Autofocus jeszcze lepszy dzięki pomysłom naukowców

Choć dla wielu osób może wydać się to paradoksalne, to dotąd nie udało się określić dokładnie, w jaki sposób człowiek jest w stanie tak szybko i bezbłędnie ustawiać ostrość na widziane obiekty. Pracownikom Uniwersytetu w Teksasie udało się jednak opracować algorytm, który prawdopodobnie odzwierciedla działanie systemu ogniskowania wzroku u człowieka.

Brak ostrości, jeśli nie zamierzony, to jedna z najbardziej irytujących wad na zdjęciach wykonanych aparatem fotograficznym. Podczas ustawiania ostrości zwykle polegamy na precyzji systemu automatycznego ustawiania ostrości czyli autofokusa (AF). Niezależnie od tego czy jest to detekcja kontrastu czy detekcja fazowa, cały proces ostrzenia opiera się na metodzie prób i błędów. Czy ludzkie oczy i mózg działają podobnie?

Otóż nie. Mózg ludzki, jak i innych ssaków, jest w stanie prawie natychmiast określić, analizując rozmycie pojedynczego obserwowanego obrazu, jak należy skorygować ostrość. Bez próbowania. 

Wiemy jak z informacji o rozogniskowaniu, stosując odpowiednie algorytmy obliczeniowe, odzyskać ostry obraz. Takie rozwiązanie stosuje się między innymi w astronomii. Problem w tym, że do określenia stopnia rozogniskowania konieczne jest zarejestrowanie odpowiedniej sekwencji obrazów. Ludzkie oko nie może pozwolić sobie na taki komfort - mamy tylko pojedynczy obraz. Dlatego wyzwaniem dla naukowców jest znalezienie sposobu na wydobycie informacji o rozogniskowaniu z tak skąpej ilości danych jakimi dysponuje ludzkie oko. Gdyby to się udało, rozszyfrowalibyśmy tajemnicę ludzkiego autofokusa.

Psychologowie Wilson Geisler i  Johannes Burge z Uniwersytetu w Teksasie twierdzą, że opracowali zestaw filtrów umożliwiający określenie jaką korektę ostrości trzeba zastosować.

Cały algorytm jest dość skomplikowany i uwzględnia takie elementy jak funkcje rozmycia dla poszczególnych obrazów oraz analizę statystyczną. Dlatego ograniczymy się do stwierdzenia, że badania pozwoliły opisać matematycznie stopień rozmycia obrazu i, dzięki temu, że jego wzorzec jest charakterystyczny niezależnie od tego co przedstawia obraz, powiązać go z błędem ogniskowania. A znając błąd można momentalnie poprawić ostrość.

Bardzo ciekawym wnioskiem płynącym z badań jest ten, że do określenia odległości, która pomaga w odpowiednim zogniskowaniu wzroku nie jest konieczne nakładanie się pól widzenia dwojga oczu. Obraz rejestrowany przez jedno oko zawiera bowiem wystarczająco dużo danych, aby wydobyć z nich informację o odległości do celu. Wiele małych zwierząt wspomaga się tym mechanizmem, a nie jedynie widzeniem stereoskopowym.

Opisane odkrycie przybliża nas do opracowania jeszcze dokładniejszego i szybszego niż dotychczas stosowane systemu AF dla aparatów, kamer i innych urządzeń wymagajacych ustawiania ostrości. I to bez konieczności konstruowania nowych urządzeń. Oczywiście droga do celu jeszcze bardzo daleka, ale widać, że w dziedzinie rejestracji obrazu czeka nas jeszcze wiele niespodzianek.
 

Więcej o przetwarzaniu obrazu:

• Aparat cyfrowy o grubości 50 groszówki
• Ustaw ostrość po zrobieniu zdjęcia
• vReveal: GPU wyeliminuje drgania z nagrań wideo

Źródło: University of Texas, fot.  Wilson Geisler