Характеристики зору

Відчуття простору. При бінокулярному (двома очима) спостереженні точки В (рис. 1.3) зорові вісі обох очей в цій точці перехрещуються.

clip_image002

Рис. 1.3

Утворений між ними кут α називається кутом конвергенції або кутом зведення. Промені, які йдуть в очі від крайніх точок об’єкту А, С, утворюють паралактичні кути α1 і α2.

Різниця паралактичних кутів Δα = α1 — α2 визначає кутове зміщення зображень точок А і С і називається паралаксом. Кутовий паралакс веде до утворення лінійного паралаксу на сітківках лівого та правого очей, що і дає відчуття глибини простору. Поріг глибинного зору визначається мінімальним кутовим паралаксом і складає 10 – 20«.

Відчуття інтенсивності світла. Відношення максимальної яскравості Lmax, яка відповідає відчуттю болю в очах до мінімальної Lmin, яку око ще розрізняє, сягає 1011 – 1012. Цей діапазон яскравостей охоплюється оком не одночасно. Око кожен раз адаптується до тієї чи іншої середньої яскравості. Зорове відчуття яскравості оцінюють непрямим методом. При розгляданні двох з’єднаних напівкіл з яскравістю L та L + ΔL, розташованих в центрі поля з фоновою яскравістю Lф, з’являється зорове відчуття яскравості А та А + ΔА.

Око починає відрізняти яскравості при деякому пороговому значенні ΔL = ΔLпор, яке утворює відчуття порогової розрізненості ока ΔАпор. Відношення ΔLпор/ L називається диференціальним порогом або пороговим контрастом.

Згідно закону Вебера-Фехнера, приріст зорового відчуття ΔА пропорційний відносній зміні яскравості ΔL/ L:

clip_image004, (1.1)

де KL – коефіцієнт пропорційності.

Якщо замінити приріст диференціалами і провести інтегрування рівняння, отримаємо:

clip_image006, (1.2)

де С – стала інтегрування.

З рівняння (1.2) виходить, що зорове відчуття яскравості пропорційне логарифму яскравості.

Сприйняття мілких деталей зображення. Здатність ока розрізняти дрібні деталі зображення називається роздільною здатністю. Це найбільш складний параметр цієї групи, тому що існує велика кількість термінів та визначень, які його заміняють. В простій формі роздільна здатність визначається розміром найменш розрізненої або вимірюваної деталі зображення. Роздільна здатність – це характеристика відгуку людини на світлове діяння, що називається гостротою зору. Визначимо гостроту зору як мінімальний кут, при якому можливе розрізнення двох сусідніх точок, тобто мінімальний кут, при якому дві розташовані поруч точки ще не сприймаються як одна, який для нормального зору дорівнює 1 кут. хв.

Абсолютна межа здатності, яка досягає при оптимальних умовах спостереження і обмовлення індивідуальним розмірам паличок і колбочок ока дорівнює 0,3 ÷ 0,5 кут. хв. В реальних умовах, враховуючи явище оптичної дифракції, поріг гостроти зору приймається 2 – 3 кут. хв.

У телебаченні загальноприйнятим є вираз роздільної здатності у значеннях телевізійних ліній. Термін „телевізійні лінії” означає кількість чітко розрізнених близько розташованих ліній на випробувальній таблиці, яка призначена для вимірювання роздільної здатності.

Поле ясного зору людини обмежене кутовими розмірами: 16 – 20 º за горизонталі та 12 — 15º за вертикалі. Звідси, у телебаченні вибраний формат інформаційного поля k = 4 : 3 і відстань до спостерігача d ≈ (3 ÷ 6) h,

де h – розмір зображення за вертикалі.

Інерційність зорового відчуття. Важливим фактором, який тісно пов’язаний з яскравістю, є миготіння. Існування миготіння обумовлене здатністю спостерігача сприймати зміни рівня яскравості, які виникають з частотою нижче тієї, на якій око завдяки властивості інтегрування не реагує на зміни яскравості. Миготіння дуже дратує, оскільки викликає сильне зорове напруження у спостерігача навіть при малій інформаційній ємності зображення.

Відомий термін, який застосовується для визначення мінімальної частоти миготіння, і який гарантує відсутність його сприймання, називається критичною частотою миготіння fкчм. Залежність між яскравістю і fкчм описується законом Феррі-Портера:

clip_image008, (1.3)

де а=12,5 (колбочковий зір) або а=1,5 (при паличковому зорі);

b = 37;

Lеф – ефективна яскравість або відчуття яскравості.

Цей вираз емпіричний, а значення а і b є приблизними, однак він може використовуватись для оцінки значень fкчм в реальних умовах. Для зображення з яскравістю до декількох сотень Ніт fкчм приймається рівною 50 Гц.

При впливі на око деякої яскравості протягом достатньо довгого часу, між яскравістю та відчуттям яскравості встановлюється однозначна залежність:

clip_image010.

Однак Lеф перестає бути рівною L, як тільки L стає величиною змінною у часі L(t).

Згідно з законом Тальбота ефективна яскравість точки зображення:

clip_image012, (1.4)

де t1, t2 – моменти початку і кінця світіння;

Тk – період повторення світіння (період кадрів).

При виконанні умови clip_image014 та незмінності яскравості за час clip_image016, вираз приймає вигляд:

clip_image018. (1.5)

Колір. Колір є найбільш складним та суперечливим аспектом зорового сприйняття.

Згідно з стандартом колір є афінною векторною величиною трьох вимірів, яка виражає властивість спільну для всіх спектральних складових вимірювання, що візуально не розрізняються в колориметричних умовах спостереження.

Будь-який колір це величина, яка має яскравість, кольоровий тон і насиченість. Яскравість – це кількісна характеристика кольору, а кольоровий тон і насиченість – якісні характеристики.

Кольори якісно однакові, але маючи різну яскравість, утворюють різні зорові відчуття. Наприклад, колір, який при великій яскравості сприймається як жовтий, при малій яскравості сприймається як коричневий.

Кольоровий тон (відтінок) характеризує якість кольору, яка відрізняє його від білого і сірого. Ця якість дозволяє оцінювати колір як червоний, блакитний, зелений і т.п.

Насиченість визначає чистоту кольору, тобто ступінь розведення його білим кольором, наприклад, синій, світло-синій, блакитний і т.п. Більш точно насиченість визначає число кольорових порогів, тобто майже бачених переходів (змін), які відокремлюють цей колір від білого, рівної з ним яскравості.

Давно відомо, що трьома основними кольорами є пурпуровий, жовтий та блакитний для пігментів, і червоний, зелений та синій для приладів відображення зображень. Відомо також, що їх можливо комбінувати в різноманітних пропорціях для отримання всіх інших кольорів. Це привело до створення трикомпонентної теорії кольорового зору, яка була вперше сформована ще в 1756 році М. В. Ломоносовим. Згідно з цією теорією, в сітківці ока є три види колбочок, які мають різну спектральну чутливість. При збудженні відповідного виду колбочок з’являється відчуття червоного (R), зеленого (G) або синього (B) кольору.

Взаємозв’язок трьох лінійно незалежних кольорів R, G, B можна виразити через будь-який колір D за допомогою рівняння:

clip_image020,

де R1(R) – частка червоного,

G1(G) – частка зеленого,

B1(B) – частка синього кольорів в кольорі D,

що утворює трикольорову систему вимірювання кольору.

За основні кольори системи RGB Міжнародною комісією по освітленню (МКО) в 1931 році прийняті кольори однорідних випромінювань з довжинами хвиль: λR = 0,7000 мкм, λG = 0,5461 мкм, λB = 0,4358 мкм, світлові потоки яких відносяться як 1,00 : 4,58 : 0,06, тобто око найбільше чутливе до зеленого кольору, менше – до червоного і ще менше – до синього.

Шукані долі кожної з трьох компонент знаходяться шляхом їх комбінування до тих пір, поки отриманий результат не буде відповідати бажаному кольору. Цей процес потребує дуже багато часу. Вирішення такої задачі стало можливим завдяки використанню дещо інших математичних співвідношень, які виражені через так звані координати кольору x, y, z, які пов’язані рівнянням:

clip_image022.

Для вимірювання кольоровості широко застосовується графік кольоровості. Він являє собою прямокутний трикутник, катети якого є осями зміни координат кольоровості (рис 1.4).

На графіку кольоровості нанесено підковоподібна лінія кольоровості спектральних вимірювань, яка отримала назву локус кольорів. Локус є незамкненою фігурою. По периметру локуса розташовані чисті спектральні кольори, які мають крайню насиченість – від фіолетового до червоного.

На локусі кожен колір однозначно характеризується координатами x та y. Для білого кольору x = y = 0,33. Якщо на локусі кольорів провести пряму, що з’єднує точку білого кольору з будь-якою точкою локусу, то на прямій будуть розташовані кольори різної насиченості, але однакового тону. Чим ближче до точки білого кольору, тим менш насиченим буде колір.

Пряма лінія, яка з’єднує кінці кривої локусу, називається лінією пурпурових кольоровостей, тобто кольоровостей різних сумішей червоного та синього кольорів, які є не спектральними.

clip_image024

Рис. 1.4 Діаграма яскравості

Спектральні кольори – пурпурові кольори, а також кольори, які розташовані всередині локусу кольоровостей, відповідають реальним кольорам, решта точок графіка кольоровостей (точки розташовані ззовні локусу кольоровостей і лінії пурпурових кольорів) – нереальні кольори, тобто кольори з координатами точок розташованих ззовні локусу утворити неможливо.

Оставьте комментарий к статье