Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Первые непосредственные измерения РСВ глаза были выполнены Шаде [6[ в 1956 г. с помощью порогового метода. Многие исследователи повторяли с теми или иными вариациями фундаментальные опыты Шаде, и большинство из них подтвердили его основные результаты. Наиболее существенные отличия были получены Кемпбелом и Робсоном [8), которые сравнивали пороговые контрасты для синусоидальной и прямоугольной волн, а также для прямоугольных и пилообразных пространственно-частотных тест-объектов и на основании проведенного гармонического анализа пришли к выводу, что в зрительном процессе участвует множество узкополосных резонансных фильтров. Затем Сахс и др. [9[ более прямым способом показали, что РСВ глаза не является характеристикой одного фильтра, а является огибающей или суммой нескольких параллельных каналов, каждый из которых представляет узкополосный резонансный фильтр.
Кроме того, они покааали, что шумовые свойства каналов статистически независимы. Измерения Штромейера и Юлежа [10) также подтвердили зту теорию. Большинство измерений РСВ глаза проводилось пороговым. методом, но обычные аадачи, решаемые глазом, далеко не всегда соответствуют пороговым условиям. Поэтому особый интерес представляют исследования РСВ в надпороговых условиях, проведенные Ватанабе и др. [11[. При проведении ими надпороговых (а также пороговых) измерений сравнительным методом было обнаружено, что чем выше над порогом возрастает контраст тест- объекта, тем шире становится частотная характеристика. Онн установили, что РСВ, полученные ими экспериментально, с достаточной точностью описываются следующими формулами: в области низких частот при пороговых условиях между РСВ = 1 — [1 + (Я,)з)-'(з (4.1) и РСВ = 1 — [1 + (Я,)Ч '; (4.2) в области высоких частот при пороговых условиях РСВ = [1 + (Я,)'! '; (4.3) 122 ГЛАВА 4 0,8 0,6 0,4 Фиг.
4.5. диапазон пзиенении рСВ глаза по результатаи различных зисперпиеитои [6, 8 — 28). 8 Лропграчсгл8сллии юглвп~а,илпгу-г з области высоких частот при надпороговых условиях РСВ = е-®Гз>' (4.4) где /„ /, и /з — характеристические частоты. РСВ глаза посвящен ряд хороших обзоров: Фрая (12], Фиорентини (13), Леви [14), Вестгеймера (15) и Островской [16). В последней работе содержатся некоторые результаты, не опубликованные в литературе на английском языке.
На фиг. 4.5 показан диапазон изменений РСВ, полученных в различных исследованиях [6, 8 — 28). Из общих соображений зависимость РСВ от уровня яркости можно объяснить следующим образом: при очень низких уровнях зрачок расширен и доминирующую роль играют аберрации; на средних уровнях ( 70 кд/мз) характеристики определяются в основном свойствами сетчатки и функциями мозга, а на очень высоких уровнях при сильно суженном зрачке превалирует днфракция. В достаточной мере согласующиеся результаты, которые можно применять при решении проблем оптико-электронного воспроизведения изображения, содержатся в работах Шаде !6), Лоури и Депальма [19), Кемпбелла [25!, Джильберта и Фендера [26), Поллена и Рерига (27), Куликовского )28), Робсона (17), Ватанабе и др.
[11). Максимум не наблюдается при яркостях ниже 20 кд/мз; наиболее высокая разрешаемая пространственная частота по опубликованным результатам составляет 3,44 мрад '. Понимание фильтрующнх свойств зрительного аппарата важно по двум причинам. Во-первых, глаз сам с некоторым приближением представляет собой оптимальный фильтр, поэтому попытки ФИЗИОЛОГИЯ ЗРНТЕЛЪНОГО ВОСПРИЯТИЯ о,в О,в 4~ 0,4 0,2 О,2 0 1 2 3 0 ' 2 3 ороипраюпрнннап паетнга, мрау-г ораапранегпвеннап паепггнпа, мрар-' Фиг. 4.6.
РСВ. описываемые зависимостью охр ( — впво„'и). Фиг. 4.7. РСВ, описываемые зависимостью 11 + (1'!г) 1 '. улучшить характеристики глаза предварительной фильтрацией спектра изображения представляются сомнительными. Во-вторых, эффективная передача конечного иэображения в глаз в большой мере зависит от общего увеличения системы. Действительно, нельзя передать глазу информацию на частоте 4 мрад ', если разрешающая способность глаза 2 мрад ' или меньше. Проблема передачи информации и важность выбора оптимального увеличения являются предметом дальнейшего обсуждения. По Шаде [6], спад РСВ глаза после максимума приближенно описывается гауссоидой РСВ е-2пвсегв (4.5) где о, — среднеквадратичное отклонение функции рассеяния линии, определенной в равд.
3.7. Рассмотрим РСВ гауссовой формы (фиг. 4.6) для значений о = 0,45, 0,2, 0,25 и 0,3 мрад. Коли сравнить эти кривые с экспериментально полученными результатами для РСВ глаза, можно видеть, что значительная часть представляющих интерес экспериментальных результатов укладывается в диапазон значений о 0,2 — 0,3 мрад. С другой стороны, можно использовать формулу РСВ ж [1 + (Я,)в[-з, (4.6) предложенную Ватанабе и др. [11[.
Несколько кривых, построенных в соответствии с этой формулой, показаны на фиг. 4.7. В дальнейшем анализе мы будем, следуя П[аде, полагать, что РСВ = е-2"" 12 при 1 ) 0,2 мрад '. (4. 7) 124 ГЛАВА 4 4.4. Влияние увеличения Шаде предложил выбирать угловое увеличение прибора М таким образом, чтобы частоты, представляющие наибольший интерес, приходились на максимум РСВ. Это приближенный способ согласования модуляционных передаточных функций (МПФ) глаза и системы, чтобы получить наилучшую суммарную МПФ.
Можно сделать еще шаг вперед, если попытаться решить вопрос, каким же по величине должно быть М, чтобы оптимизировать эквивалентную полосу /т' системы прибор — глаз. МПФ прибора хорошо аппроксимируется гауссоидой, удобной к тому же для анализа. С ростом увеличения М расширяется эффективная РСВ глаза относительно МПФ прибора. Обозначая величину среднеквадратичного отклонения для МПФ прибора через о„можем написать Л"= ~ РСВ2(/) г, (/) ф= ~ ехр ( — 4я2/2( ( — '1) +а, '~) ф. 0.2М 0,2М (4.8) Здесь все частоты представлены как пространственные частоты в плоскости объекта, так что У' можно сравнить с полосой Лг, прибора до участия глаза.
Заменяя переменные интегрирования, запишем уравнение (4.8) в виде е М Л' = -"ч . 2л (а', — Меае)'е 0до1ое-~меое1Н2 Нормализуя (4.9) относительно Л/, = 1/4о, те' я, получим е'е" 2 Ма, е-хе дх 14 101 )/ л 1аее+Меа3)П2 одо10,'+Меоее 1Н2 На фиг. 4.8 представлен параметр Л1'/Ле в функции Мо, при о, = = 0,25 мрад. Из рассмотрения этой функции можно сделать следующие вы- воды.
Во-первых, оптимальное увеличение равно 1/(4о,), диапааон оптимума является широким и ухудшение Ле'/Л, вдвое соответ- ствует изменению увеличения примерно в 5 раз. Во-вторых, вели- чина У' при 1/(4а,) немного меныне половины Л', системы, равной 0,141/о,. В-третьих, ясно, что излишнее и недостаточное увеличе- ния могут привести к существенному ухудшению общей разрешаю- щей силы. Для примера можно рассмотреть систему с а, = = 0,125 мрад. Оптимальное увеличение в этом случае равно 2, и хорошие результаты, по-видимому, можно получить в диапазоне увеличений 0,8 — 4,0.
ФИЗИОЛОГИЯ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ 125 0,5 б,й 0Л «Риг. 4.5. Эквивалентная полоса систеяяы прибор— глаз, отнесенная и полосе прибора, в зависимости от нроизвеления увеличения М на величину о, прибора. 0,1 0,5 10 15 Мб! Беннет и др. !29! установили в ходе исследования характеристик фотодешифратора, что увеличение элемента разрешения до размера, превьппающего 0,873 мрад для глаза, приводит к ухудшению этих характеристик. Не стремясь к большой строгости, можно сказать, что граничная частота системы, деленная на М, не должна быть менее 1,1 мрад-'.
Так, система с разрешением 4 прад ' должна иметь увеличение не более 3,6, что согласуется с проведенным рассмотрением. 4.5. Визуальная чувствительность к пространственной частоте случайного шума Случайные шумы влияют на работу тепловизионной системы двояким образом. Во-первых, случайный шум влияет на способность наблюдателя обнаруживать и опознавать объект на экране индикатора. Во-вторых, некоторые виды шумов настолько неприятны сами по себе, что вообще не позволяют наблюдателю рассматривать экран индикатора. Поэтому важно знать, как воспрпнимается шум. На различное восприятие глазом шумов, по-разному распределенных по пространственным частотам, первыми указали Мерц (30) и Болдуин ~31!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
