Wenn Sie darüber nachdenken, ist dies eine der erstaunlichsten Eigenschaften unseres schönen Sehens: die Fähigkeit, sich sofort auf das gewünschte Objekt zu konzentrieren, egal ob es nur wenige Zentimeter oder Kilometer von uns entfernt ist. Wir machen das schnell, ohne Anspannung und mit höchster Präzision, aber wie das passiert, ist noch in allen Details unklar.
Die Frage des "Augen-Autofokus" ist zu einem Forschungsthema amerikanischer Physiologen aus dem Labor von Wilson Geisler (Wilson Geisler) geworden. Zunächst erstellten sie einen einfachen Algorithmus, der in der Lage ist, den Fehler beim Fokussieren für darin eingegebene verschwommene Bilder numerisch abzuschätzen. Es wird angenommen, dass eine solche Bewertung der Schlüssel zum Betrieb biologischer Systeme ist und sie deutlich vom elektronischen Autofokus von Digitalkameras unterscheidet, die nach dem Trial-and-Error-Prinzip arbeiten.
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Wissenschaftler glauben, dass Menschen und andere Tiere mit entwickeltem Sehvermögen instinktiv und sofort in der Lage sind, die Parameter eines verschwommenen Bildes eines Objekts zu bewerten und daraus diejenigen hervorzuheben, mit denen Sie die Entfernung zu ihm einstellen und einen Fehler finden können den aktuellen Fokus des Auges und stellen Sie ihn auf die gewünschte Ebene ein. „Für einige Tiere“, fügt Geisler hinzu, „ist dies die primäre Methode, um die Entfernung abzuschätzen.“Chamäleons beispielsweise verlassen sich darauf und berechnen die Entfernung zu einem fliegenden Insekt, das mit ihrer Zunge zugeschlagen werden sollte. Dies lässt sich leicht zeigen, indem man einem Chamäleon eine „Brille“aufsetzt – Linsen vor seine Augen platziert – woraufhin es beginnt, sich beim Abschätzen der Entfernung in eine vorhersehbare Richtung und um einen vorhersehbaren Betrag zu irren.
Es ist jedoch immer noch nicht klar, warum die visuellen Systeme lebender Organismen so gut darin sind, die notwendige Beurteilung vorzunehmen. Laut einigen Wissenschaftlern "läuft" das Gehirn dazu einen komplexen Algorithmus von Annahmen und deren sukzessiven Überprüfungen und verhält sich fast wie eine Digitalkamera, Versuch und Irrtum. In der Kamera geschieht dies durch schrittweise Änderungen der Brennweite, und nach jedem Schritt wertet die Elektronik den Grad der Bildunschärfe anhand ihres Kontrasts aus, um das Bild mit maximalem Kontrast zu erzielen. „Dieses Verfahren ist langsam, geht oft in die falsche Richtung und basiert schließlich auf der Annahme, dass die beste Fokussierung direkt mit dem maximalen Kontrast zusammenhängt“, sagt ein Kollege von Professor Geisler, „und das stimmt nicht immer.“
Der von Geislers Team vorgeschlagene Algorithmus kommt dem visuellen System von Tieren näher. Der Computer analysierte Bilder gewöhnlicher Szenen – menschliche Gesichter, Blumen, Landschaften – trotz all ihrer Vielf alt und hob gemeinsame Parameter hervor, die für alle charakteristisch sind und sich nur auf den Grad der Defokussierung beziehen – Kontrastmuster, Detailgrad. Anscheinend gleich Parameter erlauben unserem Sehvermögen, den Grad der Fokusabweichung ohne Trial-and-Error einzuschätzen. Mit anderen Worten, mithilfe eines Computermodells konnten Wissenschaftler erstmals zeigen, dass ein statisches Bild selbst über genügend Daten verfügt, um zu bestimmen, ob ein unscharfes Objekt weiter oder näher vom Fokuspunkt entfernt ist, und sogar schätzen diese Distanz.
Darüber hinaus, indem sie die wohlbekannten Unvollkommenheiten des menschlichen Auges in ihre Berechnungen einbeziehen - leichter Astigmatismus (verbunden mit einer ungleichmäßigen Krümmung der Linse) oder chromatische Aberrationen (verbunden mit unterschiedlichen Brechungswinkeln für unterschiedliche Lichtwellenlängen) - Die Autoren haben gezeigt, dass sie es im Gegenteil erleichtern, in gewisser Weise scharf zu fokussieren. Dies steht im Einklang mit der noch ungeklärten Beobachtung, dass Menschen, die eine schwere Astigmatismuskorrektur hatten, oft mehrere Wochen nach der Operation Schwierigkeiten haben, ihre Augen zu fokussieren.
Siehe auch: „Fotos schmelzen nicht“.
