本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
西班牙超现实主义画家萨尔瓦多·达利是《大众科学》的读者,他最标志性的作品之一是基于一篇关于面部感知的《大众科学》文章创作的。
斯蒂芬·麦克尼克和我很高兴能担任佛罗里达州圣彼得堡达利博物馆“幻觉奇观”展览的科学顾问。该展览探讨了幻觉在达利许多杰作中的作用,将持续到九月(之后可能会成为巡回展览……我们会通知您)。如果可以,请去看一看,这是一个令人难以置信的收藏!
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我们摘录了展览中神经科学撰写和图像的样本,用于今天的帖子
《加拉凝视地中海,在二十米处变成亚伯拉罕·林肯的肖像》是达利最精美的模棱两可的幻觉之一。
达利在了解到莱昂·D·哈蒙于1973年11月在《大众科学》杂志上发表的开创性著作后创作了这幅作品,文章标题为《面孔的识别》。在文章中,哈蒙从一张5美元钞票上取下亚伯拉罕·林肯的图像,并制作了它的“块平均”渲染图。块平均意味着图像被分解成网格块,每个块都填充了该块的平均灰度值;本质上是每个像素一个色调。
哈蒙(等人)发现,面部识别所需的最小块数为 16 x 16 块(总共 256 块)。考虑到这些块中的许多是背景,实际上,我们可以从大约 150 个信息块中识别面孔!
向马克·罗斯科(Mark Rothko,1903-1970)致敬,是为了向最近自杀的一位领先的抽象表现主义画家表示敬意。达利作品中颜色渐变的多块色块令人联想到罗斯科冥想式的“色域”绘画。
研究人员将图像中的精细细节和对比度的突变称为高空间频率。低空间频率对应于图像中的粗略细节,可以传达关于形状、方向和比例的全局信息。
《加拉凝视》……幻觉之所以奏效,是因为加拉由高空间频率组成,而林肯的肖像由低空间频率组成。靠近观看时,我们专注于高空间频率细节、色调和值的细微差异,并感知到加拉正在十字形窗户前眺望大海,以及天空中以厚涂法渲染的十字架。构成画作的棋盘格使我们能够记录描述加拉形态的精细颜色和值梯度。大“像素”边缘的高空间频率、多个深色和浅色块在近距离支配着我们的感知,掩盖了林肯的脸。
从远处(20 米)观看这幅画时,我们的视觉主要看到低空间频率:我们现在感知到场景的粗略、一般元素,而不是精细的——高频率——细节,例如彩色块的边缘和加拉的轮廓。我们不再看到加拉,因为描绘她身体的高空间频率逐渐消失在周围区域(该区域的光值与加拉的人物轮廓相当),只留下构成林肯脸部的整体形状和阴影(低空间频率)。近距离眯着眼睛看这幅画也可以模糊和柔化边缘,从而消除高空间频率信息,并揭示“隐藏”在低频率中的面部信息。达利为大海、云彩和加拉的身体选择的色调、值、纹理和饱和度现在变成了我们感知林肯脸部皮肤的适当阴影。
一旦你感知到林肯的脸,你的面部神经元将提供额外的细节来帮助“填充”图像。一旦你将林肯的脸与那组特定的方块联系起来,就很难停止看到它(如果你愿意,这是一种视觉形式的滞后效应)。达利(和哈蒙)选择林肯并非偶然:我们识别熟悉的面孔比不熟悉的面孔更好。年幼的孩子可能无法识别出林肯本人,但只能感知到一张脸。
当你靠近时,图像再次被它们的精细细节所支配:林肯消失了,加拉再次出现。
起作用的感知过程类似于当你靠近观察当代计算机生成的照片马赛克时,你可以看到单个照片,但当你从远处观看时,你可以看到一个大的图像。事实上,你的整个视觉体验都来自于跨马赛克的整合,因为你视网膜中的感光器实际上是单个光探测器的马赛克!