Theory and model of the hyperacuity in the human eye

Abstract

The hyperacuity of the human eye may be defined as its known capacity to see small details far away from the limitations set by the number and size of the detectors it has. Basically, the problem consists in the fact that the image projected on the retina is blurred by the effect of diffraction, but instead of getting an image at poor detail the Human Visual System handles to obtain very fine details. In this sense, we consider the blurring prior to the detection stage a key for the hyperacuity in the human eye. This way, we could assume some blurring mechanism prior to the signal detection stage, knowing that afterwards, we may be able to restore the information just by reversing the intentionally introduced known blur at the detection process. Under certain conditions this blur may be compensated solving the appropriate inverse problem, and so, a much higher resolution image can be obtained. In addition to the explanation of the hyperacuity, we propose ideas on how this could leverage diverse applications. As a result of applying this paradigm, the angular resolution can be increased by even a magnitude and therefore enhancing the acuity on applications like imaging devices, radar systems, Terahertz technology…

La hiperagudeza del ojo humano puede definirse como la capacidad que tiene para poder ver pequeños detalles lejos de las limitaciones impuestas por el número y tamaño de los detectores que posee. Básicamente, el problema consiste en el hecho de que la imagen proyectada en la retina es borrosa por el efecto de difracción, pero en lugar de obtener una imagen pobre en detalle el sistema visual humano se las arregla para obtener detalles muy finos. En este sentido, consideramos que el emborronado anterior a la etapa de detección es clave para la hiperagudeza en el ojo humano. De esta manera, podríamos suponer algún mecanismo de emborronado previo a la etapa de detección de la señal, sabiendo que después podremos restaurar la información simplemente invirtiendo dicho emborronado conocido el cual ha sido introducido deliberadamente en el proceso de detección. Bajo ciertas condiciones este emborronado puede ser compensado resolviendo el problema inverso de modo apropiado, y conseguir así una imagen de resolución mucho mayor. Además de la explicación de la hiperagudeza, proponemos ideas sobre cómo se podrían aprovechar diversas aplicaciones. Como resultado de la aplicación de este paradigma, la resolución angular puede aumentarse incluso en una magnitud y por lo tanto así la mejora de la agudeza en aplicaciones como dispositivos de imágenes, sistemas de radar, tecnología de terahercios...