Кой орган поставя обърнатото изображение на място? От светлинен импулс до информация

Окото е тяло във формата на сферична сфера. Достига диаметър 25 mm и тегло 8 g, е зрителен анализатор. Той записва това, което вижда и предава изображението на компютъра, след което чрез нервни импулси към мозъка.

Устройство за оптична визуална система - човешкото око може да се настройва в зависимост от входящата светлина. Той може да вижда далечни и близки обекти.

Ретината има много сложна структура

очна ябълкасе състои от три черупки. Външен – непрозрачен съединителна тъкан, който поддържа формата на окото. Втората мембрана е съдова, съдържа голяма мрежасъдове, които подхранват очната ябълка.

Черен е на цвят и поглъща светлината, като я предпазва от разсейване. Третата черупка е цветна, а цветът на очите зависи от нейния цвят. В центъра има зеница, която регулира потока от лъчи и промени в диаметъра в зависимост от интензивността на осветеността.

Оптичната система на окото се състои от стъкловидното тяло. Лещата може да заеме размера на малка топка и да се разтегне до големи размери, променяйки фокусното разстояние. Способен е да променя своята кривина.

Очното дъно е покрито от ретината, която е с дебелина до 0,2 мм. Състои се от слоеста нервна система. Ретината има голяма зрителна част - фоторецепторни клетки и сляпа предна част.

Зрителните рецептори на ретината са пръчици и конуси. Тази част се състои от десет слоя и може да се изследва само под микроскоп.

Как се формира изображение върху ретината

Проекция на изображение върху ретината

Когато светлинните лъчи преминават през лещата, преминавайки през стъкловидно тяло, те попадат върху ретината, разположена на равнината на фундуса. Срещу зеницата на ретината има жълто петно ​​- това е централната част, изображението върху нея е най-ясно.

Останалото е периферно. Централната част ви позволява ясно да видите обектите до най-малкия детайл. С помощта на периферно зрениечовек може да види не много ясна картина, но да се ориентира в пространството.

Възприемането на картина става с проекцията на изображението върху ретината на окото. Фоторецепторите са възбудени. Тази информация се изпраща до мозъка и се обработва в зрителните центрове. Ретината на всяко око предава нервни импулситвоята половина от образа.

Благодарение на това и визуалната памет възниква общ визуален образ. Изображението се показва на ретината в намален вид, с главата надолу. И пред очите ви се появява прав и в естествен размер.

Намалено зрение поради увреждане на ретината

Увреждането на ретината води до намалено зрение. Ако централната му част е повредена, това може да доведе до пълна загубавизия. Относно увреждането на периферното зрение при хората за дълго времеможе и да не познае.

Увреждането се открива чрез проверка на периферното зрение. Когато голяма част от тази част на ретината е повредена, настъпва следното:

1. визуален дефект под формата на загуба на отделни фрагменти;
2. намалена ориентация при лошо осветление;
3. промяна в цветовото възприятие.

Изображение на обекти върху ретината, управление на изображението от мозъка

Корекция на зрението с лазер

Ако светлинният поток е фокусиран пред ретината, а не в центъра, тогава този зрителен дефект се нарича късогледство. Късоглед човеквижда зле надалеч и вижда добре наблизо. Когато светлинните лъчи се фокусират зад ретината, това се нарича далекогледство.

Човек, напротив, вижда зле наблизо и различава добре обектите в далечината. След известно време, ако окото не вижда образа на даден обект, той изчезва от ретината. Образ, който се запомня визуално, се съхранява в човешкото съзнание за 0,1 секунди. Това свойство се нарича зрителна инерция.

Как изображенията се контролират от мозъка

Дори ученият Йоханес Кеплер осъзнава, че проектираното изображение е обърнато. И друг учен, французинът Рене Декарт, провежда експеримент и потвърждава това заключение. Той отстрани задния непрозрачен слой от окото на бика.

Той пъхна окото си в дупката в стъклото и видя обърната картина на стената на дъното на окото. По този начин е доказано твърдението, че всички изображения, доставени на ретината на окото, имат обърнат вид.

А фактът, че виждаме изображения не обърнати, е заслуга на мозъка. Мозъкът е този, който непрекъснато коригира зрителния процес. Това също е доказано научно и експериментално. Психологът Дж. Стретън решава да проведе експеримент през 1896 г.

Той използва очила, благодарение на които върху ретината на окото всички обекти изглеждат прави, а не обърнати. Тогава, както самият Стретън видя обърнати картини пред себе си. Той започна да изпитва несъответствие между явленията: да вижда с очите си и да усеща други сетива. Има знаци морска болест, му прилошало, усетил дискомфорт и дисбаланс в организма. Това продължи три дни.

На четвъртия ден се почувства по-добре. На петия ден се почувства отлично, както преди началото на експеримента. Тоест мозъкът се адаптира към промените и след известно време върна всичко към нормалното.

Щом си свали очилата, пак всичко се обърна с краката нагоре. Но в този случай мозъкът се справи със задачата по-бързо, след час и половина всичко беше възстановено и картината стана нормална. Същият експеримент е проведен с маймуна, но тя не издържа на опита и изпада в коматозно състояние.

Характеристики на зрението

Пръчици и конуси

Друга характеристика на зрението е настаняването, това е способността на очите да се адаптират да виждат както на близки, така и на далечни разстояния. Лещата има мускули, които могат да променят кривината на повърхността.

При гледане на предмети, разположени на далечно разстояние, кривината на повърхността е малка и мускулите са отпуснати. Когато гледате обекти от близко разстояние, мускулите привеждат лещата в компресирано състояние, кривината се увеличава и следователно оптична мощностсъщото.

Но на много близко разстояние мускулното напрежение става най-високо, може да се деформира и очите бързо се уморяват. Следователно максималното разстояние за четене и писане е 25 см до обекта.

На ретината на лявото и дясното око получените изображения се различават едно от друго, тъй като всяко око вижда обекта поотделно от своята страна. Колкото по-близо е въпросният обект, толкова по-ярки са разликите.

Очите виждат обектите в обем, а не в равнина. Тази функция се нарича стереоскопично зрение. Ако гледате рисунка или обект дълго време, след това, като преместите очите си на чисто място, можете да видите очертанията на този обект или рисунка за момент.

Факти за визията

Има много интересни факти за структурата на окото.

Интересни фактиза човешкото и животинското зрение:

• Само 2% от световното население има зелени очи.
• 1% от цялото население има различен цвят на очите.
• Албиносите имат червени очи.
• Човешкият зрителен ъгъл е от 160 до 210°.
• Очите на котките се въртят до 185°.
• Конят има 350° зрително поле.
• Лешоядът вижда малки гризачи от 5 км височина.
• Dragonfly има уникален зрителен орган, който се състои от 30 хиляди отделни очи. Всяко око вижда отделен фрагмент, а мозъкът свързва всичко в една голяма картина. Този тип зрение се нарича фасетно зрение. Водното конче вижда 300 изображения в секунда.
• Щраусът има по-голям обем на очите от обема на мозъка.
• око голям киттежи 1 кг.
• Крокодилите плачат, когато ядат месо, освобождавайки се от излишната сол.
• Сред скорпионите има видове, които имат до 12 очи; някои паяци имат 8 очи.
• Кучетата и котките не могат да различат червения цвят.
• Пчелата също не вижда червено, но различава другите и усеща добре ултравиолетовото лъчение.
• Общото схващане, че кравите и биковете реагират на червения цвят, е погрешно. По време на битките с бикове биковете обръщат внимание не на червения цвят, а на движението на парцала, тъй като те все още са късогледи.

Органът на очите е сложен по структура и функционалност. Всяка съставна част е индивидуална и уникална, включително ретината. Правилното и ясно възприемане на изображението, зрителната острота и визията на света в цветове и цветове зависи от работата на всеки отдел поотделно и заедно.

За късогледството и методите за неговото лечение - във видеото:

Невъзможните фигури и двусмислените образи не са нещо, което не може да се приеме буквално: те възникват в нашия мозък. Тъй като процесът на възприемане на такива фигури следва странен, нетрадиционен път, наблюдателят разбира, че в главата му се случва нещо необичайно. За да разберем по-добре процеса, който наричаме „зрение“, е полезно да разберем как нашите сетивни органи (очи и мозък) преобразуват светлинните стимули в полезна информация.

Окото като оптичен уред

Фигура 1. Анатомия на очната ябълка.

Окото (виж фиг. 1) работи като камера. Лещата (лещата) проектира обърнато, намалено изображение от външния свят върху ретината (ретината), мрежа от фоточувствителни клетки, разположени срещу зеницата (ученик) и заемащи повече от половината площ вътрешна повърхносточна ябълка. Като оптичен инструмент, окото отдавна е малко мистерия. Докато камерата фокусира чрез приближаване или отдалечаване на лещата от светлочувствителния слой, нейната способност да пречупва светлината се регулира по време на акомодация (адаптиране на окото към определено разстояние). форма очна лещапромени с помощта на цилиарния мускул. Когато мускулът се свие, лещата става по-кръгла, позволявайки на ретината да се появи фокусирано изображение на по-близки обекти. Диафрагма човешко окоможе да се конфигурира по същия начин, както при камера. Зеницата контролира размера на отвора на лещата, като се разширява или свива с помощта на радиални мускули, които оцветяват ириса на окото (ириса) с неговия характерен цвят. Когато окото ни премести погледа си към зоната, върху която желае да фокусира, фокусното разстояние и размерът на зеницата моментално се настройват към необходими условия"автоматично".

Фигура 2. Разрез на ретината
Фигура 3. Око с жълто петно

Структурата на ретината (Фигура 2), фоточувствителният слой вътре в окото, е много сложна. Зрителният нерв (заедно с кръвоносни съдове) тръгва от задна стенаочи. Тази област няма фоточувствителни клетки и е известна като сляпо петно. Нервни влакнаклон и завършват в клетки от три различни видове, които улавят навлизащата в тях светлина. Процесите, идващи от третия, най-вътрешен слой клетки, съдържат молекули, които временно променят структурата си при обработка на входящата светлина и по този начин излъчват електрически импулс. Фоточувствителните клетки се наричат ​​пръчици и конуси въз основа на формата на техните процеси. Конусите са чувствителни към цвета, докато пръчиците не са. От друга страна, фоточувствителността на пръчиците е много по-висока от тази на конусите. Едно око съдържа около сто милиона пръчици и шест милиона колбички, разпределени неравномерно по ретината. Точно срещу зеницата се намира така наречената макула макула (фиг. 3), която се състои само от конуси в относително плътна концентрация. Когато искаме да видим нещо на фокус, позиционираме окото така, че изображението да пада върху макулата. Има много връзки между клетките на ретината и електрически импулси от сто милиона фоточувствителни клетки се изпращат до мозъка само по милион нервни влакна. По този начин окото може да се опише повърхностно като фотографска или телевизионна камера, заредена с фоточувствителен филм.

Фигура 4. Фигура Канижа

От светлинен импулс до информация

Фигура 5. Илюстрация от книгата на Декарт „Le traité de l’homme“, 1664 г.

Но как наистина виждаме? Доскоро този проблем беше трудно разрешим. Най-добрият отговор на този въпросбеше следното: в мозъка има област, специализирана в зрението, в която изображението, получено от ретината, се формира под формата на мозъчни клетки. Колкото повече светлина пада върху клетката на ретината, толкова по-интензивно работи съответната мозъчна клетка, т.е. активността на мозъчните клетки в нашия зрителен център зависи от разпределението на светлината, падаща върху ретината. Накратко, процесът започва с изображение на ретината и завършва със съответното изображение на малък „екран“ от мозъчни клетки. Естествено, това не обяснява зрението, а просто измества проблема на по-дълбоко ниво. Кой е предназначен да види този вътрешен образ? Тази ситуацияФигура 5, взета от произведението на Декарт "Le traité de l"homme", е добре илюстрирана. В този случай всички нервни влакна завършват в определена жлеза, която Декарт си представя като седалище на душата и това е тази жлеза който вижда вътрешния образ, но остава въпросът: „ Дали зрението наистина работи?

Фигура 6.

Идеята за мини-наблюдател в мозъка не само е недостатъчна, за да обясни зрението, но също така игнорира три дейности, които очевидно се извършват директно от самата зрителна система. Например, нека да разгледаме фигурата на фигура 4 (от Kanizsa). Виждаме триъгълника в трите кръгови сегмента чрез техните изрези. Този триъгълник не е бил представен на ретината, но е резултат от предположения от нашата зрителна система! Освен това е почти невъзможно да погледнем Фигура 6, без да видим непрекъснати последователности от кръгови модели, които се състезават за вниманието ни, сякаш директно преживяваме вътрешна визуална дейност. Много хора откриват, че те зрителна системаса напълно объркани от фигурата на Даленбах (Фигура 8), тъй като търсят начини да интерпретират тези черни и бели петна под формата на някаква форма, която разбират. За да ви спести неприятностите, Фигура 10 предлага интерпретация, която вашата зрителна система ще приеме веднъж завинаги. За разлика от предишния чертеж, няма да имате затруднения да възстановите няколкото щрихи с мастило на фигура 7 в изображение на двама души, които си говорят.

Фигура 7. Чертеж от „Наръчник за рисуване на градината със синапови семена“, 1679-1701 г.

Например, напълно различен метод на зрение е илюстриран от изследването на Вернер Райхард от Тюбинген, който прекарва 14 години в изучаване на зрението и системата за управление на полета на домашната муха. За тези изследвания той получава наградата Heineken през 1985 г. Подобно на много други насекоми, мухата има сложни очи, състоящи се от много стотици отделни пръчици, всяка от които е отделен фоточувствителен елемент. Системата за управление на полета на мухата се състои от пет независими подсистеми, които работят изключително бързо (скоростта на реакция е приблизително 10 пъти по-бърза от тази на човек) и ефективно. Например подсистемата за кацане работи както следва. Когато зрителното поле на мухата "експлодира" (тъй като повърхността е близо), мухата се придвижва към центъра на "експлозията". Ако центърът е над мухата, той автоматично ще се обърне с главата надолу. Веднага щом краката на мухата докоснат повърхността, "подсистемата" за кацане се изключва. Когато лети, мухата извлича само два вида информация от своето зрително поле: точката, в която се намира движещо се петно ​​с определен размер (което трябва да съвпада с размера на мухата на разстояние 10 сантиметра), както и като посоката и скоростта на движение на това петно ​​през зрителното поле. Обработката на тези данни помага за автоматично коригиране на траекторията на полета. Много малко вероятно е една муха да има пълна картина на света около себе си. Тя не вижда нито повърхности, нито предмети. Обработените по определен начин входни визуални данни се предават директно към двигателната подсистема. По този начин визуалният вход не се преобразува във вътрешно изображение, а във форма, която позволява на мухата да реагира по подходящ начин на околната среда. Същото може да се каже и за такова безкрайно много повече сложна система, като човек.

Фигура 8. Фигура на Даленбах

Има много причини, поради които учените са се въздържали толкова дълго от разглеждането на фундаменталния въпрос, както човек го вижда. Оказа се, че първо трябва да се обяснят много други проблеми на зрението - сложната структура на ретината, цветното зрение, контраста, остатъчните изображения и т.н. Въпреки това, противно на очакванията, откритията в тези области не са в състояние да хвърлят светлина върху решението на основния проблем. Още по-съществен проблем беше липсата на такъв обща концепцияили диаграма, в която ще бъдат изброени всички визуални явления. Относителните ограничения на конвенционалните области на изследване могат да бъдат извлечени от отличното ръководство на T.N. Comsweet по темата визуално възприятие, съставен от негови лекции пред студенти първи и втори семестър. В предговора авторът пише: „Търся се да опиша фундаменталните аспекти, лежащи в основата на обширната област, която небрежно наричаме визуално възприятие.“ Въпреки това, когато се изследва съдържанието на тази книга, тези "фундаментални теми" се оказват поглъщането на светлина от пръчиците и колбичките на ретината, цветното зрение, начините, по които сетивните клетки могат да увеличат или намалят границите на взаимно влияние една върху друга, честотата на електрическите сигнали, предавани през сензорните клетки и т.н. Днес изследванията в областта следват изцяло нови пътища, което води до изумително разнообразие в професионалната преса. И само специалист може да формира обща картина на развиващата се нова наука за зрението." Имаше само един опит да се съчетаят няколко нови идеи и резултати от изследвания по достъпен за неспециалист начин. И дори тук въпросите "Какво е зрение?" и "Как виждаме?" не станаха основните въпроси за обсъждане.

От изображение до обработка на данни

Дейвид Мар от лабораторията изкуствен интелектв Масачузетския технологичен институт той е първият, който се опитва да подходи към темата от съвсем различен ъгъл в книгата си „Видение“, публикувана след смъртта му. В него той се стреми да разгледа основния проблем и да предложи възможни начининейните решения. Резултатите на Мар, разбира се, не са окончателни и все още са отворени за изследвания от различни посоки, но въпреки това основното предимство на книгата му е нейната логика и последователност на изводите. Във всеки случай, подходът на Мар предоставя много полезна основа, върху която да се изградят изследвания на невъзможни обекти и двойни фигури. В следващите страници ще се опитаме да следваме мислите на Мар.

Мар описва недостатъците на традиционната теория за визуалното възприятие, както следва:

„Да се ​​опитваме да разберем визуалното възприятие, като изучаваме само неврони, е като да се опитваме да разберем полета на птица, като изучаваме само нейните пера. Просто е невъзможно. За да разберем полета на птица, трябва да разберем аеродинамиката и едва след това структурата на перата и различните форми на крилата на птиците ще имат някакъв смисъл за нас." В този контекст Мар приписва Дж. Дж. Гобсън като първия, който се занимава с важни въпроси в това зрително поле. Според Мар, най-много важен принос беше, че „най-важното нещо за сетивата е, че те са информационни канали от външния свят към нашето възприятие (...) Той го изрази критично важен въпрос– Как всеки от нас получава еднакви резултати при възприемане в ежедневиетопри постоянно променящи се условия? Това е много важен въпрос, който показва, че Гибсън правилно е разглеждал проблема на визуалното възприятие като реконструиране от сетивна информация на „правилните“ свойства на обектите във външния свят." И така стигнахме до областта на обработката на информацията.

Не трябва да има съмнение, че Мар е искал да пренебрегне други обяснения за феномена на зрението. Напротив, той специално подчертава, че зрението не може да бъде задоволително обяснено само от една гледна точка. Трябва да се намерят обяснения за ежедневните събития, които са в съответствие с резултатите от експерименталната психология и всички открития в тази област, направени от психолози и невролози в областта на анатомията на нервната система. По отношение на обработката на информация компютърните учени биха искали да знаят как може да се програмира визуалната система, какви алгоритми по възможно най-добрия начинподходящ за тази задача. Накратко, как може да се програмира зрението. Само цялостна теория може да бъде приета като задоволително обяснение на процеса на зрение.

Мар работи върху този проблем от 1973 до 1980 г. За съжаление той не успя да завърши работата си, но успя да постави солидна основа за по-нататъшни изследвания.

От неврологията до визуалния механизъм

Убеждението, че много човешки функции се контролират от мозъка, се споделя от невролозите от началото на 19 век. Мненията се различават по въпроса дали определени части от мозъчната кора са използвани за извършване на конкретни операции или дали целият мозък е използван за всяка операция. Днес известен експериментФренският невролог Пиер Пол Брока доведе до общото приемане на теорията за специфичното местоположение. Брока лекува пациент, който не може да говори в продължение на 10 години, въпреки че гласните му струни са добре. Когато мъжът умира през 1861 г., аутопсията установява това лявата странамозъкът му беше деформиран. Брока предполага, че речта се контролира от тази част на мозъчната кора. Неговата теория беше потвърдена от последващи изследвания на пациенти с мозъчни увреждания, което в крайна сметка направи възможно маркирането на жизнените центрове важни функциичовешки мозък.

Фигура 9. Отговор на две различни мозъчни клетки на оптични стимули от различни посоки

Един век по-късно, през 50-те години на миналия век, учените D.H. Хюбел (D.H. Hubel) и Т.Н. Визел (T.N. Wiesel) провежда експерименти в мозъците на живи маймуни и котки. В зрителния център на кората на главния мозък откриха нервни клетки, които са особено чувствителни към хоризонтални, вертикални и диагонални линии в зрителното поле (фиг. 9). Тяхната усъвършенствана техника на микрохирургия впоследствие е възприета от други учени.

По този начин мозъчната кора не само съдържа центрове за изпълнение на различни функции, но във всеки център, както в зрителния център, отделните нервни клетки се активират само когато се приемат много специфични сигнали. Тези сигнали, идващи от ретината на окото, корелират с ясно определени ситуации във външния свят. Днес се предполага, че информацията за различни формии пространственото разположение на обектите се съдържат във визуалната памет и информацията от активираните нервни клетки се сравнява с тази съхранена информация.

Тази теория на детектора повлия на посоката на изследване на зрителното възприятие в средата на 60-те години. Учените, свързани с „изкуствения интелект“, следват същия път. Компютърната симулация на процеса на човешкото зрение, наричана още "машинно зрение", се разглежда като една от най-лесно постижимите цели в тези проучвания. Но всичко се оказа малко по-различно. Скоро стана ясно, че е практически невъзможно да се напишат програми, които биха могли да разпознаят промените в интензитета на светлината, сенките, структурата на повърхността и произволните сглобки на сложни обекти в смислени изображения. Освен това такова разпознаване на образи изисква неограничени количества памет, тъй като изображенията на безброй обекти трябва да се съхраняват в паметта в безброй вариации на местоположение и светлинни ситуации.

По-нататъшен напредък в областта на разпознаването на образи в реални условия не беше възможен. Съмнително е, че компютър някога ще може да симулира човешкия мозък. В сравнение с човешки мозък, в който всяка нервна клетка има от порядъка на 10 000 връзки с други нервни клетки, еквивалентното компютърно съотношение 1:1 едва ли изглежда адекватно!

Фигура 10. Решение на фигурата на Деленбах

Лекция на Елизабет Уорингтън

През 1973 г. Мар посещава лекция на британския невролог Елизабет Уорингтън. Тя отбеляза, че голям бройПациентите, които тя прегледа с париетални лезии от дясната страна на мозъка, бяха в състояние перфектно да разпознаят и опишат различни обекти, при условие че тези обекти са били наблюдавани от тях в техните в обичайната форма. Например, такива пациенти са имали малки затруднения при идентифицирането на кофа, когато са гледани отстрани, но не са били в състояние да разпознаят същата кофа, когато са гледани отгоре. Всъщност, дори когато им казаха, че гледат кофата отгоре, те категорично отказаха да повярват! Още по-изненадващо беше поведението на пациенти с увреждане на лявата страна на мозъка. Такива пациенти обикновено не могат да говорят и следователно не могат устно да назоват предмета, който гледат, или да опишат неговата цел. Те обаче могат да покажат, че възприемат правилно геометрията на даден обект, независимо от ъгъла на гледане. Това накара Мар да напише следното: „Лекцията на Уорингтън ме доведе до следните заключения. Първо, идеята за формата на обекта се съхранява някъде другаде в мозъка, поради което идеите за формата на обекта и неговите На второ място, самото зрение може да осигури вътрешно описаниеформата на наблюдавания обект, дори ако този обект не е разпознат по обичайния начин... Елизабет Уорингтън посочи най-съществения факт на човешкото зрение - то разказва за формата, пространството и относителната позиция на обектите." Ако това е вярно , тогава учените, работещи в областта на визуалното възприятие и изкуствения интелект (включително работещите в областта на компютърното зрение), ще трябва да заменят теорията на детектора от експериментите на Hubel за изцяло нов набор от тактики.

Модулна теория

Фигура 11. Стереограми с произволни точки от Béla Zhules, плаващ квадрат

Втората отправна точка в изследването на Мар (след като се запозна с работата на Уорингтън) е предположението, че нашата визуална система има модулна структура. На компютърен език, нашият основна програма"Vision" обхваща широк набор от процедури, всяка от които е напълно независима от другите и може да работи независимо от други програми. Ярък примерТакава подпрограма (или модул) е стереоскопично зрение, с помощта на което дълбочината се възприема като резултат от обработката на изображения, идващи от двете очи, които са малко по-различни изображения едно от друго. Преди това се смяташе, че за да видим триизмерно, първо разпознаваме цели изображения и след това решаваме кои обекти са по-близо и кои по-далеч. През 1960 г. Бела Джулес, награден с наградата Heineken през 1985 г., успя да демонстрира, че пространственото възприятие в двете очи се получава единствено чрез сравняване на малки разлики между две изображения, получени от ретината на двете очи. Така човек може да усети дълбочина дори там, където няма обекти и не трябва да има обекти. За своите експерименти Джулс измисли стереограми, състоящи се от произволно разположени точки (виж фиг. 11). Изображението, виждано от дясното око, е идентично с изображението, виждано от лявото око във всички отношения, с изключение на квадратната централна област, която е изрязана и изместена леко към единия край и отново подравнена с фона. След това останалото бяло пространство беше запълнено с произволни точки. Ако двете изображения (в които не се разпознава обект) се гледат през стереоскоп, квадратът, който преди това е бил изрязан, ще изглежда като плаващ над фона. Такива стереограми съдържат пространствени данни, които се обработват автоматично от нашата визуална система. По този начин стереоскопията е автономен модул на зрителната система. Модулната теория се оказа доста ефективна.

От 2D изображение на ретината до 3D модел

Фигура 12. По време на зрителния процес изображението на ретината (вляво) се преобразува в първична скица, в която промените в интензитета стават очевидни (вдясно)

Визията е многоетапен процес, който трансформира двуизмерните идеи за външен свят(изображения на ретината) в полезна информация за наблюдателя. Започва с двуизмерно изображение, взето от ретината на окото, което, игнорирайки засега цветното зрение, съхранява само нивата на интензитета на светлината. В първата стъпка, използвайки само един модул, тези нива на интензитет се преобразуват в промени в интензитета или, с други думи, в контури, които показват внезапни промениинтензитет на светлината. Marr установи точно кой алгоритъм се използва в в този случай(описано математически и, между другото, много сложно) и как нашето възприятие и нервните клетки изпълняват този алгоритъм. Резултатът от първата стъпка Мар нарече „първична скица“, която предлага кратка информацияотносно промените в интензитета на светлината, техните взаимоотношения и разпределение зрително поле(фиг. 12). това важна стъпка, тъй като в света, който виждаме, промените в интензивността често се свързват с естествените контури на обектите. Втората стъпка ни води до това, което Мар нарича "2,5-измерна скица". 2,5-измерната скица отразява ориентацията и дълбочината на видимите повърхности пред наблюдателя. Това изображение е изградено на базата на данни от не един, а няколко модула. Мар измисли много широката концепция за "2,5-измерност", за да подчертае, че работим с пространствена информация, която е видима от гледна точка на наблюдател. 2,5-измерната скица се характеризира с перспективни изкривявания и на този етап действителното пространствено местоположение на обектите все още не може да бъде недвусмислено определено. 2,5-измерното изображение на скица, показано тук (Фигура 13), илюстрира няколко информационни области при обработката на такава скица. Образ от този тип обаче не се формира в нашия мозък.

Фигура 13. 2.5D чертеж на скица - "центрирано представяне на дълбочината и ориентацията на видимите повърхности"

Досега визуалната система работеше с помощта на няколко модула автономно, автоматично и независимо от данните за външния свят, съхранявани в мозъка. По време на последния етап от процеса обаче е възможно да се направи справка с вече наличната информация. Тази последна стъпка на обработка осигурява триизмерен модел - ясно описание, което е независимо от зрителния ъгъл на зрителя и е подходящо за директно сравнение с визуална информация, съхранявана в мозъка.

Според Мар, главна ролякомпонентите на насочващите оси на формите на обекти играят роля при конструирането на триизмерен модел. Тези, които не са запознати с тази идея, може да я сметнат за пресилена, но всъщност има доказателства в подкрепа на тази хипотеза. Първо, много обекти от околния свят (по-специално животни и растения) могат да бъдат доста ясно изобразени под формата на тръбни (или телени) модели. Наистина лесно можем да разпознаем какво е изобразено на репродукцията под формата на компоненти на водещите оси (фиг. 14).

Фигура 14. Прости животински модели могат да бъдат идентифицирани по техните компоненти на водещата ос.

Второ, тази теория предлага правдоподобно обяснение за факта, че можем визуално да разглобим обект на съставните му части. Това е отразено в нашия език, който дава различни именавсяка част от обекта. Така, когато се описва човешкото тяло, обозначенията като „тяло“, „ръка“ и „пръст“ показват различни части на тялото според техните аксиални компоненти (фиг. 15).

Фигура 16. Модел на една ос (вляво) е разделен на отделни компонентиоси (вдясно)

Трето, тази теория е в съответствие с нашата способност да обобщаваме и в същото време да диференцираме формите. Ние обобщаваме, като групираме заедно обекти с еднакви главни оси, и диференцираме, като анализираме дъщерните оси като клоните на дърво. Marr предложи алгоритми, които преобразуват 2,5-измерен модел в триизмерен. Този процес също е до голяма степен автономен. Мар отбеляза, че разработените от него алгоритми работят само когато се използват чисти оси. Например, ако се прилага към смачкан листхартия, възможните оси ще бъдат много трудни за идентифициране и алгоритъмът няма да бъде приложим.

Връзката между триизмерния модел и визуалните образи, съхранявани в мозъка, се активира по време на процеса на разпознаване на обекти.

Тук има голяма празнина в познанията ни. Как тези визуални образи се съхраняват в мозъка? Как протича процесът на разпознаване? Как се прави сравнението между познатите изображения и новосъставеното 3D изображение? Това е последната точка, която Мар успя да докосне (фиг. 16), но е необходимо да се получи огромно количествонаучни данни, които да внесат сигурност по този въпрос.

Фигура 16. Новите описания на форми са свързани със съхранените форми чрез сравнение, което преминава от обобщена форма (отгоре) към конкретна форма (отдолу)

Въпреки че ние самите не осъзнаваме различни фазиобработка на визуална информация, има много ясни паралели между фазите и по различни начини, с който предадохме впечатлението за пространство върху двуизмерна повърхност във времето.

Така поантилистите подчертават безконтурното изображение на ретината, докато линейните изображения съответстват на етапа на първичната скица. Кубистичните картини могат да бъдат сравнени с обработката на визуални данни в подготовката за изграждането на крайния триизмерен модел, въпреки че това със сигурност не е било намерението на художника.

Човек и компютър

В неговия интегриран подходкъм темата Мар се опитва да покаже, че можем да разберем процеса на зрение, без да е необходимо да черпим от знания, които вече са достъпни за мозъка.

Така той отвори нов пътизследователи в областта на зрителното възприятие. Неговите идеи могат да бъдат използвани за прокарване на по-ефективен път към внедряването на визуална машина. Когато Мар пише книгата си, той трябва да е бил наясно с усилията, които неговите читатели ще трябва да положат, за да следват неговите идеи и заключения. Това е очевидно в цялата му работа и е най-очевидно в последната глава „В защита на подхода“. Това е полемично „оправдание” от 25 печатни страници, в които той използва благоприятен моментза да оправдаете целите си. В тази глава той води разговор с въображаем опонент, който атакува Мар със следните аргументи:

„Все още съм недоволен от описанието на този взаимосвързан процес и от идеята, че цялото останало изобилие от детайли е просто описание. Звучи малко примитивно... Докато се приближаваме към това, че мозъкът е компютър, аз трябва да кажа всичко, от което се страхувам все повече и повече за запазването на значението на човешките ценности."

Мар предлага интригуващ отговор: „Твърдението, че мозъкът е компютър, е правилно, но подвеждащо. Мозъкът наистина е високоспециализирано устройство за обработка на информация или по-скоро най-голямото от тях. Разглеждането на нашия мозък като устройство за обработка не намалява или отричам човешки ценности. Във всеки случай, той само ги подкрепя и в крайна сметка може да ни помогне да разберем какви са човешките ценности от такава информационна гледна точка, защо имат избирателно значение и как се вписват в социалните и социални норми, които нашите гените са ни предоставили ".

Светлинните лъчи са фокусирани оптична системаочи върху специален рецепторен (възприемащ) апарат - ретината. Ретината на окото е водещият ръб на мозъка, изключително сложно образувание както по своята структура, така и по своите функции. В ретината на гръбначните животни обикновено се разграничават 10 слоя нервни елементи, свързани помежду си не само структурно и морфологично, но и функционално. Основният слой на ретината е тънък слойсветлочувствителни клетки – фоторецептори. Те се предлагат в два вида: такива, които реагират на слаба светлина (пръчки) и такива, които реагират на силна светлина (конуси). Има около 130 милиона пръчици и те са разположени в цялата ретина, с изключение на самия център. Благодарение на тях се засичат обекти в периферията на зрителното поле, включително и при слаба светлина. Има около 7 милиона шишарки. Те се намират предимно в централната зона на ретината, в така нареченото „жълто петно“. Ретината тук е възможно най-тънка; всички слоеве с изключение на конусния слой отсъстват. " Жълто петно„Човек вижда най-добре: цялата светлинна информация, попадаща в тази област на ретината, се предава най-пълно и без изкривяване. В тази област е възможно само дневно цветно зрение, с помощта на което цветовете на света около нас се възприемат.
От всяка светлочувствителна клетка се простира нервно влакно, което свързва рецепторите с централната нервна система. В този случай всеки конус е свързан със собствено отделно влакно, докато точно същото влакно „обслужва“ цяла група пръчки.
Под въздействието на светлинните лъчи във фоторецепторите протича фотохимична реакция (разпадане на зрителни пигменти), в резултат на което се освобождава енергия (електрически потенциал), носеща зрителна информация. Тази енергия е във формата нервна възбудапредава се на други слоеве на ретината - на биполярни клетки, а след това и на ганглийни клетки. В същото време, благодарение на сложните връзки на тези клетки, произволният „шум“ в изображението се премахва, слабите контрасти се засилват и движещите се обекти се възприемат по-рязко. Нервните влакна от цялата ретина се събират в оптичния нерв в специална област на ретината - "сляпо петно". Той се намира на мястото, където зрителният нерв излиза от окото и всичко, което навлезе в тази област, изчезва от зрителното поле на човека. Оптичните нерви на дясната и лявата страна се пресичат, а при хората и висшите маймуни се пресичат само половината от влакната на всеки зрителен нерв. В крайна сметка цялата визуална информация в кодирана форма се предава под формата на импулси по влакната на зрителния нерв към мозъка, неговия най-висш орган - кората, където се образува визуалният образ