Диссертация (1025521), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Фехнер сформулировал «основной психофизическийзакон», более известный как закон Вебера-Фехнера: = 1 lg ( ),0(1.5)где – ощущение, полученное от текущей яркости; 1 – коэффициентпропорциональности, зависящий от выбора единицы измерения ощущений.Закон Вебера-Фехнера выполняется в диапазоне яркостей от 1 кдм-2 до1000 кдм-2.

При очень больших и очень малых яркостях наблюдаютсяотклонения от нормального восприятия и пороговый контраст возрастает.Функция контрастной чувствительности. Так как распределениеяркости в реальных изображениях имеет сложный пространственно-частотныйсостав, необходимо определять величину порогового контраста для каждой23частотной составляющей. При низких контрастах процесс зрительноговосприятия удобно рассматривать как линейный, тогда можно использоватьаппарат линейной фильтрации и понятие оптической передаточной функции(ОПФ). Тем не менее, как отмечается в [37], чтобы подчеркнуть приближенныйхарактер допущения о линейности, целесообразно использовать ФКЧ, а неОПФ. Значение ФКЧ определяет способность к различению яркостей смежныхучастков изображения на определенной пространственной частоте и измеряетсяэкспериментально путем определения пороговых приращений яркостей ∆ппри предъявлении человеку-оператору тестовых сигналов с распределениемяркости следующего вида(, ) = 0 + ∆п cos[2 ( cos + sin )],(1.6)где – пространственная частота тестового сигнала; – угол ориентациитестового сигнала.В общем случае ФКЧ является функцией угловой частоты тестовогосигнала , определяемой с учетом расстояния до тестового сигнала как = /180, угла ориентации тестового сигнала , яркости фона 0 , угловогоразмера изображения , и численно равна обратному значению пороговогоконтраста:̃ ( , , 0 , ) =1п ( , , 0 , )=0Δп ( , , 0 , ),(1.7)ФКЧ – хорошо исследованная характеристика ЗСЧ.

Наиболее широкоиспользуемой аппроксимацией ФКЧ является полученное в работе [38]выражение следующего вида:̃ ( , 0 , ) == ( , 0 , ) exp[−(0 ) ] √1 + exp[(0 ) ],(1.8)где введены следующие обозначения:100 0,15( )( , 0 , ) =; = 0,06.−2 ; 0 = 0,3 (1 + )−101 + 12 (1 + ⁄3)540(1 + 0,7⁄0 )−0,224Величину углового размера изображения, зависящую от линейныхразмеров изображения × и расстояния , можно оценить как=Длядальнейшего180√ ,анализапримем,(1.9)чтоусловиянаблюдениясоответствуют ⁄ = 3⁄4 и = 3 , тогда угловой размер равен = 20 град.На Рис.

1.4 и Рис. 1.5 представлены графики зависимости ФКЧ ипорогового контраста, полученные с использованием выражения (1.8). Изграфиков на Рис. 1.4 видно, что ФКЧ имеет спад более чем в три раза отмаксимального значения при угловых частотах менее 2 град-1 и более 15 град-1.Таким образом, при внедрении АК в изображение-контейнер целесообразновыбирать соответствующие диапазоны пространственных частот. Но областьнизких частот менее удобна для использования, так как она занимает меньшуюплощадь в спектре и в ней содержится большая часть энергии изображенияконтейнера, что затрудняет извлечение АК.600 400̃Hk2() Hk3   Hk1  0 = 1000 = 10000 = 10200005101520  -1 , градРис. 1.4.

Зависимость ФКЧ от угловой частоты при значениях яркостифона 0 = 10,100,1000 кд ∙ м−2 и = 20 град25Из графиков на Рис. 1.5 следует, что пороговый контраст для каждойспектральной составляющей остаётся постоянным при значениях фоновойяркости больше 100 кдм-2. Средняя яркость изображений экрана составляет100-200 кдм-2, поэтому для практического применения можно пренебречьзависимостью порогового контраста от яркости фона. Изображения с яркостьювыше 1000 кдм-2 используются редко, так как при этом условия наблюдениянекомфортны для человека.0.02 (0L)0пK20.01K3 L0K1 L0 = 20 = 15 = 500200400600800L0 -20 , кдмРис. 1.5. Зависимость порогового контраста от яркости фона при угловыхчастотах = 5,15,20 град−1 и = 20 градДля перехода от угловых частот к соответствующей областипространственных частот и в плоскости изображения необходимопринять во внимание отношение между размером диагонали экрана монитора,на который выводится изображение, и размером диагонали матричногоприёмника излучения (МПИ) МПИ .

Так как рассматриваемая аппроксимацияФКЧ не учитывает угол ориентации тестового сигнала, соотношение междучастотамиопределяется,пропорциональности 2 равенкак = 2 √2 + 2 ,гдекоэффициент262 = ∙ ∙ МПИ180√2 + 2 ∙ МПИ=180√( ⁄ )2 + ( ⁄ )2= ∙ МПИ.75(1.10)В качестве примера рассмотрим наиболее распространённые МПИ сдиагональю МПИ = 6 мм (1/3 дюйма).

При подстановке данного значений ввыражение (1.10) определим область пространственных частот в плоскостиМПИ наиболее подходящую для внедрения АК, как < √2 + 2 < , где ≈ 60 мм−1 соответствует угловой частоте 20 град−1 ;  N – максимальнаяпространственная частота, пропускаемая видеокамерой (частота Найквиста).При условии, что период расположения чувствительных элементов равен 3 … 5мкм, частота Найквиста равна ≈ 120 мм−1 .Эффект маскирования.

Согласно многоканальной модели зрительноговосприятия [39] в ЗСЧ осуществляется оптимальный прием и последующийанализ не всего образа наблюдаемого объекта, а отдельных гармоническихсоставляющих этого объекта. Поэтому при аддитивном наложении сигнала, впараметрах которого содержится АК, на изображение-контейнер каждаяспектральная компонента накладываемого сигнала воспринимается на фоненулевой гармоникисоставляющейL0в спектре стегано-изображения и спектральнойизображения-контейнерастемижепространственнымичастотами.

Соответствующий тестовый сигнал можно представить в виде(, ) = 0 + (∆п + ∆ ) cos[2( + )],(1.11)где Δ – амплитуда маскирующего гармонического сигнала.При одновременном воздействии двух спектральных компонентов содинаковыми пространственными частотами, возбуждается один и тот же каналЗСЧ. Это приводит к эффекту маскирования, заключающегося в увеличениипороговогоконтраставприсутствиидругогосигнала,обладающегоаналогичными характеристиками.Согласно [40] выражение для порогового контраста с учетом эффектамаскирования преобразуется к следующему виду27п ( , 0 )∆∆п ( , 0 )== п ( , 0 ) [],00 п ( , 0 )(1.12)где маскирующая функция ( ) аппроксимируется выражением( ) = max(1, 0,6 ).(1.13)Из выражений (1.12) и (1.13), следует, что пороговый контраст приналичии маскирующего сигнала увеличивается, если отношение амплитудымаскирующего сигнала к среднему значению интенсивности превосходитпороговый контраст без маскирующего сигнала.Нелинейные искажения системы отображения.

При хранении цифровыхизображений в памяти компьютера обычно используют 256 градацийинтенсивности. Перед выводом на экран монитора изображение подвергаетсянелинейной обработке и если не применяется дополнительная коррекция(гамма-коррекция), то исходные уровни интенсивности отображаются вискаженном виде.

Характер возникающих нелинейных искажений описываетсявыражением [40](, ) = [ (, )] = + [ (, )] ,(1.14)где (, ) – исходное распределение интенсивности; (, ) – отображаемое наэкране распределение яркости; – коэффициент нелинейности; , –параметры монитора, отвечающие за яркость и контраст выводимогоизображения соответственно.Исходноераспределениеинтенсивностидляоднойгармонической(, ) = 0 + (∆п + ∆ ) cos[2( + )].(1.15)составляющей имеет видОграничившись двумя членами разложения в ряд Тейлора выражения(1.14), и подставив выражение (1.15) получим(, ) = [(, )] ≈ [0 ] + ′[0 ](∆п + ∆ ) cos[2( + )].

(1.16)′Приняв допущения ∆п ≈ ∆п ⁄ [0 ] , 0 ≈ [0 ], ∆ ≈ ∆ ′[0 ] ипроизведя несложные алгебраические преобразования, получим выражение дляпорогового контраста не искаженного распределения (, ) с учетом эффектамаскирования в следующем виде28п( , 0 )Δп∆п=≈ ′=0 [0 ]0[0 ] [0 ]∆ ′[0]= ′ ( , [0 ]) ≈ ′ ( , [0 ]) []= [0 ]0 п [0 ]0 п [0 ]п ( , [0 ])= п ( , 0 ) [0 п ( , 0 )],(1.17)где введено следующее обозначениеп ( , 0 ) =[0 ] ( , [0 ]).′[0 ]0 п (1.18)Отметим, что функция п ( , 0 ) описывает пороговый контраст враспределении интенсивности (, ) при амплитуде маскирующего сигналаΔ = 0.Зависимости порогового контраста от среднего уровня интенсивности,построенныепритиповыхзначенияхпараметроввыражения(1.14),представлены на Рис.

1.6.0.02 п (0 ) 0.01KpI2 I0KpI1 I0=1 = 2,20100200I0 кв.0 , уров.Рис. 1.6. Зависимость порогового контраста от яркости фона при угловойчастоте  = 15 град-1Всовременныхсоответствующиймониторахчерномуцвету,минимальныйсоставляетвуровеньсреднемяркости,0,5 кд ∙ м−2 ,29максимальный уровень яркости находится в диапазоне 200 − 300 кд ∙ м−2 .Типичное значение коэффициента равно 2,2. С учетом этого было принято = 0,5 кд ∙ м−2 , = 1 кд ∙ м−2 при = 1 и = 0,05 (кд ∙ м−2 )1⁄2,2 при = 2,2.Как следует из графиков (см. Рис. 1.6), наличие нелинейных искажений,описываемых выражением (1.14), примерно в два раза снижает пороговыйконтраст при средних и высоких уровнях фонового сигнала.Спектральные особенности ЗСЧ.

Рассмотренные особенности ЗСЧотносятся к полутоновым изображениям. При использовании цветныхизображений, имеющих синий, зеленый и красный каналы цвета, необходимоучитывать особенности спектральной чувствительности ЗСЧ. При значенияхяркости от 10−2 до 100 кд ∙ м−2 в процессе зрительного восприятиязадействованы все чувствительные рецепторы глаза (палочки и колбочки) ифункция спектральной чувствительности имеет максимум при длинах волнизлучения,соответствующихзеленомуцвету.Еслисуммированиесостеганограммой осуществляется в одном из цветовых каналов, то для этой целиследует выбрать синий канал, так как чувствительность ЗСЧ в синем канале внесколько раз меньше, чем в красном.

Характеристики

Список файлов диссертации