Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений (3-е изд., 2012) (1246138), страница 17
Текст из файла (страница 17)
2.4 изображен график этой зависимости субъективной яркости от истинной яркости. Длинная сплошная кривая представляет диапазон яркостей,в котором способна адаптироваться зрительная система. При использованииодного фотопического зрения этот диапазон составляет около 10 6. Постепенный переход от скотопического зрения к фотопическому происходит в диапазоне приблизительно от 0,003 до 0,3 кд/м 2 (соответствует диапазону от –3до –0 на графике), что показано в виде двух ветвей кривой адаптации в этомдиапазоне яркостей.Для правильной интерпретации столь впечатляющего динамического диапазона, изображенного на рис. 2.4, важно понимать, что зрительная системане способна работать во всем этом диапазоне одновременно.
Вместо этого онаохватывает такой большой диапазон за счет изменения общей чувствительности. Это явление известно как яркостная адаптация. Общий диапазон одновременно различаемых уровней яркости относительно мал по сравнению со всемдиапазоном адаптации. Для любого данного набора внешних условий текущийуровень чувствительности зрительной системы, называемый уровнем яркостной адаптации, соответствует некоторой яркости, например точке Ba на рис. 2.4.СкотопическийпорогДиапазон адаптацииСубъективная яркостьПорогослепляющегоблескаBaBbСкотопическоезрениеФотопическоезрение–6 –4 –2024Логарифм истинной яркостиРис.
2.4. Диапазон субъективно воспринимаемой яркости и конкретный уровень адаптации2.1. Элементы зрительного восприятия71Короткая кривая, пересекающая основной график, представляет диапазонсубъективной яркости, которую способен воспринимать глаз при адаптациик указанному уровню. Этот диапазон достаточно ограничен: все уровни яркости ниже Bb субъективно воспринимаются зрением как черное и, значит, неразличимы.
Верхняя часть этой кривой реально не ограничена, но теряет смыслпри большой длине, поскольку при повышении яркости просто повышаетсяуровень адаптации Ba.Способность зрения различать изменения яркости при данном уровне адаптации также представляет значительный интерес. Классический эксперимент дляопределения способности зрительной системы человека различать разные уровни яркости состоит в том, что испытуемый смотрит на плоский равномерно освещенный экран достаточно больших размеров, такой, что он занимает все полезрения. Как правило, это рассеиватель из матового стекла, освещаемый со стороны, противоположной наблюдателю, световым источником, яркость I которогоможно регулировать.
На это равномерное поле накладывается добавочная яркость ΔI в форме кратковременной вспышки в области круглой формы, расположенной в центре равномерно освещенного экрана, как изображено на рис. 2.5.Если приращение ΔI недостаточно велико (неразличимо), испытуемый говорит «нет», указывая тем самым на отсутствие видимых изменений. По мереувеличения ΔI в какой-то момент он начнет говорить «да», подтверждая тем самым восприятие изменений яркости. Наконец, при достаточно большом значении ΔI испытуемый станет говорить «да» на каждую вспышку. Величина ΔIс / I,где ΔIс — величина приращения яркости, различимая в 50 % случаев на фонеяркости I, называется отношением Вебера. Малое значение ΔIс / I означает, чторазличаются очень малые относительные изменения яркости, т.
е. имеет место«высокая» контрастная чувствительность. Наоборот, большое значение ΔIс / Iозначает, что требуется большое относительное изменение яркости, чтобы егозаметить; это говорит о «низкой» контрастной чувствительности.График зависимости величины log(ΔIс / I) от log I имеет общую форму, изображенную на рис. 2.6. Эта кривая показывает, что низкая контрастная чувствительность (т. е. большое отношение Вебера) наблюдается при малых уровняхяркости, и контрастная чувствительность заметно возрастает (т. е.
отношениеВебера уменьшается) при увеличении фоновой яркости. Наличие двух ветвейкривой отражает тот факт, что при малых уровнях яркости зрение осуществляется благодаря действию палочек, тогда как при больших уровнях яркости(которым соответствует высокая контрастная чувствительность) зрительныефункции выполняют колбочки сетчатки.I + ΔIIРис. 2.5. Постановка простого эксперимента для определения характеристикконтрастной чувствительности72Глава 2. Основы цифрового представления изображений1,00,5log ΔIc/I0–0,5–1,0–1,5–2,0–4–3–2–10log I1234Рис. 2.6.
Типичная зависимость отношения Вебера как функции яркостиЕсли поддерживать фоновую яркость постоянной, а яркость добавочногоисточника варьировать не вспышками, а ступенчатым изменением яркостиот неотличимого до заметного всегда, то типичный наблюдатель способен различить всего 10—20 различающихся ступеней яркости. Грубо говоря, этот результат относится к числу различных уровней яркости, которые человек способен различить в произвольной точке монохромного изображения.
Это неозначает, что изображение может быть представлено таким небольшим числомградаций яркости, так как по мере движения взгляда по изображению меняетсяабвИстинная яркостьВоспринимаемая яркостьРис. 2.7. Пример, показывающий, что воспринимаемая яркость не являетсяпросто функцией от истинной яркости2.1. Элементы зрительного восприятия73а б вРис. 2.8. Примеры одновременного контраста.
Яркость всех центральных квадратов одинакова, но они кажутся все темнее, чем светлее становитсяфонсреднее значение яркости фона, что позволяет обнаруживать различные множества относительных изменений яркости для каждого нового уровня адаптации.Конечным следствием является способность глаза различать яркости в намногоболее широком общем диапазоне. В действительности, как мы покажем в разделе 2.4.3, глаз способен обнаруживать нежелательные ложные контуры в монохромных изображениях, общий диапазон яркостей которых представляетсязначительно большим количеством, чем 20 уровней.Известны два явления, ясно доказывающие, что воспринимаемая яркостьне является простой функцией истинной яркости. Первое основывается на томфакте, что вблизи границ соседних областей с отличающимися, но постоянными яркостями зрение человека склонно «подчеркивать» яркостные перепады,как бы добавляя несуществующие выбросы яркости, что убедительно демонстрирует пример на рис.
2.7(а). Хотя яркость каждой из полос постоянна, мы,кроме действительно ступенчатого изменения яркости, видим характерные выбросы вблизи краев полос (рис. 2.7(в)). Эти полосы с кажущимися изменениямияркости на краях называются полосами Маха в честь Эрнста Маха, впервые описавшего этот феномен в 1865 г.Второе явление, называемое одновременным контрастом, связано с тем фактом, что воспринимаемая яркость некоторой области не определяется простоее яркостью, как показывает рис.
2.8. Здесь все центральные квадраты имеютв точности одинаковую яркость, однако зрительно воспринимаются тем болеетемными, чем светлее фон. Еще более знакомым примером является лист бумаги, который кажется белым, когда он лежит на столе, но может показатьсясовершенно черным, если им закрывать глаза, глядя на яркое небо.Другими примерами феноменов человеческого зрительного восприятияявляются оптические иллюзии, в которых глаз восполняет несуществующуюинформацию или ошибочно воспринимает геометрические свойства объектов.Некоторые примеры оптических иллюзий изображены на рис. 2.9. На рис. 2.9(а)ясно видны очертания квадрата, вопреки тому факту, что на изображении отсутствуют линии, определяющие такую фигуру.
Аналогичный эффект, на этотраз в виде круга, виден на рис. 2.9(б); заметим, как всего нескольких линийдостаточно для получения иллюзии полного круга. Два горизонтальных отрезка на рис. 2.9(в) имеют одинаковую длину, но один кажется короче другого. Наконец, все проведенные под углом 45° линии на рис. 2.9(г) параллельны74Глава 2.
Основы цифрового представления изображенийа бв гРис. 2.9. Некоторые хорошо известные оптические иллюзиии расположены на одинаковых расстояниях друг от друга. Однако штриховкасоздает иллюзию, что эти линии далеки от параллельности. Оптические иллюзии относятся к числу не вполне понятных характеристик зрительной системычеловека.2.2. Ñâåò è ýëåêòðîìàãíèòíûé ñïåêòðЭлектромагнитный спектр был кратко представлен в разделе 1.3; теперь мы рассмотрим эту тему более подробно. В 1666 г. сэр Исаак Ньютон открыл, что припрохождении луча солнечного света сквозь стеклянную призму возникает световой пучок, который имеет не белый цвет, а состоит из непрерывного цветового спектра, цвет которого меняется от фиолетового на одном конце до красногона другом. Как видно из рис.
2.10, диапазон цветов, которые мы воспринимаем как видимый свет, составляет очень малую часть спектра электромагнитного излучения. На одном конце этого спектра находятся радиоволны, длинакоторых в миллиарды раз превышает длины волн видимого света, а на другомконце — гамма-лучи, длина волны которых в миллионы раз меньше длины световых волн. Компоненты электромагнитного спектра можно выражать в терминах длины волны, частоты колебаний или энергии. Длина волны (λ) и частота(ν) связаны соотношением752.2. Свет и электромагнитный спектрЭнергия одного фотона (эВ)10610510410310210110–1110–210–310–410–510–610–710–810–9Частота (Гц)102010211019101810171016101510141013101210111010109108107106105Длина волны (м)10–12 10–1110–10 10–9Гаммалучи10–810–710–6РентгеУльтрановское фиолетовоеизлучение излучение10–510–410–310–210–1Инфра- Микроволныкрасноеизлучение1101102103РадиоволныВидимый спектрРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
