Если задуматься, это — одна из самых удивительных особенностей нашего прекрасного зрения: способность моментально фокусироваться на нужном объекте, будь он в нескольких сантиметрах или километрах от нас. Мы делаем это быстро, без какого-либо напряжения и с высочайшей точностью, но как это происходит, во всех деталях до сих пор неясно.
Встроенный автофокус: Зачем очки хамелеону

Вопрос «автофокусировки глаз» стал темой исследований, которыми занимаются американские физиологи из лаборатории Уилсона Гейслера (Wilson Geisler). Для начала они создали несложный алгоритм, способных численно оценить ошибку в фокусировке для вводимых в него размытых изображений. Считается, что такая оценка является ключевой для работы биологических систем, и заметно отличающей их от электронных автофокусов цифровых фотоаппаратов, которые действуют методом проб и ошибок.

Ученые полагают, что люди и другие животные с развитым зрением инстинктивно и моментально способны оценивать параметры размытого изображения объекта, выделяя из него те, которые позволяют установить расстояние до него, найти ошибку в текущей фокусировке глаза и подстроить ее до нужного уровня. «Для некоторых животных, — добавляет Гейслер, — Это основной способ оценки расстояния». К примеру, на него полагаются хамелеоны, вычисляя дистанцию до летящего насекомого, которое стоит прихлопнуть языком. Это легко показать, надев на хамелеона «очки» — поместив перед его глазами линзы — после чего он начинает ошибаться в оценке расстояния в предсказуемом направлении и на предсказуемую величину.

Однако до сих пор неясно, как именно зрительные системы живых организмов так хорошо проводят нужную оценку. По мнению одних ученых, для этого мозг «запускает» сложный алгоритм предположений и их последовательных проверок, действуя почти как цифровой фотоаппарат, пробуя и ошибаясь. В фотокамере это происходит пошаговыми изменениями фокусного расстояния, причем после каждого шага электроника оценивает степень размытости изображения по его контрастности, добиваясь максимально контрастной картинки. «Такая процедура медленна, нередко происходит в неверном направлении и, наконец, базируется на предположении о том, что лучший фокус прямо связан с максимальной контрастностью, — говорит коллега профессора Гейслера, — А это не всегда верно».

Алгоритм, предложенный командой Гейслера, ближе к зрительной системе животных. Компьютер, анализируя изображения обычных сцен — человеческих лиц, цветов, пейзажей — несмотря на все их разнообразие, выделил общие, свойственные всем им параметры, связанные лишь со степенью расфокусировки — паттерны контрастности, степень детализации… Судя по всему, такие же параметры позволяют и нашему зрению оценивать степень отклонения фокуса без всяких проб и ошибок. Иначе говоря, на примере компьютерной модели ученым впервые удалось показать, что в статической картинке самой по себе имеется достаточно данных для того, чтобы определить, дальше ли, или ближе находится расфокусированный объект от точки фокуса, и даже оценить это расстояние.

Более того, введя в свои расчеты известные несовершенства человеческого глаза — легкий астигматизм (связанный с неравномерной кривизной хрусталика) или хроматические аберрации (связанные с разным углом преломления для разных длин волн света) — авторы продемонстрировали, что они, напротив, определенным образом облегчают поиски четкой фокусировки. Это согласуется с тем пока необъясненным наблюдением, что люди, прошедшие коррекцию сильного астигматизма, нередко в течение нескольких недель после операции испытывают трудности с фокусировкой взгляда.

Читайте также: «Фотографии не тают».

По публикации ScienceNOW