Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 23

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

Текст из файла (страница 23)

Таким образом, как фотонный шум, связанный с дискретной природой света, так и электронные шумы системы могут рассматриваться как процессы, подчиняющиеся нормальному (гауссову) закону. В случае чисто фотонных 1ПУМОВ От=УЕт =)' Ев+АЕ. (4.25) Ори предположил, что пороговая величина К описывается выражением вида К = Ев -с С, где С зависит от шума и может быть выражена формулой С = х+ уат + ват = л + унт + з (Ев + АЕ) (4 26) При такой записи верхний предел второго интеграла в уравнении (4.24) равен (4.

27) Первый член в правой части формулы (4.26) определяет абсолютный нижний предел обнаружения сигнала; второй — порог обнаружения компоненты сигнала, пропорциональной шумам, так что обнаружение зависит от определенного уровня отношения сигнала к шуму; третий — зависимость порога от контраста. Таким образом, модель Ори объясняет три известных из литературы случая зависимости обнаружения сигнала от уровня яркости: 1.

Абсолютный порог обнаружения. 2. Зависимость обнаружения от отношения сигнала к шуму при средних уровнях яркости. 3. Ограниченное значением контраста обнаружение при высоких уровнях яркости. Анализ исследований и данных Блэкуэлла проводился также Бейли 1611, Оврингтоном и Лейвином [621, Корнфельдом и Лоусоном [631. В этих работах приведены формулы, согласующиеся с данными Блзкуэлла и связывающие пороговую яркость объекта, его угловой размер, время наблюдения и яркость фона. Испытания Блэкуэлла 157! проводились в идеальных лабораторных условиях, и поэтому полученные результаты нельзя непосредственно применять к практическим задачам обнаружения объектов, ограниченных значением контраста.

Блэкуэлл привел рекомендации для практического использования в более поздней работе [441. Де Вос и др. [641 провели эксперименты, аналогичные опытам Блэкуэлла, но в условиях, более близких к реальным. Они указали верхний и нижний пределы порогов (вместо одного ГЛАВА « «52 (50%) у Блэкуэлла), требуемые для решения различных практических задач. Основы флуктуационной теории были в первом приближении иэлоя<ены Роузом 1561. По его наблюдениям квантовые флуктуации шумов становятся практически незаметными при яркости порядка 3 10 ' кд!м». При этой и более высокой яркости белая поверхность кажется ровной и свободной от шумов.

Роуа указал, что статистические флуктуации играют важную роль в диапазоне яркостей от 3 10 'до 3 10 ' кд/м«, а при яркости более 3 10' кд)»«» в области, ограниченной значением контраста, роль флуктуаций сравнительно невелика. 4.11. Субъективное восприятие резкости изображения и соответствующие ей объективные характеристики Давно установленной мерой резкости изображения являлся критерий разрешения Релея 1651, определяемый как угловое расстояние между двумя точечными источниками, начиная с которого они разрешаются как две точки при определенном наборе условий. Угловое расстояние между точками на 50%-ном уровне импульсной реакции является другой, тоже давно применяемой мерой резкости, зависящей от формы функции рассеяния.

Песколько более сложным определением разрешения, связанным с ОПФ, является «разрешающая сила», или «предельное разрешение». Предельным разрешением называется максимальная пространственная частота синусоидальной или прямоугольной волны, которую можно визуально разрешить, используя систему при определенном наборе условий. Широко используемая для фотографических систем объективная характеристика резкости — «острость» при определенных обстоятельствах хорошо согласуется с оценками резкости изображения, которые дают наблюдатели.

Острость определяется !431 по реакции (в единицах фотографической плотности В) на ступенчатую функцию. Коли реакция фотографической системы на перепад яркости на краю равна П (х), то острость А определяется, как показано па фиг. 4.26, выражением А =- 6,/Д', (4.28) где (4.29) ~=1 Острость является, таким обрааом, мерой крутизны воспроизведенного края.

Ретлинг и др. 1661 показали, что острость пропорциональна величине )«'„так что эти два различных способа описания разрешения эквивалентны друг другу. Хиггинс [671 пока- ФИЗИОЛОГИЯ ЗРИТВЛЪНОГО ВОСПРИЯТИЯ й р' и Ь в $ ег Шит. 4.26. Реакпия на перепад яркости на краю. зал различие между остростью и разрешающей силой при воспроизведении изображения штриховых мир и квадратов с высокой разрешающей силой и низкой остростью в одном случае и низкой разрешающей силой и высокой остростью — в другом.

В гл. 3 было введено понятие оптической передаточной функции (ОПФ). Связь качества изображения с модуляционной передаточной функцией (МПФ) исследовалась довольно широко, но влиянию фазовой передаточной функции уделялось относительно мало внимания. Поскольку ОПФ является преобразованием Фурье импульсной реакции системы, ясно, что в самом общем случае, чем уже функция рассеяния линии (ФРЛ), тем лучше МПФ. Таким образом, разрешение в самом общем смысле характеризует МПФ. Предельное разрешение в идеальных условиях соответствует частоте, на которой МПФ падает до малой величины (обычно 2 — 5%).

МПФ действительно в определенных пределах может дать представление о характеристиках изображения, однако надежные данные, которые непосредственно связывали бы форму кривой МПФ с качеством изображения, отсутствуют. Тем не менее можно провести общую линию при классификации МПФ различных типов, показанных на фиг. 4.27. Шаде (68) считает, что МПФ примерно гауссовой формы (кривая А) является предпочтительной для изображения телевизионного типа, поскольку она соответствует МПФ глаза и обеспечивает естественность изображения. Шаде далее рассматривает основные отклонения ЫПФ от гауссовой формы, приводящие к искажениям изображения.

МПФ, представленная кривой Б, вызывает неприятное двоение («звона) на резких краях изображения. МПФ, представленная кривой В, подавляет крупномасштабные детали фона и подчеркивает детали средней пространственной частоты, делает более резкой реакцию на перепад ярко- глАВА « 154 Фнг. 4.27. Возможные типы МВФ. сти па краю и в некоторых случаях может вызывать отрицательные выбросы за малым объектом высокой интенсивности. МПФ необычной формы, подобной кривой Г, следует избегать, поскольку в этом случае невозможно заранее оценить влияние МПФ на особенности субъективного восприятия изображения. Хоппер [69! наблюдал, что в случаях, когда МПФ системы опускается ниже кривой, приведенной на фиг. 4.28, изображение становится неприемлемо плохим, т. е.

становится вялым, как будто не хватает усиления или градаций яркости. Отсюда следует, что параметр Лг, можно применять главным образом для сравнения систем с одинаковыми по форме МПФ. Наиболее универсальной объективной характеристикой резкости является введенная в равд. 3.11 эквивалентная полоса частот ЛГ„ называемая также эквивалентным числом линий и имеющая другие наименования. Шаде !70! первый ввел величину Л', и объяснил ее значение. По его словам, «интеграл от квадрата реакции системы на синусоидальную волну... является мерой, правильно определяющей ширину перехода на краю и хорошо согласующейся с общим субъективным впечатлением о резкости изображения».

Позднее Шаде )6! указывал: «Различаемая на пределе разница... в резкости... соответствует изменению эквивалентной ширины полосы на 3,5%». Этот вывод опирается на данные Болдуина !71! и Шаде. Математически Лг, = ') г, !7)»17', (4.30) о где г, — МПФ всей системы. Заметим, что влияние фазового сдвига величина Лг, не учитывает.

Важность параметра Л', была подтверждена опытами Скотта !72!. Скотт использовал четыре аэрофотоснимка участка земной поверхяости размером 150 х 150 м с числом градаций от 1 до 3000 и ухудшал их качество с помощью фотографического зерна и (нли) импульсных реакций. имеющих форму гауссоиды. Операторы рассматривали изображения невооруженным глазом или при ФИЗИОЛОГИЯ ЗРИТЕЛЬНОГО ВОСПРИЯТИЯ 155 0,75 0,5 0,25 0,5 Фнг. 4.28. Предельные М Пню [75). желании с увеличением и сортировали их по качеству, учитывая размытие и шумы по отдельности и вместе.

Скотт характеризовал МПФ характеристической частотой 7'„на которой значение МПФ равно 0,61. Это соответствует среднеквадратичному отклонению функции рассеяния а = 0,155!)ю и Л)» = 0,217ю. Диапазон значений характеристических частот, по данным Скотта, составлял от 107,7 до 11,31 периода на ширину кадра. Скотт сделал вывод, что для мелкозернистых фотографий, когда зерно не играет роли, порог различения 7ю составляет 5ю/ю для одной картины и 10юю для нескольких. Эксперимент подтвердил хорошее соответствие между данными, полученными при расшифровке аэрофотоснимков и субъективной их оценкой операторами.

Характеристики

Список файлов книги