оставалась неразгаданной. В книге «Переработка информации у человека» Линдсея и Нормана, изданной в Нью-Йорке и Лондоне в 1972 г., так прямо и написано: таинственна, мол, роль упорядоченных структур НКТ... Действительно, когда микроэлектрод опускается в эту область мозга, исследователь видит здесь, как и на выходе ганглиозных клеток, такие же круглые поля с «он» или «офф» центром и противоположно действующей периферией, — поля «черно-белые» и «цветные». Они не выделяют ни линий, ни углов, ни направления движения, подобно полям коры, — ничего. Какова же их роль?

— Опыты были довольно хитрые, но вряд ли о них стоит рассказывать, главное здесь, конечно же, результат, — сказал мне в Лаборатории Никита Филиппович Подвигин. — А он таков: мы доказали, что переданный по зрительному нерву в НКТ «экран», состоящий из круглых «он-офф» полей, превращается там в пульсирующий. И идут пульсации с частотой саккадических подергиваний глазного яблока...

Вот как это происходит. Сразу же после скачка диаметр каждого поля весьма велик. Потом они начинают уменьшаться, и через несколько сотых долей секунды стягиваются в маленькие точки. Площадь поля сокращается иногда в двести пятьдесят раз! «Булавочные головки» эти существуют еще несколько сотых секунды — и вдруг очень быстро возрастают в диаметре. Они увеличиваются и увеличиваются, пока границы их не становятся расплывчатыми, неопределенно большими. С этого момента зрение ничего не передает в высшие отделы мозга до следующего скачка.

В первый миг после окончания саккады «экран» НКТ передает в зрительную систему сведения, которые позволяют опознать только очень грубый контур. Лишь потом, по мере стягивания полей, в образе «прорезаются» детали, которые становятся все более мелкими. Когда из картинки извлечен максимум сведений, восприятие прекращается благодаря тому, что поля как бы исчезают. В оставшееся перед очередным скачком время зрительная кора перерабатывает данные, полученные из НКТ. А затем — новый круг анализа. Цикличность восприятия вполне аналогична цикличности работы любой ЭВМ. Чтобы принять новую информацию, старая «вычищается» из кратковременной памяти при очередном скачке глаз, свежие данные не путаются с предыдущими. Честное слово, не перестаешь восхищаться фантастической продуманностью (если только это слово можно отнести к природе) схемы действия зрительного аппарата...

Чрезвычайно важная подробность: степень стягивания элементов «экрана» НКТ зависит от силы света. При тусклом освещении зрение принципиально не в состоянии опознать мелкие детали картины, спроецированной на сетчатку: поля слишком крупны. Вот почему часовщики и радиомонтажники стараются поставить себе на стол лампу поярче, вот почему в полутемном чулане не разглядишь на полу иголку, которую тут же отыщешь, если распахнется дверь. Известно, что яркий свет способствует повышению производительности труда: «пульсирующие поля» стягиваются сильнее, а раз четче зрение, то увереннее действует рука.

Благодаря пульсациям полей НКТ в зрительную кору поступает изображение, как бы просеянное через множество сит: в одном задерживаются только крупные «камни»—большие детали картинки, в следующем — уже помельче, и так далее, пока не дойдет до самого мелкого «песка».

Что из этого следует? Пока ничего. Но мы можем заняться одной интересной задачей. Смотрите: на столе сотня фотографий, мужские и женские лица. Нужно их рассортировать. Две минуты — и задача решена. В левой стопке мужчины, в правой — женщины. Предельно простое задание, не так ли?

А теперь спросим себя: по какому критерию производилась разбивка? Способны ли вы дать ему четкое определение? Нет, не нужно сию минуту — завтра, через неделю?..

Искренне советую, не беритесь за это безнадежное дело. На нем споткнулись уже тысячи отменных специалистов по вычислительной технике. Оно и понятно. Ведь дать словесное определение обобщенному образу «мужчина», «женщина», «стул», «стол» и прочим из пресловутой тысячи понятий невозможно, ибо эти образы — зрительные абстракции. А с абстракциями нужно обходиться осторожно. Энгельс как раз и поймал метафизиков на чересчур вольных операциях: «Сперва создают абстракции, отвлекая их от чувственных вещей, а затем желают познавать эти абстракции чувственно, желают видеть время и обонять пространство... Это точь-в-точь как указываемое Гегелем затруднение насчет того, что мы можем, конечно, есть вишни и сливы, но не можем есть плод, потому что никто еще не ел плод как таковой». Так что когда инженеры пытались вбить в электронные мозги ЭВМ словесное определение зрительных абстракций, фиаско выглядело вполне закономерным.

Несколько лучше обстоит дело со словесным описанием конкретных человеческих лиц, но пользоваться такими описаниями (к составлять их) умеют опять-таки не машины, а только люди. Еще в конце прошлого века французский криминалист Альфонс Бертильон, начальник Бюро судебной идентификации Парижской префектуры, разработал «словесный портрет». К нему охотно прибегают и в наши дни.

«Разрабатывая словесный портрет Янаки, я допросил большую группу свидетелей... Выяснил все его мельчайшие приметы и разработал словесный портрет, из которого явствовало, что Янаки имеет средний рост, телосложение полное, лицо овальное, лоб низкий и скошенный, брови дугообразные, сросшиеся, рыжеватые. Нос у него был длинный, с горбинкой и опущенным основанием, рот средний с толстыми губами, причем нижняя отвисала, а углы губ были опущены. Подбородок у Янаки тупой, раздвоенный, слегка оттопыренные большие уши имели треугольную форму, чуть запухшие глаза были зеленоватыми, а волосы — рыжими», — вспоминал в одном из своих рассказов писатель Лев Шейнин, бывший следователь уголовного розыска. Не правда ли, как выпукло предстает перед нами образ человека в этих простых, точных профессиональных терминах! Пусть «точность» подобных определений далека от точности показаний измерительных приборов: вы прекрасно сможете нарисовать, если обладаете талантом художника, портрет Янаки. Конечно, размеры отдельных частей лица в миллиметрах не проставишь. Все относительно. Длинный для одного лица нос станет вполне обыкновенным, а то и коротким для другой физиономии, более вытянутой. Так что составление хороших словесных портретов — искусство.

Как же, однако, быть, если свидетель не знает специальных терминов (а так чаще всего и случается), если он видел преступника лишь мельком, в испуге, если сохранились лишь самые общие впечатления? В таком случае прибегают к «портрету-роботу». В криминалистической картотеке хранится множество диапозитивов, на которых вы увидите разнообразнейшие носы, уши, брови, глаза, бороды, усы, овалы лица, прически... Из них «лепят» портрет, а свидетель подсказывает:

— Нет, лицо как будто шире... Нет, еще шире... Вот сейчас в самую точку... А волосы не такие длинные...

Конечно, нет полной уверенности, что робот во всех деталях будет похож на разыскиваемого, но какую-то путеводную нить он все-таки дает.

Может быть, наблюдая за изготовлением такого портрета, удается вскрыть критерии, которыми человек пользуется, узнавая лица? Американский физиолог Хармон провел серию экспериментов. Опытный художник-криминалист рисовал портрет «разыскиваемого» по указаниям хорошо знавших его «свидетелей». Затем художник сравнивал получившийся портрет с фотографией «беглеца» и записывал различия: «Губы должны быть чуть толще, уши прижатее, а овал лица — круглее... » Взяв портрет и словесную коррективу, новый художник-криминалист, до того не участвовавший в опыте, набрасывал еще один портрет-робот. А потом устраивался вернисаж.

К своему огромному удивлению, «свидетели» вдруг осознавали, что созданный по их словам облик крайне далек от реальности. Подавляющим большинством он был признан совершенно непохожим: язык еще раз доказал свою приблизительность, неспособность быть измерительным прибором.


Рис. 32. Портрет а — фотография. Портрет б нарисован по словам тех, кто хорошо знает этого человека: впоследствии все признали этот рисунок совершенно непохожим. Портрет в нарисован художником, который смотрел на портрет б и читал при этом перечень отличий портрета б от фотографии а. Портрет г нарисован художником с фотографии а


Зато в оценке отклонений речь куда более точна: второй портрет все одобрили как близкий к оригиналу. И все-таки самым лучшим, гарантирующим точность опознания выше девяносто процентов оказался портрет, нарисованный художником просто с фотографической карточки. «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать» — не зря говорит народная мудрость.

Тогда исследователь подошел к проблеме по-иному. Почему мы не в состоянии добиться ничего путного от рисунков, опрашивая их «напрямую»? Может быть, в них чересчур много деталей? Может быть, они излишне выразительны, эти детали (вспомните, как вы прошли по улице мимо старого друга и не узнали его только потому, что он отпустил бороду)? Может быть, стилизованное изображение, этакая крупноблочная мозаика, сконцентрирует внимание зрителя на самых существенных, самых информативных подробностях? Чтобы выяснить правду, решили создать портрет, нарисованный как бы донельзя грубой малярной кистью.

В роли маляра выступила ЭВМ. Она наложила на портрет сетку из двадцати строк и стольких же столбцов, а потом вывела среднюю яркость каждого образовавшегося квадратика. И показала на экране телевизора, что получилось: странную мешанину темных и светлых пятен. Несмотря на это, почти половина испытуемых узнала человека, изображенного на «блок-портрете». Во время другого опыта по «блок-портрету» почти все отыскали фотографию среди разложенных на столе, хотя лицо на фото было им незнакомо. Делай они выбор наугад, вероятность успеха не превысила бы четырех шансов на миллион.

Взгляните на рис. 33:



Рис. 33. Портрет а создан компьютером. В портрете б убраны все пространственные частоты, кроме 10 Гц. В портрете в убраны все шумы выше 40 Гц, иными словами, исключены резкие перепады яркости на границах квадратиков. В портрете г все пространственные частоты в диапазоне 10 — 40 Гц резко уменьшены по амплитуде


ничего не понятно, правда? Отойдите на пару шагов или прищурьтесь — возникнет лицо Авраама Линкольна. В чем причина метаморфозы? Когда мы глядим на портрет издали, результат вроде бы понятен: пропадают резкие различия квадратиков, образ усредняется по яркости. А вот почему, прищурившись, мы сталкиваемся с тем же эффектом? Чтобы рассказать об этом, придется вспомнить о рядах Фурье.

В 20-х годах прошлого века французский математик Жан Батист Жозеф Фурье напечатал работу, обессмертившую его имя: «Аналитическая теория тепла». Паровые машины тогда завоевывали позиции в промышленности, инженеры нуждались в теории теплопередачи, — она и была создана. А в дальнейшем оказалось, что сшитый Фурье математический костюм впору и электрикам, и радистам, и строителям самолетов — словом, представителям тысяч профессий и, как выяснилось, даже физиологам.

Универсальность формул не случайна. Тепловое движение — один из частных случаев движения вообще. Математический аппарат одинаково точно описывает и колебание струны, и прыжки кузова автомобиля на рессорах, и перевалку супертанкера в морских волнах, и беззвучное путешествие Луны среди звезд, и биение пульса.

Колебания маятника запишутся на графике в виде плавной кривой — синусоиды. Прихотливое дрожание осинового листа — это сумма множества простых колебаний, сложение массы разных синусоид, отличающихся частотами и амплитудами. Любое колебание, каким бы сложным оно ни было, можно превратить в ряд простых. И наоборот, из некоторого количества простых колебаний сотворить сложное. Так говорят формулы ряда Фурье.

Методами этими широко пользуются наука и техника, да и не только они. Советский физиолог Бернштейн доказал, что любые повторяющиеся движения могут быть изложены Фурье-языком. Развивая его взгляды, швед Иохансен, сотрудник Упсальского университета, установил, что формулами рядов Фурье выражаются танцы: чем длиннее ряд, тем больше в рисунке танца деталей, придающих ему специфику и неповторимость...

А теперь взглянем на «блок-портрет». Что можно сказать о яркости квадратиков мозаики? Что она, безусловно, подвержена каким-то колебаниям. Какова же самая низкая «пространственная» частота, то есть частота изменения яркости? Ответ ясен: полное отсутствие изменений — ноль герц. Именно так выглядят сплошь черные или белые строки и столбцы. А самая высокая? Тут проблема не так проста.

Во-первых, присутствует частота десять герц. Почему я так уверенно ее называю? Потому что квадратов в ряду двадцать, а значит, может быть не более десяти пар «черное — белое». Это самое высокочастотное колебание яркости, несущее полезную информацию.

Полезную! Потому что в «блок-портрете» очень много «шума» — высоких частот, возникших из-за резких перепадов яркости между квадратиками. Такие перепады, говорит Фурье-анализ, суть суммы бесконечного количества различных колебаний, амплитуды которых плавно уменьшаются по мере роста частоты. Пространственные частоты «шума» глушат полезную десятигерцевую информацию. Так бывает, когда олень спрячется в густом кустарнике: дробное чередование листьев и ветвей своим высокочастотным сигналом «прячет» низкие частоты информации о его туловище. Принципы военной маскировки тоже основаны на «шуме», беспорядочная «высокочастотная» окраска делает контуры техники и сооружений неузнаваемыми...

«Блок-портрет» значительно улучшится, если мешающие шумовые сигналы будут «срезаны», задержаны фильтром. Такую операцию легко проделывает ЭВМ, и результат значительно приятнее для глаза, чем исходное изображение.

Но прищуривание — что же оно значит? Заслоняя зрачок веками, мы уменьшаем поток поступающего на сетчатку света. Поля стягиваются уже не так сильно, как при полностью открытом зрачке, и «сито» НКТ теперь анализирует картинку только с помощью сравнительно грубых «ячеек». Резкие перепады яркости в этом случае зрение просто не воспринимает.

Где же складываются после анализа различные пространственные частоты? Все новые и новые опыты, проводившиеся в самых разных странах, убеждали исследователей, что происходит это в мозгу. А если так — зрительный аппарат занимается той работой, которую выполняет устройство, рекомендованное П. Дж. ван Хирденом для изготовления умельцами «любой школьной лаборатории». И, следовательно, мозг имитирует работу голографа Фурье.

Голография... Ее материальную основу — волновой процесс — наука осознала еще в XVII в. Знаний, чтобы ее воплотить в реальность, хватало и у Юнга, и у Френеля, и у Фраунгофера; и все-таки она не появилась, хотя каждый из этих людей оставил в науке заметный след. Затем Кирхгоф, Рэлей, Аббе и многие другие физики второй половины XIX — начала XX в. вплотную подходили к ее принципам. А изобретя ее, наконец, в 1948 г., лауреат Нобелевской премии Деннис Габор не придал ей особого значения и с годами почти позабыл о ней. Вот какая долгая и странная у голографии сложилась судьба. Только после того, как был изобретен лазер, ученые смогли разработать удобные схемы получения голографических изображений. Первыми в 1962 г. это сделали советский физик Ю. Н. Денисюк и американские радиофизики Э. Лейт и Ю. Упатниекс.

Голография в наиболее обычном ее виде — это фотографирование изображений без привычного фотоаппарата. Луч лазера расщепляют с помощью зеркал, линз и других оптических элементов на два потока: один направляют на фотопластинку, а другой — на голографируемый предмет. Отраженные от объекта волны света приходят к пластинке и там взаимодействуют—интерферируют с теми волнами, которые прошли туда напрямую от лазера. Если «горб» одной волны совпадет с «горбом» другой, они усилят друг друга. Если «горб» пришелся на «впадину», они взаимно уничтожатся. Ясно, что эмульсия пластинки в первом случае почернеет, а во втором останется нетронутой. Теперь нужно проявить голограмму, чтобы увидеть...

Впрочем, голограмма без лазера выглядит жалко: какая-то невзрачная штука, похожая на испорченный негатив, — все серо, никакого изображения нигде нет. Но достаточно посмотреть через нее на луч лазера, и где-то там, в непонятной глубине, появится объемное изображение. Откуда оно там взялось?

В светотехнике есть правило — «принцип Гюйгенса». Оно гласит, что любая точка освещенного предмета является не чем иным, как миниатюрным источником света. Именно таким мини-источником и выглядит под лазерным лучом каждое почернение пластинки-голограммы. Световые лучи, идущие от них, взаимодействуют друг с другом — интерферируют друг с другом в пространстве, как интерферировали во время записи голограммы опорный пучок света от лазера и предметный от объекта. Благодаря интерференции и возникает изображение, сквозь которое можно пройти в буквальном смысле этого слова: ведь идти приходится попросту через свет.

Голография была открыта во время работы с пучками света. Но поскольку свет — это волна, можно представить себе голограммы, сделанные с помощью других волн, скажем ультразвуковых, радиоволн, рентгеновских или даже гамма-лучей. Кое-что в этих экзотических видах голографии уже удалось сделать. Например, голографический радиолокатор (его иногда называют локатором бокового обзора, потому что он стоит на самолете и глядит своей антенной перпендикулярно курсу полета) дает изображения, по качеству сравнимые с аэрофотоснимками. И конечно же, таким «радиофотографиям» фотографы смертельно завидуют, потому что их можно делать и ночью и когда земля закрыта облаками. С помощью инфранизких звуковых волн геологи и геофизики надеются заглянуть в недра Земли, и кое-какие работы по этой части уже ведутся: инфразвуковая голография открывает поистине фантастические перспективы.

Но голографическое фотографирование далеко не исчерпывает возможностей голографии. Голограмма точки — великолепная линза, которая прекрасно сфокурсирует свет лазера, скажем на подлежащем сварке участке микросхемы. А если сделать голограмму нескольких точек, расположенных нужным образом, луч лазера разобьется на несколько лучей, и каждый будет сваривать свой участок. Именно так, сообщает журнал «Электроникс», и устроен новый автомат фирмы «Сименс» для лазерной сварки выводов микросхем. Как ожидают конструкторы, производительность новой установки значительно возрастет по сравнению с однолучевой.

Впрочем, мы весьма далеко ушли от темы, заставившей нас вспомнить про голографию. Зрительный аппарат — вот к чему нам пора вернуться. Зрение и память взаимосвязаны и, по-видимому, имеют к голографии отношение.

«Я бы хотел указать на философский аспект таких удивительных явлений, как... сходство голографической регистрации с памятью человека», — заметил Габор.

И действительно, на одной голограмме можно уместить сотни тысяч изображений, в одном квадратном сантиметре ее уже сейчас находят пристанище до ста миллионов бит информации. Какое устройство способно встать наравне с такой памятью? Только мозг.

Голограмма любого предмета — идеальный фильтр, выделяющий его среди тысяч других. Скажем, на фотографии — множество ключей с хитроумными бородками: попробуйте отыскать нужный. Сколько минут вы потратите? А если взглянуть на этот освещенный лазером хаос через голограмму потерянного ключа, там, где он лежит, вспыхнет яркая точка. Скорость работы голографических опознающих систем в миллион раз превосходит быстроту самых лучших установок, решающих эти задачи традиционными методами. Таковы, например, голографические узнаватели, которым предъявляют для сравнения отпечатки пальцев или буквы рукописей. Как тут не вспомнить работу зрительной системы, благодаря которой мы за сотые доли секунды опознаем знакомое лицо среди сонма других? А ведь зрительный аппарат — часть мозга...

В свое время мы говорили о математике, которая, возможно, дает ключ к разгадке тайны обобщенного образа. Не являются ли голография и ряды Фурье этим ключом? Для такого предположения есть немало оснований.

Чтобы выделить различные пространственные частоты картинки, оптики берут «решетки» из прозрачных и непрозрачных полос. Это не обязательно настоящие решетки, вполне приемлемы для решения таких задач и «шахматные доски», и концентрические круги, и многие другие формы, лишь бы обеспечивалось регулярное чередование прозрачных и непрозрачных участков. Чем выше нужная нам пространственная частота, тем элементы фильтра деликатнее.

Когда держишь в руках такой фильтр, сравнительно просто выяснить, есть ли в изображении соответствующие пространственные частоты: пусть фотоэлемент посмотрит на картинку сквозь решетку. Тогда все частоты, кроме той, на которую настроен фильтр, пройдут через него ослабленными. Один «наш» световой поток будет пропущен без искажений. Ток фотоэлемента будет «электрическим обозначением» интенсивности пространственной частоты, ее амплитуды.

Возьмите не один фильтр, а десять, глядите на картинку десятком глаз-фотоэлементов. Их показания будут различны для различных картин, ибо в каждой — свое распределение пространственных частот. Вообще говоря, с помощью такого десятиглазого автомата удастся грубо оценивать сходство и различие простейших изображений. Электронный прибор заменит конкретный образ «абстрактной» комбинацией напряжений. Есть ли нужда называть как-то эту комбинацию, выражать ее словом? Нет, это излишне. Автомат совершенно в них не нуждается. Может быть, и мозг пример но так же опознает «без слов»? В конце концов ведь и собаки узнают массу предметов, а уж у них-то, у животных, слов совсем нет...

Бесспорно, десяток фильтров — это слишком примитивный анализ. Однако кто мешает использовать не десять решеток, а пятьдесят? Анализировать не все изображение сразу, а разбивать его на участки и потом сводить результаты опознания воедино? Точность повысится, хотя, конечно, стопроцентной гарантии от ошибок достичь все равно никогда не удастся: ряд Фурье простирается в бесконечность. В изображении всегда найдется такая мелкая деталь, благодаря которой будут отличаться картинки, похожие по всем остальным показателям. Но тут уж ничего не поделаешь. Проблему «похож — не похож» приходится всегда решать с какой-то разумной степенью точности.

Решетки способны помочь не только фотоэлементу, но и человеческому глазу. После публикации в журнале «Знание — сила» статьи о работах Лаборатории в Колтушах пришло письмо из города Омсукчана Магаданской области от геолога Владимира Ласмана:

«Уважаемая редакция!

В 11 номере за 1974 г. вашего журнала была помещена корреспонденция В. Демидова «Глаз и образ». В ней, в частности, упомянуто о фильтрах Фурье. Отмечено, что оптики издавна пользуются фильтрами-решетками. Это натолкнуло меня на мысль о применении решетчатых фильтров в геологическом дешифровании аэрофотоснимков. Ведь снимок всегда несет ряд случайных колебаний фототона, маскирующих границы раздела разнородных участков земной поверхности. Фильтры Фурье как раз и позволят снять эти случайные колебания, выровнять однородные и более контрастно выделить неоднородные поверхности. Мною были изготовлены несколько примитивных фильтров (на прозрачную целлулоидную пластинку нанесена черной тушью решетка). Определенный эффект достигается. Неясные контуры структур становятся более отчетливыми, легче выделяются...
»

Большая статья о применении различного рода фильтров (растров) помещена в сборнике «Исследование природной среды космическими средствами». Он был издан Академией наук СССР к совещанию советско-американской рабочей группы, занимающейся проблемой поиска природных богатств с самолетов и из космоса. Авторы отмечают плодотворность идеи анализа аэрофотографий через растр: качество изображений улучшается.

Итак, фильтры Фурье против «шума»... Но ведь шумом можно считать не только помехи, а и всякого рода вариации изображения, например изменения начертаний букв при письме. Вычислительные машины и по сию пору не способны читать рукописи, для них приходится разрабатывать стилизованные шрифты: человеческое письмо «не по зубам» компьютеру. В свое время пытались поправить дело, увеличивая объем машинной памяти, нагромождая в ней все новые и новые вариации начертаний букв, да разве на все случаи жизни напасешься? Зрительный же аппарат человека ухватывает в букве главное (обобщенный образ!), не обращая внимания на второстепенные особенности.

Чувствуете, куда незаметно приводит нас дорога? Мы где-то очень близко от принципов, по которым может быть построена зрительная опознающая система. Какие же мозговые структуры способны играть роль фильтров Фурье или иных голографических компонентов? Вот что говорит по этому поводу все тот же ван Хирден:

«Если мы имеем трехмерную сеть нейронов, в которой каждый связан с несколькими соседними, то сигналы в этой сети будут проводиться подобно тому, как волна распространяется в упругой среде. Более того, если эта способность нейронов к проведению сигналов сможет постоянно возрастать, благодаря частому их, сигналов, повторению, то сеть должна действовать как трехмерная голограмма, у которой почти все нейроны, входящие в сеть, обладают способностью к запоминанию. В теории информации распознавание описывается корреляционной функцией двух временных функций, или двух образов. Сложное вычисление корреляционной функции может быть описано математически как операция фильтрации. Но первоначально, разумеется, должен быть произведен расчет фильтра, который требуется для этой операции и с которым будут сопоставляться сигналы... По счастливой случайности — или, может быть, это заложено в самой природе вещей, — распространяющееся волновое поле автоматически выполняет это трудоемкое вычисление, отвечая требованиям теории».

Под руководством профессора Накано в Японии была изготовлена правильная трехмерная композиция, похожая на кристалл, — ассоциатрон. Он разительно напоминает своей структурой приведенное ван Хирденом описание возможной схемы мозга. Регулярная сеть электронных «нейронов» ассоциатрона такова, что по ней могут распространяться электрические сигналы: например, импульсы от «сетчатки» из множества фотоэлементов. Если на какой-то «нейрон» придут сразу два сигнала, он отметит это событие в своей памяти. В любом ином случае там не запишется ничего. Система, следовательно, запоминает не столько информацию, сколько результат наложения двух или нескольких информационных «блоков» из электрических сигналов. Иными словами, запоминает ассоциацию между ними. Ассоциограммы столь тесно переплетены в «кристалле» профессора Накано, что выделить какую-то одну нет возможности. Повторяющаяся информация усиливает свой след в ассоциатроне, редкие сигналы могут совсем потеряться, забитые более частыми информационными воздействиями. Как все это напоминает картину работы мозга! И в нем не удается отыскать никаких «кладовых памяти», хотя каждый нейрон способен к запоминанию, и точно так же более сильные впечатления изгоняют из памяти редкие и слабые...

Впрочем, сколько бы ни строилось хитрых моделей, сколько бы ни высказывалось общих соображений о возможном устройстве мозга, скептик всегда возразит: «А кто и где видел, что реальные нейроны на самом деле занимаются голографией или хотя бы чем-то к ней близким? »

Подробным разговором на эту тему мы закончим книгу, а пока несколько слов о так называемых обманах зрения.

----

Статья из книги: Как мы видим то, что видим | Демидов В.

Возможно, Вам будет интересно

Похожие новости

Поделитесь своим мнением. Оставьте комментарий

Автору будет приятно узнать обратную связь о своём посте.

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent

Комментариев 0