РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Шумная картинка: Много шума — и хорошо

Новая методика позволяет получить качественное изображение даже при наличии источника шума – более того, при его непосредственной помощи.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«Как правило, — говорит один из авторов работы, профессор Джейсон Флейшер (Jason Fleischer), — шум рассматривается, как проблема, с которой надо бороться. Но в некоторых случаях сигнал и шум можно заставить взаимодействовать, и тогда шум будет усиливать сигнал. Для слабых сигналов — например, для изображения слишком темных или слишком далеких объектов — шум вообще может даже улучшить полученную картинку».

Вместе со своим студентом, нашим соотечественником Дмитрием Дыловым, Флейшер провел такой эксперимент. Лазерный луч пропускался через небольшую стеклянную пластину с нанесенным на ней рисунком — линиями и цифрами. Луч попадал на принимающее устройство, связанное с компьютером, на мониторе которого и отображалась итоговая картинка.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Затем в эту схему был внесен источник шума, полупрозрачная пластиковая пластина, расположенная между стеклом и приемником. Рассеивая львиную долю излучения, она делала картинку на мониторе совершенно нечитаемой, как туман делает невидимыми объекты, скрытые его пеленой.

Теперь мы подошли к главной части опыта: на пути луча Флейшер и Дылов установили еще один объект. Между пластиковой пластиной и приемником они поместили кристалл ниобата стронция-бария (НСБ), вещества, обладающего нелинейными оптическими свойствами. Иначе говоря, движение луча света в нем подчиняется довольно необычным законам, позволяя сигналу и шуму взаимодействовать друг с другом.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Эти свойства НСБ зависят от приложенного к кристаллу вещества напряжения, так что, аккуратно варьируя этот показатель, ученые в конце концов добились того, что на мониторе была снова получена ясная и четкая картинка исходного объекта — стеклянной пластины с нанесенными цифрами и линиями.

Сам по себе подобный подход отнюдь не нов, это явление называется стохастическим резонансом. Упрощенно объяснить его можно так. Представим систему, которая под влиянием периодического сигнала изменяется — соответственно, тоже периодически. Если на систему действует только шум, то изменения ее будут случайными.

Теперь представим систему, на которую влияет слишком слабый сигнал: при таком подпороговом воздействии она не будет менять свое состояние. Но если мы добавим к ней еще и шум, который привнесет в систему дополнительную энергию, то даже сравнительно слабого периодического воздействия будет уже достаточно. Шум как бы понижает порог чувствительности системы к периодическому сигналу.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

«Шум мы использовали, чтобы "подкормить" сигнал, — комментирует Дмитрий Дымов. — Это как если бы вы сфотографировали человека в темноте, а затем, обработав фотографию определенным образом, получили его изображение более светлым, а фон — более темным, чем на исходном снимке. На контрасте портрет становится более четким».

Ученые уверены, что несмотря на то, что пока что они сделали лишь первые шаги в своей работе, она имеет самые невероятные перспективы использования. Такое «восстановление» картинки с помощью шума найдет применение и в медицине, и в авиации, и в сонарах подводных лодок, и в устройствах ночного видения, и где угодно, где исходный сигнал испытывает значительное воздействие шума.

antropocentrist
antropocentrist 09 Апреля 2010, 12:04
Николай, спасибо за Ваш развернутый ответ. Хотелось бы все же прояснить пару моментов: 1. В качестве "исходной картинки" в эксперименте использовалась стеклянная пластина я нанесенным на неё рисунком цифр и полос. Мне кажется, что это довольно малоконтрастное изображение, так что использование "картинки с полутонами" не принципиально, это повлияло бы только на наглядность результата. 2. В качестве "источника шума" использовался кусок пластика. Как Вы пишете, с "нанесенным на ее поверхность специальным рельефом". Однако ни в статье, ни в указанном источнике нет информации про этот рельеф. Предполагаю, что источником шума была сама структура пластика. Если свет проходит через толстый слой, к примеру, полиэтилена, это тоже имитирует белый шум. И, возможно, Вы не откажетесь зарегистрироваться на сайте? Хотелось бы иметь, по крайней мере, возможность читать Ваши комментарии на отдельной странице, если Вы не найдете времени на ведение блога. И уж конечно, я не мог перепутать Вас с тем господином, которому отвечал в блоге про NASA :)
antropocentrist
antropocentrist 08 Апреля 2010, 22:04
Николай III (Вы уж извините, я Вас во избежание путаницы пронумерую :) ) "С другой стороны я абсолютно уверен в том, что если наложить на изображение помеху в виде белого шума, то очистить от этой помехи изображение с помощью того же белого шума невозможно. Мой телевизор с этими помехами также бы не справился. Это утверждение основано на фундаментальных свойствах сигналов." Хотелось бы понять, какие именно фундаментальные свойства сигналов имеются ввиду и каким образом они перечеркивают возможность использования белого шума для восстановления сигнала.
nik_trening
nik_trening 07 Апреля 2010, 12:04
Вот, на самом деле, одно из самых перспективных и удачных исследований... Неоспоримо, спектр возможного применения огромнейший... Тем более, что практически во всех нынешних технологиях используют сигналы, на которые воздействует шум.. Остается надеяться, что ученые будут делать и дальнейшие шаги в этих исследованиях.
Загрузка статьи...