Острота зрения (разрешающая способность)

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 13Следующая ⇒

Острота зрения (разрешающая способность зрительного анализатора)– одна из важнейших функций зрения, обеспечивающая возможность обнаруживать объекты, определять их форму и взаимное расположение в поле зрения. Острота зрения V – величина, обратная предельному углу разрешения между двумя объектами, которые глаз еще может воспринимать раздельно. Теоретически верхний предел остроты зрения ограничивается дифракцией света на зрачке, аберрациями оптической системы глаза, квантовыми флуктуациями света и структурой сетчатки [2].

Максимальная острота зрения наблюдается в центральной зоне сетчатки (фовеа). Чем дальше от центральной ямки, тем ниже острота зрения; на расстоянии 20° от центра она составляет всего 0, 1 от максимального значения.

С учетом указанных факторов теоретически минимальный замечаемый промежуток между двумя объектами (разрешающая способность зрительного анализатора) составляет около 30² (угловых секунд), Однако множество экспериментальных данных свидетельствует о том, что в некоторых случаях разрешающая способность зрительного анализатора может отличаться от величины 30² как в большую, так и в меньшую сторону.

Различительная чувствительность (восприятие градаций яркости)

Различительной чувствительностью зрительного анализатора (контрастной чувствительностью) называется способность различать яркости объектов. Зрительный анализатор человека способен различать объекты в чрезвычайно широком диапазоне яркостей, составляющем до 12 порядков. Зависимость различительной чувствительности от интенсивности светового раздражители определяется законом Вебера – Фехнера:

E = К lnI + C

Где Е – видимая яркость

I – интенсивность светового раздражителя

К и С – постоянные коэффициенты

Величина разностного порога (едва заметного прироста видимой яркости) по данным различных исследователей составляет от 1: 64 до 1: 164.

В диапазоне яркостей 20 – 3200 кд/м² при неизменной адаптации глаз воспринимает контраст L_макс/ L_мин=160. При этом количество градаций яркости, воспринимаемых ЗА составит g=253. Разностный порог остается постоянным и равным 1, 5 – 2% лишь в области средних яркостей, для очень больших и очень малых яркостей он существенно возрастает.

ЦВЕТОВОЕ ЗРЕНИЕ

Цвет – это один из признаков зрительного восприятия. Можно сказать, что цвет – это свойство видимого излучения, определяемое по вызываемому им у зрительного анализатора ощущению.

Вся совокупность видимых цветов разделяется на две группы: ахроматические и хроматические.

К ахроматическим относятся черный, белый и все лежащие между ними серые цвета. Ахроматические цвета бесцветны и в спектре отсутствуют. Ахроматические цвета имеют тела с неизбирательным отражением или пропусканием при освещении их белым светом. Чем меньше коэффициент отражения или пропускания таких тел, тем темнее они кажутся при освещении белым светом.

При смешении черного и белого цветов в различной пропорции можно получить любой серый цвет.

Зрительный анализатор человека способен различать около трехсот ахроматических цветов от белого до черного.

К хроматическим цветам относятся все наблюдаемые нами цвета, кроме черного, белого и серых. Любой цвет может быть определен тремя характеристиками: цветовым тоном λ, чистотой (насыщенностью) Р и яркостью L (светлотой).

Под цветовым тоном понимается то качество цвета, которым он отличается от ахроматического; цветовой тон характеризуется доминирующей длиной волны. Ахроматические цвета цветового тона не имеют.

Под чистотой (насыщенностью) понимают степень разбавления данного цвета белым. Чем меньше белого примешано к основному тону, тем больше его чистота. Иначе говоря, чистотой цвета называется отношение яркости L_λ монохроматической составляющей к полной яркости ее смеси с белым светом, т.е. [23]:

где L_б – яркость белой составляющей смеси.

Чистота цвета спектральных цветов равна 100% (или 1), т.к. они не имеют примеси белого цвета.

Все ахроматические цвета имеют чистоту цвета, равную нулю.

Цветовой тон λ и чистота (насыщенность) цвета Р совместно определяют цветность цвета.

Цветовой тон λ, чистота (насыщенность) цвета Р и яркость L могут одновременно охарактеризовать цвет. Можно сказать, что два цвета равны, если они имеют одинаковые цветность и яркость.

Пороги цветоразличения [2]. Поскольку цвет – величина трехмерная, то и различия в цвете могут быть трех родов: по яркости L, по цветовому тону λ и по чистоте (насыщенности) цвета Р. Различие по яркости определяется контрастом К, а пороговое различие по яркости – пороговым контрастом К_п. Пороговые различия по цветовому тону назовем Δ _пλ, а по чистоте – Δ _пР.

Чувствительность глаза к различению цветового тона неодинакова в различных областях спектра (табл.8). В таблице указаны границы спектральных участков, интервал каждого участка Δ λ, значение порогов Δ _пλ в данном интервале, число порогов n_Δ в каждом интервале и число порогов n от крайней границы спектра до данного интервала. Значение n, равное 129, 6, показывает, что во всем интервале видимого спектра мы можем различать около ста тридцати градаций цветового тона. Итак, можно принять n =130

Для инженерных расчетов пороги цветоразличения можно определить по величине эллипсов Мак-Адама. На рис.1.4. представлены эллипсы цветовых порогов, полученные Мак-Адамом /34/ в равноконтрастной системе U, V, W.

Под единицей Мак-Адама понимают среднеквадратическую ошибку установки цветовых равенств для одинаковых яркостей (48Кд/м²) в состоянии адаптации наблюдателя на свет стандартного источника типа «С» с яркостью 24 Кд/м² при размере полей сравнения 2°и 21° соответственно. Эта единица соответствует на равноконтрастной диаграмме Мак-Адама расстоянию 0, 0005-0, 0027 (1/10 длины полуосей Мак-Адама на этой диаграмме)./34/.

Цветовой порог Мак-Адама - это порог цветоразличения в указанных выше условиях экспериментов Мак-Адама. Он составляет примерно три единицы Мак-Адама, т.е. соответствует на диаграмме рис.1.9 расстоянию 0, 0015 – 0, 0081 и в среднем 0, 0038./43/.

ИНЕРЦИЯ ЗРЕНИЯ

Инерция зрения есть его способность некоторое время сохранять результат светового воздействия на глаз и, таким образом, накапливать результаты таких воздействий за некоторое время Θ. Инерция способствует устойчивости зрительного ощущения и, в сущности, обеспечивает саму возможность осмысления зрительных впечатлений. В явном виде она проявляется во всех случаях наблюдения нестационарных световых процессов, а в более или менее скрытом виде – всегда.

Временем инерции Θ можно считать некоторый условный промежуток времени, в течение которого длилось бы зрительное впечатление, если бы оно некоторое время сохраняло свое максимальное значение, а затем исчезало бы мгновенно. Определение времени инерции осложняется тем, что зрительное ощущение затухает постепенно, как некоторая функция времени A(t), где t – время, прошедшее с момента прекращения воздействия света.

Моменту t = 0 соответствует A(t) = 1, a t = ∞ соответствует A(t) = 0. Отсюда

Время инерции Θ (с), зависит в основном от яркости фона L (кд/м²), и может быть определено по приближенной формуле:

Экспериментально установлено, что для восприятия яркостей и контрастов функция затухания выражается экспонентой A(t) = ехр(-t/Θ ). Если в течение времени τ яркость пятна постоянна и равна L, то эффективный контраст может быть найден по формуле:

Если t ≤ Θ, то

Зрительная инерция проявляется при восприятии периодически мелькающих источников света. При высокой частоте мелькания глаз воспринимает мелькающий свет как постоянный. Наименьшая частота υ _кр, при которой глаз перестает различать мелькания, называется критической частотой слияния мельканий. Эта величина зависит от яркости адаптации, размера поля зрения, глубины модуляции мелькающей яркости, отношения длительности t одной вспышки к периоду мелькания Т и т.д. По закону Тальбота субъективно воспринимаемая яркость L_c, если яркость L_в (истинная яркость вспышки) сменяется полной темнотой, равна:

Для яркостей L_o импульсных источников, не превышающих 10³ кд/м², если длительность проблеска занимает половину периода мелькания, для определения критической частоты можно воспользоваться формулой [4]:

Значение υ _кр существенно зависит от глубины модуляции яркости, т.е. от отношения разности между максимальным и минимальным значениями яркости к средней яркости и от закона изменения яркости со временем – от формы кривой, описывающей модуляцию. При уменьшении глубины модуляции значение υ _кр значительно уменьшается.

Лекция 11

Модель зрительного восприятия киновидеоизображений.

Конечным звеном в любой кинематографической системе является зрительный анализатор человека. Согласованность характеристик кинематографической системы с характеристиками зрительного анализатора обеспечивает комфортность восприятия кинематографического изображения, т. е. минимальную утомляемость зрителя при максимальном уровне эмоционального воздействия, позволяет разумно ограничить требуемые технологические параметры кинематографической системы и оптимизировать ее экономические характеристики.

Задача согласования характеристик кинематографической системы с соответствующими характеристиками зрительного анализатора может быть существенно упрощена при наличии функциональной модели зрительного анализатора, адаптированной к условиям проекции.

В основу функциональной модели зрительного анализатора положены, кроме рассмотренных выше, следующие экспериментальные исследования.

В 1964г. Браун и Уорд опубликовали экспериментальные данные по спектральной чувствительности трех типов колбочек, имеющихся в сетчатке глаза человека.

В 1953г. Мотокава и Светихин обнаружили светочувствительные клетки, генерирующие отрицательный потенциал по мере смещения в синюю область и положительный потенциал под воздействием желтого света.

В 1958г. де Валуа обнаружил также клетки, которые изменяют знак потенциала на противоположный при переходе от красного света к зеленому.

Эти клетки получили название оппонентных. Оппонентные клетки находятся в подкорковом зрительном центре головного мозга и отражают потенциалы, генерируемые колбочками сетчатки. В подкорковом центре также обнаружены клетки, изменяющие потенциал только при изменении яркости светового раздражителя.

Таким образом, имеется достаточное обоснование механизма цветового зрения человека, состоящее в следующем:

На рецепторном уровне свет регистрируется тремя типами колбочек, в соответствии с теорией Юнга – Гельмгольца.

Поступающая от колбочек информация преобразуется в импульсы, частота следования которых определяется яркостью светового раздражителя (аналог частотно-импульсной модуляции).

Частотно-модулированные импульсы красного, зеленого и синего каналов преобразуются в ахроматический сигнал яркости и два цветоразностных сигнала. Эти сигналы передаются в глазной нерв и в соответствующие отделы головного мозга.

Соответствующая функциональная модель преобразования информации в зрительном анализаторе человека, учитывающая особенности восприятия изображений на кинотеатральном экране приведена на рис. 1.10.

Лекция 12

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8 9 10 111213 Следующая ⇒