Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Все знакомы с явлениями размытия изображения быстро движущегося объекта и инерцией восприятия вспышки света. Многочисленные опыты по определению порога видимости импульсных оптических сигналов показывают, что глаз сохраняет или накапливает сигнал в течение конечного промежутка времени и суммирует сигналы, разделенные малыми интервалами времени. Эксперименты по наблюдению движущихся изображений в оптико- электронных системах яри наличии шумов подтвердили способность глаза интегрировать сигналы по времени и показали, что глаз воспринимает не мгновенное значение случайного шума, а его среднеквадратичную величину, усредненную за конечный период. Такое поведение глаза определяет условия получения удовлетворительных характеристик систем изображения с кадровой разверткой, и в настоящем разделе мы рассмотрим имеющиеся акспериментальные данные по этому вопросу.

Болыпинство из этих экспериментов показывает, что есть основания связать способность глаза интегрировать сигналы по времени с эффективной постоянной времени глаза Т,. Давно известным соотношением, описывающим интегрирование глазом сигналов по времени, является закон Блонделя — Рея. Гласфорд [7) приводит этот закон в виде следующего выражения: Л Ь (1+0,2~) [4.11) где Ь вЂ” пороговая яркость источника света, действующего в течение 1э с, а Л вЂ” пороговая яркость источника, действующего бесконечно долго.

Величину 0,21 можно рассматривать как постоянную времени Т,. В 1943 г. Деврие [41! на основании обзора имевшихся даяпых сделал заключение, что Т, = 0,2 с. Роуз [42] сравнивал визуальное восприятие шумов на экране кинескопа с фотографиями этих шумов, полученными с различными выдержками. По его мнению, наилучшее соответствие наблюдается при выдержке 0,25 с. Кольтман и Андерсон [32) рекомендуют Т, =- 0,2 с, и данные Розелла и Вильсона [39) хорошо согласуются с этой величиной. По опубликованным данным других исследователей Шаде [6] заключил, что Т, = 0,2 с при низких уровнях яркости и уменьшается при высокой яркости до 0,1 с для палочкового и до 0,05 с для колбочкового зрения.

В книге!43) рекомендуется для практи- ФИЗИОЛОГИЯ ЗРИТГЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ ки наблюдения на экране индикатора значение 0,1 с. Ьлэкуэлл [44) исследовал визуальные пороги для двух импульсов продолжительностью 0,0025 с, разделенных интервалом от 0,004 до 0,475 с (шумы отсутствовали). Он наблюдал полную суммацию для интервалов менее 0,02 с; для больших интервалов (до 0,5 с) степень суммации непрерывно уменьшалась.

Анализируя данные Грехама и Маргариа [46[, измерявших пороги в широком диапазоне значений выдержек, Будрыкис [45) нашел, что эти данные хорошо согласуются с предположением об акспоненциальном характере аатухания импульсной реакции е-Ям при ~а =- 0,135 с. Титарелли и Мариот [47] наблюдали двойные вспышки от источника света в форме диска диаметром 1' (продолжительность каждой вспышки 1,4 мс, интервал между вспышками изменялся от 20 до 140 мс). Они измеряли порог временнбго разрешения вспышек для колбочкового зрения и пришли к выводу, что 50'о-нее ослабление реакции на оптический раздра китель происходит за 20 мс. Для пары вспышек, разделенных интервалом более 80 мс, уже не наблюдается улучшения порога, т. е. не происходит эффективного временного интегрирования для сигналов, разделенных интервалом, превышающим 80 мс.

Отсюда можно было бы сделать вывод, что Системы с кадровой частотой менее 12,5 Гц (т. е. 1/80 мс) не дают выигрьппа, связанного с интегрированием картины по времени. Эти результаты не согласуются с другими исследованиями, в которых получены значения эффективной. постоянной времени от 0,1 до 0,2 с. Из приведенного обзора имеющихся данных можно сделать вывод, что в системах с быстрой кадровой разверткой, при условии что шум не коррелирован в пространстве от кадра к кадру, а сигнал остается постоянным, воспринимаемая картина, являющаяся реаультатом суммирования глааом нескольких кадров, имеет меньший уровень шумов, чем изображение одного кадра.

По мнению автора, результаты измерений реакции наблюдателя на тепловые изображения хорошо согласуются со аначением Т, = 0,2 с. Именяо эта величина будет в дальнейшем использоваться в книге. Соображения по времепнбй суммации играют важную роль при выборе скорости предъявления информации или кадровой частоты системы. Поскольку глаз, по-видимому, усредняет сигнал и среднеквадратичное значение некоррелированного шума за время Т„то при постоянной мощности шума от кадра к кадру и стационарном изображении отношение сигнала к шуму увеличивается пропорционально корню квадратному из числа независимых кадров, укладывающихся в интервале Т,.

Это позволяет нам взаимно согласовывать такие параметры, как наблюдаемые мелькания, отношение сигнала к шуму за один кадр и частоту кадров, чтобы получить 'требуемое значение воспринимаемого отношения сигнала к шуму при незначительном мелькании. ээ 132 ГЛАВА Ь Например, если нам удастся сохранить постоянной величину среднеквадратичного шума за кадр в точке экрана индикатора при увеличении кадровой частоты г", то воспринимаемое отношение сигнала к шуму будет расти пропорционально 1' г"Т, ".

С другой стороны, если величина среднеквадратичного шума за кадр по той или другой причине пропорциональна у' г", как в системах, где мощность шума, отнесенная к корню квадратному из полосы пространственных частот, пропорциональна частоте кадров, увеличение Р не будет оказывать влияния на воспринимаемое отношение сигнала к шуму, и г' в этом случае следует увеличивать только до такого значения, чтобы она превысила критическую частоту мельканий.

4.7. Влияние кадровой развертки на восприятие изображения Дефекты изображения, связанные с разложением на кадры при сканировании, принадлежат к числу самых неприятных. В идеальном случае покадровая развертка, используя свойства глаза суммироватьизображения во времени и пространстве, обеспечивает субъективное впечатление непрерывного во времени и пространстве изображения.

Наихудший дефект изображения обнаруживается в том случае, когда глаз ощущает, что изображение не непрерывно во времени. Такое восприятие действия кадровой раавертки называется эффектом мельканий или просто мельканием. 4.7.1. Мелькания Мелькания представляют собой сложное явление, свойства которого по-разному воспринимаются наблюдателями и в сильной степени зависят от характеристик индикаторного устройства. Понимание этого явления весьма важно с точки зрения физиологии зрительного восприятия, так как оно покавательно для сущности механизма обработки информации в мозгу.

Поэтому мелькания широко исследовались применительно к задачам физиологической оптики. Восприятие мельканий, по-видимому, представляет вероятностную функцию с очень резким переходом от видимости к невидимости. С ростом кадровой частоты изображения мелькания становятся неразличимыми при превышении определенной частоты, называемой критической частотой мельканий Рве. ') На самом деле при неограниченном росте кадровой частоты и соответственно числа независимых интегрируемых кадров и при постоянных шумах аа один кадр мы придем к случаю, когда видимость будет ограничиваться имеющимся контрастом, а шумы системы станут несущественными. ФИЗИОЛОГИЯ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ 96 г,в в,з во 76 66 в 46 Й зо й го 16,7 зз,з 66,7 вз,з 74'6 е 97З 3 7О о 76 го зо 46 зо озо гоо Омещенэпсэе, ж Фиг.

4. 72. Частота мельканий в зависимости от освещеииоств экрана и скваж- ности [48). В изображающей системе мелькания должны быть устранены, поскольку в лучшем случае они будут раздражать и рассеивать внимание, а в худшем — вызывать головную боль, утомление глаз и тошноту. Особенно важно устранить мелькания в диапазоне альфа-ритма [ 3 — 10 Гц), поскольку они могут вызвать конвульсии или воабудить симпатические ритмы в мозгу с неочевидными последствиями. Ясно, что мелькания являются серьезным дефектом, и их нельзя допускать в системе.

Мелькания на экране индикатора изображающего устройства были впервые исследованы Эпгстремом [48), пионером телевидения. Энгстрем варьировал скважность импульсов, кадровую частоту и освещенность экрана индикатора прямоугольными импульсами. Оптический индикатор с белым экраном имел размеры 300 74 400 мм и рассматривался с расстояния 1,5 м при окружающей освещенности 10 лк. Трубка индикатора была заперта. Энгстрем [48! установил, что г"„р зависит от углового размера изображения на экране индикатора, яркости поля адаптации и закона изменения яркости. Данные, приведенные на фиг.

4.12, показывают, что в определенных пределах Р„р пропорциональна логарифму пика освещенности. Энгстрем повторил эксперименты на кинескопе с экраном, имеющим длительное послесвечение, чтобы показать эффект накопления, а Шаде [6) экстраполировал данные Энгстрема на случаи других констант экспоненциального затухания люминесцентных экранов. Видимая яркость мигающего поля при частоте мельканий, превышающей г"кр, описывается законом Тальбота, рассмотренным глАВА 4 в книге [43), а также Дэвсоном [4[. Если яркость меняется со временем как Л (О и время кадра равно Тп то эквивалентная воспринимаемая яркость стационарной картины Г по закону Тальбота будет равна (4.12) Это значит, что, если частота превышает Рею видимая яркость равна усредненной по времени яркости.

По Люксенбергу и Кюну, отклонения от этого закона при экспериментальных проверках никогда не превышали 0,Зебр. Важный эффект, часто ошибочно не учитываемый при проектировании систем,— зависимость р„р от расположения мелькающего источника в поле зРениЯ. Было замечено, что Рьр Растет с Увеличением угла, отсчитываемого от оси зрения. Таким образом, периферическое зрение более чувствительно к мельканиязц чем центральное зрение.

Характеристики

Список файлов книги