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Die Auflösung jedes physikalischen Sensors wird durch grundlegende Gesetze begrenzt, nicht nur durch die Technologie. Das Rayleigh-Kriterium legt die minimale Winkelauflösung auf _min = 1,22/D fest: Das menschliche Auge (D 3 mm, 550 nm) hat _min 2×10 rad (1 Bogenminute), was bemerkenswerterweise mit der Trennung zwischen den Zapfen in der Fovea übereinstimmt die Biologie hat die physikalische Grenze erreicht.

Der Satz von Nyquist besagt, dass zum Abtasten eines Signals mit der maximalen Frequenz f_max mindestens 2f_max-Abtastungen pro Sekunde erforderlich sind. Das menschliche Ohr erkennt bis zu 20 kHz und die Cochlea tastet mit ca. 40.000 effektiven Punkten pro Sekunde ab. Das Überschreiten dieser Grenze führt zu Aliasing hohe Frequenzen werden als falsche niedrige Frequenzen wahrgenommen.

Das Webersche Gesetz (/ = k_W) besagt, dass die Differenzschwelle proportional zum Hintergrundreiz ist. k_W variiert je nach Modalität: Helligkeitssehen (k_W 0,02), Intensität Hören (k_W 0,05), Gewicht in der Hand (k_W 0,02), Geschmack (k_W 0,15). Dieser konstante Anteil impliziert, dass biologische Sensoren optimal für Signale sind, die im logarithmischen Maßstab variieren.

Die Cramér-Rao-Schranke legt die minimale theoretische Grenze der Varianz jedes erwartungstreuen Schätzers fest: Var() 1/I_F(). Das Gehirn fungiert als statistischer Schätzer, der diesen optimalen Grenzwert unter Laborbedingungen annähert. Die Fisher-Information I_F quantifiziert, wie viele Informationen über den Reiz in der Verteilung neuronaler Reaktionen enthalten sind.

Die räumliche Auflösung x = R/(2L) ist beim Sehen, Radar und Sonar von entscheidender Bedeutung: Eine Verbesserung der Auflösung bei festem Abstand R erfordert eine Vergrößerung der Apertur L (größere Augen, längere Antennen) oder eine Verringerung von (Verwendung höherer Frequenzen). Insekten-Flächenaugen tauschen Winkelauflösung (kleines L) gegen ein sehr weites Sichtfeld eine andere evolutionäre Lösung als das Kameraauge.

>Modell

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Beschreibung

ID:(0, 571)