Пользователь
224,6
рейтинг
20 января 2014 в 23:33

Разработка → Мозг обрабатывает изображения за 13 миллисекунд



Нейробиологи из Массачусетского технологического института установили минимальное время, в течение которого человеку нужно показывать изображение, чтобы мозг сумел его обработать. Показатель равен 13 миллисекундам. Это значительно меньше, чем предполагалось. Раньше учёные оценивали время обработки информации примерно в 100 миллисекунд.

Во время эксперимента испытуемым предлагалось сигнализировать, если они увидят определённый тип картинки, такой как «пикник» или «улыбающаяся пара», при этом им демонстрировали серию из 6 или 12 изображений с промежутком 13-80 миллисекунд. На иллюстрации выше показан образец такой последовательности кадров.

Учёные считают, что столь высокая скорость обработки информации мозгом помогает управлять глазами и выбирать объекты для рассмотрения. Глаз способен передвигаться со скоростью 3 раза в секунду, и за это время мозг должен распознать всю информацию в поле зрения, осознать увиденное и принять решение, куда посмотреть дальше.

Начиная эксперимент, учёные предполагали, что могут установить предел распознавания мозга вдвое меньше, чем считавшиеся ранее стандартными 100 миллисекунд. К их удивлению, участники эксперимента демонстрировали явное отличие от случайного угадывания при каждом увеличении скорости показа изображений: 80 мс, 53 мс, 40 мс, 27 мс и 13 мс. Показатель 13 мс был минимально возможным временем обновления картинки на компьютерном мониторе, поэтому с дальнейшим сокращением лимита экспериментировать не получилось. Но вполне возможно, что быстродействие мозга ещё выше, чем установлено в рамках данного исследования.

Правда, учёные предполагают, что обработка изображений на самом деле может продолжаться в «фоновом режиме» и после экспонирования картинки, то есть дольше, чем 13 миллисекунд. В рамках данного эксперимента установить этот факт не удалось, потому что испытуемых опрашивали через некоторое время после показа последовательности изображений. Но очевидно, что картинки не «стираются» из памяти через 13 миллисекунд, иначе бы люди не смогли правильно ответить на вопрос. То есть фотографии остаются в каком-то отделе памяти после обработки. Известно также, что решение о конкретном направлении перемещения глаз принимается за 100-140 миллисекунд.

Теоретически, данное исследование позволяет сделать вывод, что человек способен распознавать видеоряд с частотой 77 кадров в секунду или больше, что ранее считалось невозможным. Теперь придётся и обновить информацию на соответствующей странице в Википедии, которая заявляет о способности мозга обрабатывать всего 10-12 раздельных изображений в секунду.

Научная работа опубликована в журнале ”Attention, Perception, & Psychophysics” (бесплатный доступ).
Анатолий Ализар @alizar
карма
739,5
рейтинг 224,6
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое Разработка

Комментарии (53)

  • +39
    Бывают случаи, когда при достаточно интенсивном скроллинге веб-страницы с текстом глаз цепляет какое-то слово, и происходит это так быстро, что потом бывает сложно его отыскать, иногда даже чувство может показаться ложным, но часто оказывается как раз наоборот.
    • –2
      Хинт: в браузере можно нажать Ctrl+F
    • 0
      Бывает такое, когда быстро листаешь книгу (учебник), ища нужную информацию.
  • +2
    Условия не до конца корректны, на мой взгляд: перед серией изображений давалась общая настройка «что искать». То есть выхватывание конкретной информации может и имеет такой срок, но для не заданной требуется в таком случае отдельное исследование.
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • 0
      А что вы ожидаете увидеть, есть какая то гипотеза?
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          Откуда такая странная идея?
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • 0
              Визуальная информация обрабатывается в задней части мозга обеих полушарий. Здесь измеряли реакцию зрения, а не восприятия, поэтому не вижу причин для корреляции между лево/праворукостью и реакцией зрения. К тому же, не факт, что у левшей более развите правое полушарие в области визуального восприятия.
            • 0
              Плюс, не всегда левое полушарие отвечает за лингвистические навыки, а правое за воображение. Иногда наоборот.
          • 0
            Это называется латерализация функций мозга.
            • 0
              Да, я знаю о данном факте, но не вижу связи. Смотрите возражения выше.
  • +4
    Смотрел Хоббита в кинотеатре с удвоенной частотой кадров, разница в плавности движения на лицо. А вместе с этим и картинка становится существенно живее.
    • +3
      Тема, конечно, холиварная, но, имхо, высокая частота создает эффект документального кино, «размыв» же увеличивает эффект художественной нереальности.
      • +4
        Что-то подобное и про кино со звуком говорили, и цветное называли игрушкой :) Думаю, технологии еще улучшат
      • 0
        Имхо, это дело привычки. Из-за того, что люди привыкли видеть кино именно с такой частотой кадров. Я вот когда купил телевизор с такой же функцией программного увеличения частоты кадров, тоже первое время было ощущение, что кино превратились в более документальную «живую» картинку. Но, во-первых, это ощущение вскоре прошло, а во-вторых, разве это плохо, что картинка становится ближе к реализму?
        • +1
          Это уже вопрос художественных средств выражения. Если режиссер считает, что нужна документальность, например в фильме о войне, то увеличение частоты уместно, если нужна иррациональная атмосфера, например, в рождественнской сказке, то классический блёр оправдан.
        • 0
          Ну, не все фильмы рассчитаны на такую вещь, как увеличение кадров. Большинство фантастических фильмов, фильмов с 3D-рендерингом, различными спецэффектами и подобными искусственными вещами, рассчитанными на 25 кадров, смотрятся просто ужасно с 60 фпс, не говоря уже о мультфильмах.
      • 0
        По той же причине в играх и мультфильмах сейчас делают Motion Blur и DoF.

        Разницу между 24, 30 и 60 кадрами замечал очень давно, 60 в играх всегда приятнее 30 :) И часто в отечественных сериалах (иногда попадаю, когда ужинаю с родителями) часть ленты снята на с 24 кадрами, а часть с 30/60. Даже по ящику разница очень заметна.
        • 0
          По ящику заметно не потому что меняется частота кадров, а потому что в 50 полей ТВ-сигнала загоняют то 24 кадра фильма, то 30 или 60. Не думаете же вы, что в на одном канале постоянно меняют стандарт вещания (вместе с частотой кадров)?
          В сущности, то же самое с играми — вы замечаете не саму частоту кадров — она постоянна, а пропуски кадров, когда видеоадаптер не успевает вовремя выдать очередной.
      • 0
        Я не уверен, что здесь имеет место именно этот эффект, но отец купил себе плоский телевизор (я не очень в низ разбираюсь) и старые советские фильмы выглядят в нем именно как документальное кино или как клиповая сьемка и эффект погружения в ламповое советское кино просто ruined
    • +1
      Здесь дело не в распознавании.
      Быстро движущийся объект при малом количестве кадров фиксируется как несколько отдельных объектов. При большой частоте объекты сливаются. В играх при низком FPS такого же эффекта добиваются включением motion blur.
      Вот тут можно посмотреть наглядную иллюстрацию
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • 0
      То да.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    странице в Википедии, которая заявляет о способности мозга обрабатывать всего 10-12 раздельных изображений в секунду.

    В статье же написано, что в секунду показывалось всего 6-12 кадров, просто время показа уменьшалось. Так что править пока что рано, все осталось по-старому в этом плане.
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • +6
    Это значительно меньше, чем предполагалось. Раньше учёные оценивали время обработки информации примерно в 100 миллисекунд.

    Любители шутеров с ними были не согласны.
  • +4
    Есть интересный опыт на тему:
    Испытуемого сажают перед кнопкой, к которой подведена лампочка. После нажатия на кнопку, лампочка зажигается с задержкой в 80мс.
    При этом человек, который нажимает кнопку, воспринимает это как мгновенное действие, т.е. лампочка для него зажигается сразу.
    Но, если сократить задержку до 40мс, и попросить человека нажать кнопку, он скажет, что лампочка загорелась до того, как он эту кнопку нажал, несмотря на то, что она сам же и произвёл это действие.
    Подсмотрено в выпуске You Live in the Past (Vsauce).
  • +3
    Перекликается с моей последней статей Сколько мегабит/с можно пропустить через зрительный нерв и какое разрешение у сетчатки?. Тут вся проблема в том, что сигнал по конкретному нейрону бежит в виде электрического импульса, а на следующий передаётся химическими веществами в синапса. То есть пока выбросим порцию нейромедиатора, пока второй нейрон захватит, пока возбудится… Это все время. И соответственно там четкие пороги по пропускной способности за такт. Плюс эти 3 нейрона только до зрительной коры. Дальше сигнал нужно обработать — неизвестно сколько будет задействовано их, если это не рефлекс напрямую через спинной мозг. А потом ещё от двигательной коры нужно сигнал донести до эффектора — нажать кнопку/выстрелить/закричать и т.п. отсюда и скорость реакции на уровне 180 мс.
  • 0
    Я по работе занимаюсь машинным зрением и иной раз пытаясь реализовать что-то из задач распознавания объектов, что глаза с мозгом распознают за «просто так» с приличной производительностью — не перестаю удивляться, насколько загадочен феномен зрения (впрочем я также могу производить измерения по картинкам с точностью, глазам недоступной, так что мы квиты).

    Вообще есть ещё такая штука как периферическое зрение — и вот мне кажется, что эта инфа поступает в мозг «напрямую» минуя фазу осмысления — так что тут скорость может быть даже выше. Я много раз ловил себя на мысли, что замечаю «круглые» цифры на одометре, при этом он находится вне поля моего зрения — я не смотрю на него постоянно и не скажу какие там цифры в любой момент времени, однако когда набегает, скажем 20000 — я это замечаю.

    В конце прошлого года прочитал пару научно-популярных книжек, которые смело могу посоветовать интересующимся:
    Мозг и душа. Как нервная деятельность формирует наш внутренний мир
    (Нео)сознанное. Как бессознательный ум управляет нашим поведением
    Пусть слово «душа» в названии не пугает — книжки вполне себе материалистические, и там в том числе есть и про зрение и про любопытные эксперименты с ним (но и не только).
  • +2
    >Раньше учёные оценивали время обработки информации примерно в 100 миллисекунд.
    Какие-то учёные с церковно-приходским образованием? Даже в начале 20 века, когда кино придумывали было понятно, что картинка более или менее плавная только при 24 кадрах в секунду (а это 40 мс на кадр). Сегодня любому программисту известно, что пользователь получает ощущение «плавности» в игре при хотя бы 60 fps (а это уже 16 мс на кадр — практически те же 13).

    И того исследование могло бы свестись к «зайти на Хабр и спросить».
    • 0
      Как я писал чуть выше, плавность движения не зависит от распознавания.
      Здесь же проверялась возможность опознать изображение среди нескольких разных, показанных на скорости 60 fps.
      • 0
        Ну как же «не зависит»? Как бы человек замечал «плавность» в движении объектов, если бы не распознавал каждый из кадров при 60 fps?
        • 0
          Пусть у нас есть быстро летящий мяч.
          В реальности мы его увидим как смазанную полосу.
          На экране с низким FPS мы увидим несколько отдельных изображений мяча на траектории.
          На экране с высоким FPS мы увидим множество быстросменяющихся изображений сольются для глаза в одно размытое изображение, как в реальности.

          По ссылке в предыдущем комментарии указан сайт с наглядным примером анимации с разной скоростью. Поиграйте там с настройками и поймёте, о чем речь.
          • 0
            Вы рассказываете очевидные вещи, но при этом почему-то говорите, что «плавность» не есть следствие распознавания 60 fps. Откуда же мозг берёт информацию о «размытом изображении, как в реальности», как не из анализа каждого из 60 кадров в секунду?
            • 0
              Вы когда-нибудь снимали с длинной выдержкой? Видели, как при этом смазываются длинные объекты? Вот глаз получает примерно такую же картинку.
              Экран же показывает отдельные фиксированные кадры. Таким образом, если fps низкий, то движущийся мячик будет воспринят глазом, как два полупрозрачных изображения в начале и в конце траектории. При высоких FPS таких изображений будет больше по всей траектории движения, и суммарная картин будет похожа на смазанное изображение. которое глаз получит в реальности.
              То есть, глаз не видит отдельных кадров, а видит сумму нескольких последовательных кадров.
              • 0
                Так, то есть эксперимент в статье показал, что человек явно видит каждый (разный) кадр, если его показывать 13 мс, но при этом Вы утверждаете, что человек не видит каждый кадр, если в этих кадрах один движущийся объект? Где логика?
                • 0
                  В эксперименте «видит» — «не видит» не очень подходит. Скорее мозг сам додумывает образ из цветного пятна, которое успел за это время глаз воспринять.
              • 0
                То есть, глаз не видит отдельных кадров, а видит сумму нескольких последовательных кадров.

                Позвольте с Вами не согласиться. Глаз может увидеть и так и эдак (на самом деле, конечно не глаз увидит, а мозг воспримет) в зависимости от освещённости, изображения и психофизического состояния наблюдателя. При просмотре фильмов (когда камера ведёт панорамную съёмку) я часто ловлю себя на мысли, что вижу отдельные рывки и это очень раздражает. Этот эффект я замечаю даже при видео съемке с частотой 50-60 кадров в секунду. Думаю, что избавиться от него можно только при частотах порядка 100 и более Гц. В то же время для неподвижной камеры частота кадров может быть в два-три раза ниже без ущерба для качества видео изображения. Это я к тому, что мозг воспринимает и обрабатывает информацию действительно с частотой больше чем 24 кадра (как в кино) и даже более чем 50-60 Гц, как в хороших видеокамерах.
                • 0
                  Я уже писал, что максимальная частота в которую упирается передача изображения — 150 Гц. Этого частота синапса. Чаще передавать возбуждение он не может.
                  • +1
                    Похоже, что Вы правы.
                • 0
                  Не позволю :)
                  Проведите простой эксперимент — посмотрите на источник света (не мерцающий) и помахайте перед глазами пальцем. Обратите внимание, что вы не видите движущийся палец, а видите лишь смазанную тень. А если то же самое проделать перед мерцающим источником света, то вы увидите несколько отдельных изображений пальца.
                  Отсюда вывод — глаз не различает быстрые движения а «снимает» с достаточно большой выдержкой.
                  Соответственно, при просмотре движущейся картинке на экране мозг фиксирует несколько наложенных и сдвинутых изображений и воспринимает, как движущуюся рывками картинку.
                  • 0
                    Вы приводите правильный пример, но вывод из него делаете диаметрально противоположный.
                    Проведите простой эксперимент — посмотрите на источник света (не мерцающий) и помахайте перед глазами пальцем. Обратите внимание, что вы не видите движущийся палец, а видите лишь смазанную тень. А если то же самое проделать перед мерцающим источником света, то вы увидите несколько отдельных изображений пальца.

                    Если я увижу несколько отдельных изображений пальца при частоте мерцания выше 50-60 Гц, то это и будет свидетельствовать о том, что человек воспринимает изображение с частотой не 24 и не 50 или 60 Гц! Первый же Ваш пример свидетельствует о том, что в некоторых случаях мы действительно воспринимаем изображение несколько переэкспонированным, размазанным по времени. Вы заблуждаетесь, когда смешиваете такие вещи, как «глаз различает» и «мозг воспринимает». Что там на самом деле видит глаз, ни Вы ни я сказать достоверно не можем, т.к. непосредственного доступа с этому железу у нас нет. Мы лишь получаем информацию от драйвера (от мозга), который уже эту картинку в значительной степени переработал (для облегчения восприятия), но она может несколько отличаться от того, что видят наши глаза.
                    • 0
                      Если я увижу несколько отдельных изображений пальца при частоте мерцания выше 50-60 Гц, то это и будет свидетельствовать о том, что человек воспринимает изображение с частотой не 24 и не 50 или 60 Гц!

                      Точно такую же картину вы увидите, если на один условный «кадр» глаза будет приходиться несколько мерцаний. Просто все изображения окажутся на одном кадре.
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    Некоторые признаются, что периферийным зрением замечают «дрожание» подсветки монитора.
    • 0
      Во-первых, периферийное зрение более светочувствительно. А эффект мерцания заметен только тогда, когда взгляд движется. То есть это обычный стробоскопический эффект. Разумеется объект в это время уходит от направления взгляда, так что только периферийным его и видно.

      Хотя если использовать мерцающий источник освещения при движении (например дешевый китайский фонарик на велосипеде, частота ~150Гц), то эффект более заметен, т.к. участвует «основное» зрение.
  • +1
    Интересно, неужели за всю историю развития кинематографа никто не проводил подобных экспериментов? Подходящее оборудование существует как минимум пол века.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      • 0
        Такой же, как здесь — измерить предел восприятия.
        Кстати, кино перешло с 12 Гц на 24 для устранения видимых мерцаний.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.