Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений (3-е изд., 2012) (1246138), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Диаметр зрачка можетизменяться в пределах от 2 до 8 мм. От цвета пигмента на передней поверхностирадужки зависит цвет глаза человека, а пигмент на задней поверхности радужки имеет черный цвет, что также снижает внутреннее рассеяние света.Хрусталик (хрусталиковая линза), состоящий из наружной капсулы и внутрихрусталикового вещества, закреплен внутри глаза с помощью переднейи задней порций волокон ресничного пояска хрусталика, которые проходятмежду отростками цилиарного тела и вплетаются в зубчатую линию хороидеи.Капсула и внутрихрусталиковое вещество состоят из коллагеновых волокони содержат от 60 % до 70 % воды, около 6 % жиров и больше белков, чем любыедругие ткани глаза.
Внутрихрусталиковое вещество имеет слабо-желтую пигментацию, которая с возрастом усиливается. Ускоренное помутнение веществахрусталика, связанное с нарушением его питания, приводит к заболеванию, называемому катарактой, при котором ухудшается цветовое восприятие и остро-2.1. Элементы зрительного восприятия67РоговицаРесничная мышцаПередняя камераилиарноетелоРадужная оболочкаЦХрусталикРесничный поясокхрусталикаОсь зренияСтекловидное телоСетчаткаСлепое пятноСклераЦентральнаяямкаХороидеяЗрити ег ельныо об й неоло рвчкаРис. 2.1. Упрощенная схема глаза человека в разрезета зрения.
Хрусталик поглощает около 8 % света в видимом диапазоне спектраи практически не пропускает более коротковолновое излучение. Свет инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов существенно поглощается белкомхрусталика и при высокой интенсивности может привести к необратимому нарушению зрения.Самая внутренняя оболочка глаза — сетчатка — выстилает изнутри задний отдел глаза. При правильной оптической фокусировке глаза свет от наружного объекта проецируется в виде изображения на сетчатку. Зрительноевосприятие образов становится возможным благодаря распределению дискретных светочувствительных клеток (рецепторов) по внутренней поверхности сетчатки.
Существуют рецепторы двух видов — колбочки и палочки. В глазунасчитывается от 6 до 7 миллионов колбочек, которые обладают высокой чувствительностью к спектральным составляющим света и располагаются преимущественно в центральной области сетчатки, называемой желтым пятном.В центре желтого пятна имеется так называемая центральная ямка — областьнаибольшей остроты зрения. Человек различает мелкие детали изображенияв основном благодаря колбочкам, поскольку каждая из них соединена с отдельным нервным окончанием.
Наружные мышцы глаза обеспечивают вращение глазного яблока так, чтобы изображение интересующего объекта попадало в область желтого пятна. Колбочки обеспечивают фотопическое зрение,или зрение в ярком свете.68Глава 2. Основы цифрового представления изображенийКоличество палочек в глазу намного больше: по поверхности сетчатки ихраспределено от 75 до 150 миллионов. Бóльшая, чем у колбочек, область распределения и тот факт, что к одному нервному окончанию присоединено сразу несколько палочек (в среднем около 10), уменьшают возможности различения деталей с помощью этих рецепторов. Палочки позволяют сформироватьобщую картину всего поля зрения.
Они наиболее чувствительны при низкихуровнях освещенности и не участвуют в обеспечении функций цветного зрения. Например, предметы, имеющие яркую окраску при дневном свете, присумеречном освещении выглядят как лишенные цветов образы, поскольку возбуждаются только палочки. Это явление известно как скотопическое (или сумеречное) зрение.Рис. 2.2 иллюстрирует зависимость плотности распределения палочеки колбочек по сетчатке в зависимости от величины угла между зрительнойосью и линией, проведенной из центра хрусталика до сетчатки. Изображеногоризонтальное сечение правого глаза в месте выхода зрительного нерва. Отсутствие рецепторов в этой области приводит к появлению так называемогослепого пятна (см.
рис. 2.1). В остальной области сетчатки распределение рецепторов центрально симметрично относительно центра желтого пятна.Из рис. 2.2 видно, что максимальная плотность колбочек наблюдается в центресетчатки (в центральной ямке), а плотность палочек возрастает от этой точкиприблизительно до угла в 20°, после чего плавно снижается вплоть до периферии сетчатки.Центральная ямка представляет собой углубление круглой формы в сетчатке с диаметром около 1,5 мм. В контексте дальнейшего обсуждения более естественно говорить о прямоугольных массивах чувствительных элементов. В несколько вольной интерпретации можно рассматривать центральную ямку какквадратный массив чувствительных элементов на площади 1,5 × 1,5 мм. Плотность колбочек в этой области сетчатки приблизительно равна 150 тыс.
на 1 мм 2,следовательно, общее количество колбочек в области наибольшей остроты зре180000Число рецепторов на мм2Слепое пятноКолбочкиПалочки135000900004500080°60°40°20°0°20°40°Угол от оси зрения (от центра желтого пятна)Рис. 2.2. Распределение палочек и колбочек по сетчатке60°80°2.1. Элементы зрительного восприятия69ния составляет около 337 тыс. элементов. Если рассуждать только в терминахразрешающей способности, то широко применяемые в современной техникесветочувствительные матрицы среднего разрешения на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) содержат такое же количество чувствительных элементовпри площади кристалла не более 5 × 5 мм. Однако такое чисто количественноесравнение было бы несколько поверхностным, поскольку не учитывает способность человека объединять зрение с интеллектом и опытом.
В дальнейшем будем просто иметь в виду, что глаз человека по своей разрешающей способностивполне сопоставим с современными электронными устройствами полученияизображений.2.1.2. Формирование изображения в глазуВ обычном фотоаппарате объектив имеет постоянное фокусное расстояние,и фокусировка на различную дальность достигается изменением расстоянияот объектива до плоскости изображения, в которой расположена фотопленка (или светочувствительная матрица в случае цифровой камеры). Напротив,в человеческом глазу расстояние между линзой (хрусталиком) и местом формирования изображения (сетчаткой) постоянное, а необходимое для получения четкой картины фокусное расстояние достигается за счет вариации формыхрусталика.
Это осуществляется с помощью волокон ресничного пояска, придающих хрусталику уплощенную или округленную форму для фокусировкизрения, соответственно, на удаленном или близкорасположенном предмете.Расстояние от центра хрусталика до сетчатки вдоль оси зрения составляет приблизительно 17 мм, а диапазон изменения фокусного расстояния — от 14 ммдо 17 мм (последнее значение соответствует расслабленному состоянию ресничной мышцы, когда глаз сфокусирован для рассматривания предметовна удалении более 3 м.Рис.
2.3 иллюстрирует, как вычислить размеры изображения некоторогообъекта на сетчатке. Пусть, например, наблюдатель смотрит на дерево высотой15 м с расстояния 100 м. Обозначая h высоту изображения дерева на сетчатке(в мм), получаем пропорцию 15/100 = h/17, откуда h = 2,55 мм. Как указывалось в разделе 2.1.1, проецирующееся на сетчатку изображение воспринимается главным образом областью желтого пятна. Расположенные в ней рецепторывозбуждаются в соответствии с интенсивностью падающего света, что приводит к преобразованию энергии светового излучения в электрические нервныеимпульсы, которые в конечном счете декодируются в мозге человека.C15 м100 м17 ммРис. 2.3.
Схематическое изображение глаза, наблюдающего дерево (точка С —оптический центр хрусталика)70Глава 2. Основы цифрового представления изображений2.1.3. Яркостная адаптация и контрастная чувствительностьПоскольку цифровые изображения воспроизводятся как дискретное множество элементов с различной яркостью, при представлении результатов обработки изображений необходимо учитывать способность глаза различатьотличающиеся уровни яркости. Зрительная система человека способна адаптироваться к огромному, порядка 1010, диапазону яркостей — от порога чувствительности скотопического зрения до предела ослепляющего блеска. Эксперименты со всей очевидностью показывают, что субъективная яркость (т. е.яркость как она воспринимается зрительной системой человека) является логарифмической функцией от физической яркости света, попадающего в глаз.На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
