полосы Маха

Оптическая иллюзия

Преувеличенный контраст между краями слегка отличающихся оттенков серого появляется, как только они соприкасаются.

Полосы Маха — оптическая иллюзия, названная в честь физика Эрнста Маха . Она усиливает контраст между краями слегка отличающихся оттенков серого, как только они соприкасаются друг с другом, запуская функцию обнаружения краев в зрительной системе человека.

Объяснение

Эффект полос Маха обусловлен пространственной высокочастотной фильтрацией, выполняемой зрительной системой человека на канале яркости изображения, захваченного сетчаткой . Мах сообщил об эффекте в 1865 году, предположив, что фильтрация выполняется в самой сетчатке путем латерального торможения среди ее нейронов. ^[1] Эта гипотеза подтверждается наблюдениями за другими (невизуальными) чувствами, как указал Георг фон Бекеши . ^[2] Визуальный узор часто встречается на изогнутых поверхностях, подверженных определенному, естественному освещению, поэтому возникновение фильтрации можно объяснить как результат изученной статистики изображения. Эффект фильтрации можно смоделировать как свертку между трапециевидной функцией, которая описывает освещение, и одним или несколькими полосовыми фильтрами . Плотное приближение получается с помощью модели, использующей 9 четно-симметричных фильтров, масштабированных с интервалами в октаву. ^[3]

Эффект не зависит от ориентации границы.

В радиологии

Это визуальное явление важно иметь в виду при оценке дентальных рентгенограмм на предмет наличия кариеса, в которых серые изображения зубов и кости анализируются на предмет аномальных отклонений плотности. Ложноположительный рентгенологический диагноз кариеса зубов может легко возникнуть, если врач не учитывает вероятность этой иллюзии. Полосы Маха проявляются рядом с металлическими реставрациями или приспособлениями ^{[ необходима ссылка ]} и границей между эмалью и дентином . ^[5] Полосы Маха также могут привести к неправильной диагностике горизонтальных переломов корня из-за разной рентгенографической интенсивности зуба и кости. ^[6]

Эффект Маха также может привести к ошибочной диагностике пневмоторакса, поскольку на периферии легкого образуется темная линия (тогда как при истинном пневмотораксе плевральная линия будет белой). ^[7]

В компьютерной графике

Полосы Маха также могут появляться при наличии разрыва в производной градиента — визуальный эффект, часто возникающий при линейной интерполяции интенсивностей, например при затенении по Гуро .

Системы компьютерной обработки изображений используют функцию обнаружения краев аналогично тому, как это делает мозг, например, применяя нерезкое маскирование для уточнения краев на фотографиях.

Смотрите также

Ссылки

^ Ratliff, Floyd (1965). Полосы Маха: количественные исследования нейронных сетей в сетчатке. Holden-Day. ISBN 9780816270453.
^ фон Бекеши, Георг (1967-01-01). «Боковое торможение типа полосы Маха в различных органах чувств». Журнал общей физиологии . 50 (3): 519–532. doi :10.1085/jgp.50.3.519. ISSN 1540-7748. PMC 2225686. PMID 11526844 .
^ Frederick AA Kingdom (4 ноября 2014 г.). «Полосы Маха, объясненные нормализацией ответа». Frontiers in Human Neuroscience . 8 : 843. doi : 10.3389 /fnhum.2014.00843 . ISSN 1662-5161. PMC 4219435. PMID 25408643.
^ Амбалатанканди, Прасун; Оу, Яфэй; Кочиил, Джьотсна; Такамаэда, Шинья; Мотомура, Масато; Асаи, Тецуя; Икебе, Масаюки (декабрь 2019 г.). «Усиление контрастности рентгенографии: сглаженный фильтр LHE - практическое решение для цифровых рентгеновских лучей в диапазоне Маха». 2019 Вычисление цифровых изображений: методы и приложения (DICTA) (Отчет). IEEE. стр. 1–8. дои : 10.1109/DICTA47822.2019.8946114. ISBN 978-1-7281-3857-2.
^ Девлин, Хью (2006). Оперативная стоматология: практическое руководство по последним инновациям; с ... 5 таблицами . Берлин Гейдельберг: Springer. стр. 11. ISBN 978-3-540-29616-4.
^ Нильсен, С. (ноябрь 2001 г.). «Влияние сценария и опыта на интерпретацию полос Маха». Журнал эндодонтии . 27 (11): 687–691. doi :10.1097/00004770-200111000-00009. PMID 11716082.
^ Паркер, М.С.; Чейзен, М.Х.; Пол, Н. (2009). «Рентгенологические признаки при торакальной визуализации: модуль обзора на основе случая и самооценки». Американский журнал рентгенологии . 192 (3_Supplement): S34-48. doi :10.2214/AJR.07.7081. PMID 19234288. S2CID 34785665.

Дальнейшее чтение

Lotto RB, Williams SM, Purves D (1999). "Полосы Маха как эмпирически полученные ассоциации". Труды Национальной академии наук . 96 (9): 5245–50. Bibcode :1999PNAS...96.5245L. doi : 10.1073/pnas.96.9.5245 . PMC 21849 . PMID 10220451.
Иглман, Д.М. (2001) «Визуальные иллюзии и нейробиология». Nature Reviews Neuroscience . 2(12): 920–6.

Внешние ссылки

Демонстрация полосы Маха проводилась в NIST до июля 2016 г.
Фигура полосы Маха и объяснительная гипотеза, Лаборатория Дейла Первза

[1] Ratliff, Floyd (1965). Полосы Маха: количественные исследования нейронных сетей в сетчатке. Holden-Day. ISBN 9780816270453.

[2] фон Бекеши, Георг (1967-01-01). «Боковое торможение типа полосы Маха в различных органах чувств». Журнал общей физиологии . 50 (3): 519–532. doi :10.1085/jgp.50.3.519. ISSN 1540-7748. PMC 2225686. PMID 11526844 .

[3] Frederick AA Kingdom (4 ноября 2014 г.). «Полосы Маха, объясненные нормализацией ответа». Frontiers in Human Neuroscience . 8 : 843. doi : 10.3389 /fnhum.2014.00843 . ISSN 1662-5161. PMC 4219435. PMID 25408643.

[4] Амбалатанканди, Прасун; Оу, Яфэй; Кочиил, Джьотсна; Такамаэда, Шинья; Мотомура, Масато; Асаи, Тецуя; Икебе, Масаюки (декабрь 2019 г.). «Усиление контрастности рентгенографии: сглаженный фильтр LHE - практическое решение для цифровых рентгеновских лучей в диапазоне Маха». 2019 Вычисление цифровых изображений: методы и приложения (DICTA) (Отчет). IEEE. стр. 1–8. дои : 10.1109/DICTA47822.2019.8946114. ISBN 978-1-7281-3857-2.

[5] Девлин, Хью (2006). Оперативная стоматология: практическое руководство по последним инновациям; с ... 5 таблицами . Берлин Гейдельберг: Springer. стр. 11. ISBN 978-3-540-29616-4.

[6] Нильсен, С. (ноябрь 2001 г.). «Влияние сценария и опыта на интерпретацию полос Маха». Журнал эндодонтии . 27 (11): 687–691. doi :10.1097/00004770-200111000-00009. PMID 11716082.

[7] Паркер, М.С.; Чейзен, М.Х.; Пол, Н. (2009). «Рентгенологические признаки при торакальной визуализации: модуль обзора на основе случая и самооценки». Американский журнал рентгенологии . 192 (3_Supplement): S34-48. doi :10.2214/AJR.07.7081. PMID 19234288. S2CID 34785665.