"О, сколько нам открытий чудных готовит самолюбья дух...» (не Пушкин)
Какая у нас содержательная "беседа" получается - прямо душа радуется. Начинается всё с «невинного мнения», которое тут же оспаривается бдительным оппонентом, указывающим на отсутствие объективных причин его иметь. Сознание получает эти замечания после пропуска через фильтр самолюбия, которое переводит их как «ты дурак и врун». После чего тут же следует прилив энергии, мозги получают стимул для активной работы, и завертелось (благо есть интернет). На этой стадии решается задача «опровержения оппонента» и «подтверждение правоты «себя-любимого». Вся получаемая информация безжалостно люстрируется в соответствии с поставленной задачей – аргументы против отсеиваются, за – складываются. Прямо, прокурор и адвокат в одном лице. Но с уточнением - прокурор - оппоненту, адвокат - себе.
Далее процесс полемики постепенно нормализуется, аргументация становится более объективной, бо факт извлеченного знания, которое противоречит прежним представлениям, при искусственном его «не замечании» исподволь доказывает «мыслителю», что оппонент-то прав – ты и вправду дурак, раз не хочешь признавать то, что сам же и узнал. Тут хочешь-не хочешь, а самолюбие приходится придерживать. Однако, беседа становится уже не столь непринужденной, поскольку требует аргументационной осторожности, чтоб в очередной раз не пришлось «отвечать за базар».
В итоге, спорщики получают массу новых знаний с одновременной проверкой их на «вшивость» - степени достоверности и применимости. Во-истину, «в споре рождается истина»! (если, конечно, разум победит гордыню).
Нет, чтоб просто поинтересоваться, да? Узнать для себя что-то новое просто от желания узнать. Сказано же умными людьми - "старость наступает, когда человек утрачивает способность учиться". Так, нет! Надо, чтоб сначала самолюбие было задето. Иначе движухи нет. Эх, слаб человек, слаб...
Ну, ладно, хоть так.
Однако по теме сказано уже много, попробуем подвести итоги.
Насколько стало ясно, методы улучшения изображений, полученных оптическим путём, включают в себя:
1. – удаление шумов
2. – исправление оптических искажений (рассматриваем только то, что ограничивает степень детализации изображений - отличие реальной проекции от теоретического идеала)
3. – "вычисление" более детального изображения, чем позволяет оптика (т.н., "суперразрешение").
1. Удаление шумов происходит тремя основными способами:
- путём сравнения двух или более одинаковых изображений, полученных одновременно, по принципу «изображения одинаковые, шумы – разные» с прямым удалением шумовых фрагментов и последующей заменой их на незашумленные элементы из других проекций или на «средне-арифметическое значение» соседних элементов изображения;
- вычислением шума посредством сравнения множества изображений (проекций) одного и того же объекта, наблюдаемого с одного и того же ракурса за счет выявления геометрического порядка изображения различными математическими методами.
- вычисление шума методом отделения его от эффекта расфокусировки (например, атмосферой по методу поиска элементов изображения одинаковой яркости – то, что использовалось в примере из Википедии).
2. Оптические искажения включает в себя:
- искажения, связанные с аберрацией, дисторсией, интерференцией и дифракцией (классика, обсуждать не будем),
- искажения, вносимые несовершенством геометрии оптики,
- искажения, вносимые неоднородностью физических свойств материала оптики;
- искажения, вносимые атмосферой, включающие в себя две предыдущие причины.
Оптические искажения собственно оптики тем меньше, чем больше её апертура (точнее, отношение её к длине волны света). Этот способ имеет массо-габаритные ограничения, однако, решается способом «синтеза апертуры», коих существует несколько:
1. Интерферометрический синтез (принцип понятен, повторяться не будем)
2. Оптико-механический синтез:
Сущность такого синтеза заключается в построении крупного составного зеркала с помощью большого количества малых зеркал, форма поверхности которых соответствует общей поверхности большого зеркала. По сути, это метод юстировки отдельных элементов зеркала – к синтезу апертуры, на мой взгляд, имеет отношение опосредованное. Это, скорее, способ физического увеличения апертуры с возможностью локальной коррекции деформаций.
3. Синтез частично заполненных апертур:
Можно синтезировать апертуру с помощью совокупности не прилегающих друг к другу малых апертур, образующих разреженную апертуру. Существуют два пути синтеза:
- одновременная регистрация изображения с использованием всех малых апертур при их фиксированном положении в пространстве («пространственный синтез»)
- и последовательная регистрация совокупности изображений через набор апертур с изменением пространственной конфигурации этого набора между экспозициями («временной синтез»). 4. Активный синтез апертуры посредством подсветки наблюдаемого объекта когерентным излучением (не рассматриваем).
Вся информация почерпнута из научной статьи аж за 1974 год:
В. Н. Синцов, А. Ф. Запрягаев, Апертурный синтез в оптике, УФН, 1974, том 114, номер 4, 655–676Как следует из полученной информации, человеческий глаз может обладать как минимум 3-мя из перечисленных видов синтеза апертуры:
- оптико-механический (юстировка проекционной поверхности сетчатки и/или подстройка поверхности хрусталика)
- пространственный синтез – получение зрительной информации с двух разнесенных и синхронизированных оптических систем;
- временной синтез – посредством получения серии изображений с последующей обработкой;
- и ещё стоит добавить синтез «синтезов апертур» - когда обрабатывается информация, полученная сразу всеми перечисленными способами.
Пример применения "временного синтеза":
.....................................50 тыс. снимков подобного качества:
Результат, полученный в результате математической обработки:
На всякий случай процитирую оттуда же:
Фасеточные глаза насекомых, ракообразных и членистоногих, состоящие из множества (до 10 в 4-й степени ) структурных единиц, также могут рассматриваться как синтезированные апертуры. Не исключено, что принцип синтеза апертуры реализован в зрительном аппарате пауков, состоящем из восьми глаз.Наконец, Супер-разрешение – получение более детализированного изображения из менее детального за счет извлечения дополнительной информации – угле падения луча света, отсеивания шума, выявления разного рода симметрий при расфокусировке и пр., которая помогает выявить причины, характер и закономерности рассеяния света. Требует много разноплановой информации и математических моделей, включая способ обратного прогнозирования – подбора такой деталировки, которая при просчитанном размытии даст имеющееся оптическое изображение.
Поскольку в зрительной системе человека все перечисленные условия для извлечения дополнительной информации имеются, вполне возможной представляется и способность ЦНС вычислить изображение с большей деталировкой, нежели "исходник" - т.н. "суперразрешение".
Оговорюсь, что имеется в виду под «дополнительной информацией». По реакции пикселя CMOS-матрицы на попадание в него фотонов нельзя сказать, под каким углом, с какого ракурса он туда попал. Но имея массив изображений (см. временной синтез и пространственный синтез), часть такой информации можно выявить - например, по градиенту расфокусировки проекции при смещении объекта наблюдения относительно оптической оси (за счет поворота глаза – см. саккады), то есть, за счет проекции изображения на разные участки сетчатки и последующего их сравнения.
Процесс расфокусировки только кажется необратимым. Тот же фотошоп превращает точку в размытый круг по вполне определенным математическим формулам. Если знать эти формулы, вполне можно совершить и обратный процесс. Даже, если размытие происходило с использованием ПСП (псевдо-случайной последовательности) или с применением какого-то метода шифрования, то и в этом случае возможно вычисление сразу массива вариантов первоначального изображения, из которых наиболее вероятный определяется какой-то иной дополнительной информацией. Например, если таких элементов в изображении много и они геометрически связаны, то это ещё один фактор, уменьшающий количество возможных решений, и тем помогающий решать задачу, обратную расфокусировке. Конечно, изображение, получаемое этим способом, носит вероятностный характер. Поэтому отношение к нему должно быть не однозначным, а доверительным.
Но в общем и целом, после погружения в суть вопроса, охреневаю от возможностей, которые открываются.
Мой «вердикт» такой:
То, что предположил Ньюфиз - «виртуальная объемная фокусировка» - полагаю, вполне рабочая гипотеза. Но для её реализации вовсе не требуется введение предположения, что квант можно слегка «потрогать», не вызвав коллапса волновой функции для определения его траектории. Эту информацию вполне можно вычислить и по косвенным факторам - естественно, с той или иной долей вероятности (речь о вычислении точки фокусировки).
Вопрос невозможности фокусировки проекции на сетчатке снимаю. Аргументы Ньюфиза считаю слабыми – разница в 20% что кривизны хрусталика, что фокусного расстояния (фокусировка «перед сетчаткой» или «за сетчаткой»), считаю несущественными. Расчётный диапазон перестройки оптической силы хрусталика показывает, что этот процесс вполне «умещается» в размерах глаза.
Зря тётеньку-офтальмолога в смущение ввёл...