Von Norbert Staub

Als offensichtlichstes und zugänglichstes Glied der Bildverarbeitung hat das Auge stets zuerst die Neugier jener Ingenieure geweckt, die an künstlichen Wahrnehmungs-Systemen interessiert sind. Bei der Bildaufnahme, der Umwandlung von elektromagnetischen Schwingungen in elektrische Signale, hat sich sowohl die Fotografie wie auch die Videotechnik immer am menschlichen Auge orientiert - und durch Jahrhunderte lange Entwicklung einen bemerkenswerten Perfektionsgrad erreicht. Bei der eigentlichen Bildverarbeitung jedoch, wo die eingehenden Signale weitergeleitet und bearbeitet werden, beginnen für herkömmliche künstliche Systeme bereits die Schwierigkeiten.

Unerreichte Effizienz

Denn biologische Schaltkreise sind zwar eine Million mal langsamer als die eines Computers - dennoch schafft die Retina in Echtzeit, wofür die digitale Bildverarbeitung nach wie vor weit länger braucht. - Was steckt dahinter? Einmal der Umstand, dass die Netzhaut eine Architektur hat, die ihrer Aufgabe - der Bildverarbeitung - optimal angepasst ist. Die Evolution hat hier alle Funktionselemente so nah beisammen strukturiert, dass die Datenverarbeitung parallel, ohne Rechnerinfrastruktur, auf kürzestem Weg und kleinstem Raum möglich ist. Zudem verfügt das Auge über bessere Verarbeitungsalgorithmen und kommt mit sehr wenigen Schaltelementen zurecht, wofür einfache Organismen wie Insekten ein gutes Beispiel sind.

Ein weiterer wichtiger Punkt: die Retina empfängt Signale analog und leitet sie ebenso weiter. Der Vorteil hierbei: Die Daten werden bereits im Bildaufnehmer ein erstes Mal verarbeitet. Denn in der Retina wird die Datenmenge reduziert, indem Signale nur dort weitergesendet werden, wo Kontraste auftreten. Solche Effekte nützt auch Jörg Kramer mit seiner künstlichen Retina, die am Institut für Neuroinformatik von Uni und ETH Zürich (INI) weiterentwickelt wird. Kramer ist Physiker und seit Jahren mit der Entwicklung visueller Chips befasst.

Weniger ist mehr

Die Netzhaut liefert kein perfektes Bild der Umwelt, wenn Perfektion im Sinne von "Vollständigkeit" verstanden wird. Ihr reicht es, im zentralen Bildbereich eine gute Auflösung und Farbdifferenzierung zu liefern. Mindestens so wichtig ist ihre Fähigkeit, Bedeutendes von weniger Bedeutendem zu unterscheiden und ersteres sehr schnell weiterzuleiten. Als wichtig, so hat sich zum Beispiel in der Evolution herausgestellt, betrachtet das Auge Dinge, die sich plötzlich ändern (eine Beute, welche die Richtung wechselt, ein in der Ferne aufflackerndes Licht...).

Eine weitere Fähigkeit, die das natürliche Auge auszeichnet: es kann sich der Beleuchtungssituation in seiner Umgebung anpassen. Sowohl im Mondlicht wie bei grellstem Sonnenschein vermag es ein Objekt nach einer Adaptionsphase gut zu erkennen, indem es auf die relativen Lichtverhältnisse reagiert.

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