ПЗ (1220023), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Роговица – это передняя внешняя прозрачная поверхность глазного яблока, через которую проникает свет и является самым главным из элементов, формирующих изображение, так как его изогнутая поверхность, находясь в непосредственном контакте с воздухом, обеспечивает наибольшее изменение коэффициента преломления в оптической системе глаза.

Хрусталик выполняет функцию т.н. аккомодации зрения и представляет собой слоистую гибкую структуру с неравномерным коэффициентом преломления. Хрусталик — это естественный индекс градиентный элемент с максимальным коэффициентом преломления в его центре и минимальным на периферии. Такая особенность хрусталика снижает вероятность аберраций, присущих всем простым оптическим системам. Кривизна хрусталика регулируется т.н. цилиарными мышцами. Когда мы вглядываемся в ближний объект, хрусталик становится «толстым», увеличивая тем самым свою оптическую силу и позволяя нам сфокусировать зрение на ближних объектах. Когда мы вглядываемся в дальний объект, хрусталик «уплощается», теряя свою оптическую силу и приводя удаленные объекты к резкости.

Поскольку человек стареет, внутренняя структура хрусталика меняется, он становится менее эластичным, а, как правило, к пятидесяти годам теряет эластичность полностью, и наблюдатель уже не может сфокусировать зрение на ближних объектах (пресбиопия или «старый глаз»). В этот период большинство людей при чтении начинает пользоваться очками. Наряду с отвердением хрусталика повышается его оптическая плотность. Хрусталик поглощает и рассеивает коротковолновую световую энергию (синий и фиолетовый цвета), и по мере его отвердения степень поглощения и рассеивания растет. Иными словами, с годами хрусталик все больше желтеет, и хотя благодаря различным механизмам хроматической адаптации мы не осознаем возрастных изменений, все же с возрастом мы начинаем смотреть на мир через желтый фильтр, который не только меняется с годами, но и сильно отличается от наблюдателя к наблюдателю.

Описанные эффекты активно проявляют себя в ситуациях, когда возникает необходимость выполнить экспертное цветовое сравнение или сравнение цвета вместе с другими наблюдателями, и особенно — при рассматривании фиолетовых объектов, потому что старый хрусталик поглощает большую часть «синей» энергии, отраженной от фиолетового объекта, но нейтрален в отношении отраженной «красной» энергии. В результате пожилым наблюдателям (в отличие от молодых) объект представляется более красным.

Характер цветового ощущения связан, главным образом, со спектральным составом действующего на глаз света и со свойствами зрительного аппарата человека. Однако задача оценки цвета не решается простым измерением распределения энергии излучения по спектру. По спектру, занимаемому излучением, цвет можно указать вполне однозначно: если тело излучает или отражает в пределах 565–­580 нм, то цвет его всегда желтый. Однако обратное заключение верно не всегда: по известному цвету излучения невозможно уверенно указать его спектральный состав или длину волны. Например, если излучение желтое, то это не значит, что оно занимает названный интервал или его часть. Желтой выглядит и смесь монохроматических излучений, находящихся вне этого интервала: зеленого (λ₁ = 546 нм) с красным (λ₂ = 700 нм) при определенных соотношениях их мощностей. В общем случае видимое тождество световых пучков не гарантирует их тождества по спектральному составу. Неразличимые же по цвету пучки могут иметь как одинаковый состав, так и разный. В первом случае их цвета называются изомерными, во втором ­ метамерными.

2.2 Радиометрические и фотометрические единицы измерения света

Для того, чтобы перейти от качественного описания к количественному (необходимому для оцифровки), необходимо ввести соответствующие единицы и связи величин. Проблемой интерпретации качественного описания в количественных характеристиках занимают­ся радиометрия и фотометрия - науки об измерении радиомагнитного излучения. Построить реалистичное и физически-аккуратное изображение трехмерной сцены невозможно без пони­мания соответствующих величин измерения.

Полная излучаемая энергия лампы задается в Ваттах. Сенсор матрицы цифровой камеры реагирует на степень освещенности, измеряемой в Вт/м². Для расчета яркости бесконечно удаленной точки применяется единица измерения Вт/Ст (Ватт на стерадиан). Яркость точки на источнике конечного размера измеряется в Вт / (ст ∙ м²).

Особенность вычислений в том, что нигде не используются особенности восприя­тия цвета человеком, т.е. они могут быть применены для любых источников излучения на любых частотах. Следствием из этого является то, что радиометрические величины могут не отра­жать реальной воспринимаемой мощности источников. Например, основная часть излучения ультрафиолетовой лампы находится за пределами воспринимаемого диапазона, поэтому фак­тическая информация о ее мощности ничего не говорит о видимой яркости такой лампы.

Человеческий глаз чувствителен в ограниченном диапазоне спектра – от 380 до 780 нм. Бо­лее того, внутри этого диапазона чувствительность неравномерна. Например, воспринимаемая яркость монохроматического излучения на длине волны 550нм намного больше, чем у излу­чения такой же мощности на длине волны 650нм. В связи с этим, под эгидой Международной комиссии по освещению (МКО) были проведены эксперименты, результатом которых стала кривая спектральной световой эффективности V(λ) (иногда ее называют “Ви-лямбда”). Эта кривая (рисунок 5) задает усредненную чувствительность человеческого зрения по отношению к длине волны излучения.

Имея произвольное спектральное распределение, можно высчитать его воспринимаемую мощ­ность, домножив мощность на каждой длине волны на V(λ)[32]:

(8)

где Q_v- одна из радиометрических величин. Получившиеся величины называются фотомет­рическими и имеют специальные названия.

О

Рисунок 6 – Фотометрические единицы измерения

сновные фотометрические величины и их соответствие радиометрическим приведены на рисунке 6.

Ватты после взвешивания кривой спектральной чувствительности глаза превращаются в лю­мены. Полная видимая мощность лампы (световой поток - luminous flux) измеряется в лю­менах. Количество люмен вы можете увидеть на упаковке обычных бытовых ламп. Яркость бесконечно удаленного источника (Сила света - luminous intensity) измеряется в канделах.

Кандел - наиболее часто используемая единица в светотехнике, остальные единицы можно выводить из нее. Одна кандела соответствует силе света некоторой стандартной свечи. Освещенность поверхности (Световая освещенность - illuminance) измеряется в люксах – люмен на метр квадратный. Люксы фигурируют, например, в стандартах на освещенность офисных помещений и т.п. Яркость точки (световая яркость - luminance) задается в канделах на метр квадратный, другое наименование этой единицы – нит.

2.3 Анализ существующих теорий цветового зрения

Воспроизведения цветных объектов требует получения цвета, зрительно неотличимого от воспроизводимого. При этом не имеет важно, метамерны или изомерны оригинальный цвет и цвет-копия. Отсюда возникает потребность воспроизводить и измерять цвет, независимо от спектрального состава излучения, вызывающего данное цветовое ощущение. Для специалиста, использующего или воспроизводящего цвет, безразличен спектральный состав света, отражаемого образцом. Для него существенно, чтобы копия была действительно, например, желтой, как образец, а не желто-зеленой или желто-оранжевой.

Теория цветового зрения объясняет, почему участок спектра, находящийся в пределах 400–­700 нм, оказывает световое действие и по какой причине человек видит излучения в диапазоне 400­–450 нм фиолетовыми, 450­–480 ­ синими и т. д. Сущность теории состоит в том, что светочувствительные нервные окончания, находящиеся в одной из оболочек глаза и называемые фоторецеторами, реагируют только на излучения видимой части спектра. Глаз содержит три группы рецепторов, из которых одна наиболее чувствительна к интервалу 400–­500 нм, другая ­– 500–­600 нм, третья –­ 600­–700 нм. Рецепторы реагируют на излучения в соответствии с их спектральной чувствительностью, и ощущения всех цветов возникают в результате комбинации трех реакций [33].

Теория цветового зрения человеком это такая концепции, объясняющие способность человека различать цвета, основанные на наблюдаемых фактах, предположениях, их экспериментальной проверке.

В идеале теория обладает предсказательной силой, позволяя обнаружить новые особенности явлений, более подробно и обосновано, с меньшим числом предположений, объясняет известные факты и эффекты. Теория цветного зрения может считаться приемлемой при выполнении следующих условий:

• теория должна строиться только на объективных, достоверно установленных экспериментальных данных;

• модель должна быть объективной и описываться математическими зависимостями в реальном трёхмерном пространстве;

• теория должна основываться на конкретных физических законах, без каких-либо приближений и исключений;

• модель зрительного процесса (точнее, комплекс моделей: физическая, математическая, биологическая модель, биохимическая модель и др.) должна объяснять все известные явления и свойства, зрительные иллюзии, и парадоксы цветового зрения.

Существуют различные теории, описывающие цветовое зрение человека, наиболее распространенные это трихроматическая и оппонентная.

2.3.1 Трихроматическая теория

На основе представлений об устройстве человеческого глаза разными учеными выдвинута так называемая трихроматическая (trichromacy) теория. М. В. Ломоносов (1756), Томас Юнг (1807), Гельмгольц (1852)[29]. Эта теория говорит о том, что S, M и L колбочки действуют как фильтры, посылая в мозг только одно “число” как результат облучения некоторым световым потоком. Т.е., если представить чувствительность каждого из типов колбочек виде функций S(λ), M(λ), L(λ) , то в результате облучения некоторым светом с распределением C(λ), итоговую реакцию колбочек можно представить в виде трех чисел:

(9)

Воспринимаемый результат воздействия света видимой части спектра и называется цветом.

Любое излучение можно представить как сумму монохроматических излучений разной интенсивности (амплитуды волны):

(10)

И согласно законам Грассмана [31] возможно получить бесконечный набор соответствующих цветов, зная коэффициенты только конечного набора. Т.к. любое спектральное распределение может быть получено, как взвешенная сумма монохроматических источников, и если задать соответствия этих цветов для некоторых базовых источников света, то цвет любого спектрального света будет взвешенной суммой коэффициентов монохроматических цветов.

С целью унификации была разработана международная стандартная цветовая модель. В результате серии экспериментов международная комиссия по освещению (CIE) определила кривые сложения основных (красного, зелёного и синего) цветов. В этой системе каждому видимому цвету соответствует определённое соотношение основных цветов. При этом, для того, чтобы разработанная модель могла отражать все видимые человеком цвета пришлось ввести отрицательное количество базовых цветов. Чтобы уйти от отрицательных значений CIE, ввела т.н. нереальные или мнимые основные цвета: X (мнимый красный), Y (мнимый зелёный), Z (мнимый синий). При описании цвета значения X,Y,Z называют стандартными основными возбуждениями, а полученные на их основе координаты – стандартными цветовыми координатами. Стандартные кривые сложения X(λ),Y(λ),Z(λ) (рисунок 7) описывают чувствительность среднестатистического наблюдателя к стандартным возбуждениям.

Если спектр света задать функцией С(λ), известны кривые стандартного наблюдателя (для заданных базовых источников R, G, B) , , , тогда для монохроматического излучения на волне λ_i получить воспринимаемое соответствие можно будет с помощью коэффициентов

Рисунок 7 – Стандартные кривые сложения

(11)

Суммируя по всему спектру, получаем:

(12)

Таким образом, зная функцию распределения света возможно рассчи­тать координаты получаемого цвета.

Помимо стандартных цветовых координат часто используют понятие относительных цветовых координат, которые можно вычислить по следующим формулам:

. (13)

Характеристики

Список файлов ВКР