Český matematik se propočítal k úžasným snímkům Slunce

Slunce zblízka
Slunce zblízka
Povrch Slunce se neustále mění, bublá a bouří. Dějí se tam neuvěřitelné, lidským okem neviditelné věci. Od roku 2010 Slunce nepřetržitě snímá sonda NASA a každých 12 sekund posílá na zemi jednu jeho fotografii. Na běžném počítačovém monitoru ovšem nelze spatřit všechny sondou zaznamenané detaily. Českému matematikovi se podařilo snímky upravit tak, aby vynikly i dosud nevídané drobnosti.


Příspěvky Meteoru 19. 3. 2016
01:45 Zběsilý vítr nad našimi hlavami.
09:06 Tajuplný zdroj rentgenu ve vesmíru.
12:37 Brusle a lyže – nevíme, jak fungují.
24:15 Slunce poprvé v dech beroucím detailu.
44:32 Co je slyšet 11 km pod hladinou oceánu?

Snímky posílá na Zemi kosmická sonda SDO - Solar Dynamics Observatory. „Pozoruje Slunce nepřetržitě 24 hodin denně a přenáší na Zemi více než 1,5 terabajtů dat denně. Má bezkonkurenční kvalitu obrazu, který pořizuje v daleké ultrafialové části spektra, pro lidské oko neviditelné. Úplně mě to nadchlo,“ uvedl v Meteoru matematik Miloslav Druckmüller z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně.

Vymýšlení algoritmů jako netradiční koníček

Problém spočívá v tom, že existuje rozpor mezi vysokou kvalitou snímku odeslaného sondou a tím, co se dá prohlédnout na počítačovém monitoru. „Ty obrazy mají například více než 16 000 úrovní jasu, ale na běžném počítači jich nemůžeme vidět víc než 256. Dokud do zobrazovacího procesu nevstoupí matematický algoritmus, tak v těch snímcích zůstává spousta informací pro lidský zrak nepřístupných,“ vysvětlil Druckmüller.

„Začal jsem se tím zabývat jako takovým koníčkem, vyžadovalo to totiž dosti velké šílenství, hodně práce po nocích, ale nakonec se mi podařilo vytvořit algoritmus, který skutečně dovede zobrazit snímky tak, jak bychom je viděli, kdybychom je mohli vidět,“ řekl Druckmüller.

Čtěte také

Hacker z Brna

Pro zpracování obrázků a videí bylo potřeba stáhnout velký objem dat ze stránek NASA. Domácí stahování bylo velmi pomalé, asi jeden obrázek za minutu. Proto se Miloslav Druckmüller rozhodl využít školní výkonnější síť.

Slunce na snímku sondy SDO

„Trochu jsem to přehnal. Američané se domnívali, že se jedná o hackerský útok a zablokovali mi IP adresu. Ale samozřejmě to dopadlo dobře. Vyměnili jsme si e-maily, poslal jsem jim některá svá videa a oni pochopili, že nemám zlé úmysly, a že to, co dělám, má smysl,“ řekl Druckmüller.

Simulace lidského zraku

Při vývoji nové matematické metody zpracování obrazu bylo nejprve nutné uvědomit si, jak funguje lidský zrak. „My si vytváříme v hlavě něco jako matematický model reality. A ten je jiný, než fotografie. Takže my musíme matematicky nasimulovat chování lidského oka, udělat něco jako podvrh pro oči, předložit jim obraz, který by mohly vidět, kdyby tam nebyl ten prostředník digitálního záznamu,“ vysvětlil matematik.

K obrázku se nepřistupuje jako k celku, ale tak, jak by se dívalo lidské oko. „Když zpracovávám obrazový bod, tedy pixel, tak beru pouze jeho nejbližší okolí, zbytek obrazu v podstatě ignoruji,“ řekl Druckmüller.

Podivná matematická úloha

„Matematik potřebuje mít přesné zadání. Když ho nemá, nemůže nic řešit. V tomto konkrétním případě zadání mohlo znít nějak takhle: Zde jsou vstupní data. Nalezněte transformaci tak, aby výsledek vypadal dobře. Takže úvodem jsem si musel definovat, co je správný obraz, jak má vypadat, a potom hledat algoritmus, který splní určené požadavky,“ řekl Druckmüller.

Upravený snímek Slunce 16.4.2012

Ne kvůli vědě, ale kvůli pocitu

Povedlo se a Miloslav Druckmüller spatřil Slunce tak, jako ještě nikdo jiný, ani vědci z NASA. „Nedovedu ten pocit ani popsat. Fascinovalo mě to,“ řekl matematik. „Můj původní motiv nebyl vědecký, byla to pro mě matematická výzva. Dodnes si ta videa prohlížím a jsem fascinovaný tím, co se na Slunci děje,“ uzavřel Miloslav Druckmüller.

Fotografie a videa brněnského matematika obletěla celý svět a dostalo se mu velikého uznání. Světoznámým se stal už před několika lety, když díky matematickému zpracování obrazů dokázal vyfotografovat zatmění Slunce tak, jako nikdo před ním.

Zatmění Slunce 20.3.2015

Snímky upravené Miloslavem Druckmüllerem je možné vidět na jeho webových stránkách. Kromě Slunce jsou tam k vidění i výjimečné snímky polárních září a tzv. rudých skřítků.

Tento i ostatní záznamy pořadu Meteor najdete v našem Archivu pořadů.

Spustit audio
autoři: Petr Sobotka, Leona Matušková