Материал: 1503

других. Все остальные цвета (включая белый цвет) получаются смешением трех основных в соответствующих пропорциях.

При восприятии цветового изображения определяющую роль играет цветовой контраст. Общее число различимых глазом цветовых оттенков составляет несколько десятков тысяч. Поэтому информативность цветового изображения по сравнению с чернобелым существенно выше.

Поле зрения глаза, в котором качество видения считается удовлетворительным, составляет 30° по углу места и 40° по азимуту. Максимальная острота зрения (пространственная разрешающая способность) составляет одну обратную угловую минуту (I 0,29мрад). В указанном поле зрения может быть выделено более миллиона отдельных элементов изображения. То есть наибольшую информацию глаз может получить из анализа пространственных характеристик дешифрируемой картины.

С увеличением угловых размеров воспринимаемого объекта чувствительность глаза растёт. Эта зависимость получила название частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) или реакции на изображение пространственной синусоидальной волны. Типичная ЧКХ представлена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Частотно-контрастная характеристика глаза

Наиболее высокая видимая пространственная частота 3,44 мрад–1 соответствует периоду 0,29 мрад. Максимум ЧКХ приходится на частоты 0,Ι - 0,4 мрад–1 (периоды 2,5 - Ι0 мрад), чувствительность глаза к медленным изменениям поля яркости мала. Анализ ЧКХ позволяет сделать выводы о целесообразности предъявления

оператору смасштабированных изображений, когда угловые размеры обнаруживаемых объектов находились бы в области 2,5 - Ι0 мрад. Однако если решается задача опознания объектов, лучшие результаты достигаются при уменьшении элемента разрешения до 0,873 мрад. Этот результат не является неожиданным. Чем больше элементов разложения приходится на объект, тем точнее пространственное описание и тем вернее он опознается.

Объяснить поведение ЧКХ органа зрения удалось после обнаружения эффекта пространственного интегрирования, который используется в зрительной системе. Угловое разрешение колбочки 0,29 мрад. Если объект имеет большие размеры, глаз суммирует сигналы от всех n возбуждаемых колбочек:

n

Вс Вшк n Вс Вшк ,

где ∆Вс – величина сигнала, регистрируемая колбочкой; Вшк – аддитивный СП.

Итоговое отношение энергии сигнала к дисперсии колебаний яркости фона

где D – дисперсия суммы помех. Для некоррелированных отчетов Bшк, как известно, дисперсия суммы равна сумме дисперсий и, учитывая, что Bшк имеют одинаковое распределение, получим:

где B – воспринимаемое среднеквадратичное отклонение помех; индекс а означает отношение амплитуд.

Таким образом, ОСП по мощности увеличилось в n раз, по амплитуде в n раз. Значение n определяется числом рецепторов возбуждаемых сигналов, и растет до тех пор, пока диаметр объекта не

достигнет 11 мрад. Далее эффект пространственного накопления не проявляется, и ЧКХ начинает спадать в сторону низких частот.

Эксперименты по наблюдению изменяющихся во времени изображений выявили еще одно свойство зрения – инерционность. При низкой частоте предъявляемых фрагментов глаз ощущает мигания, которые становятся неразличимыми при повышении частоты до так называемой критической fкр. Для определения fкр формируется изображение вида (Βф+Βа sin2 f ). Установлено, что

мелькания незаметны на частоте 50 Гц, на частоте 20 Гц они регистрировались операторами при Βa/Β 0,3, наибольшая чувствительность к мельканиям наблюдалась на частоте 10 Гц (порогa / ф 0,01). Полученные результаты можно объяснить временной инерционностью глаза, которая по разным оценкам составляет Г 0,1-0,2c. Следовательно, зрительная система не воспринимает мгновенное распределение случайного шума, а регистрирует среднеквадратичную величину, усредненную за конечный отрезок времени Г . При постоянной мощности шума от кадра к кадру отношение сигнал/шум согласно рассмотренному выше принципу накопления должно увеличиться пропорционально корню квадратному из числа независимых кадров, укладывающихся в

изображение случайных флуктуаций яркости (помехи) в интервале времени 0,1-0,2 с постоянно. Наблюдаемые изменения яркости от кадра к кадру обусловлены внутренними шумами оптикоэлектронного преобразователя. Поэтому с учетом (2.1) при восприятии телевизионных изображений воспринимаемое оператором отношение сигнал/помеха

где S0 – угловая площадь объекта; Sp – угловая площадь рецептора глаза, согласованная с элементом предъявляемого изображения; ш – среднеквадратичное отклонение шумов на изображении.

Выражение (2.2) справедливо в случае, если шумы на каждом кадре независимы. В общем случае наблюдается межкадровая корреляция шумов, характеризующаяся экспоненциальным законом

где ν = 0,1,2,…; N – номер последующего кадра, с которым находится коэффициент корреляции.

С учетом (2.3) несложно получить общее соотношение:

Наша следующая задача – рассмотреть алгоритм работы функционирования зрительной системы на стадии принятия решений.

Многочисленными исследованиями установлена применимость известной в технике теории статистических решений для описания зрительного процесса человека при обнаружении простых объектов на различных фонах. Полученные результаты можно сформулировать

ввиде двух положений:

–вероятность обнаружений зависит от яркости фона, геометрических характеристик объекта и его контраста;

–при обнаружении объектов на фоне некоррелированного квазибелого шума стратегия наблюдателя определяется критериями минимума среднего риска.

Значительный вклад в разработку первого положения внесли Н.П. Травникова, Н.И. Пинегин, А.В. Луизов и др. Согласно результатам их исследований процесс обнаружения объекта начинается со

случайного поиска. В течение секунды глаз совершает 3-5 скачков длительностью 0,04 с на угол 6-8° при поле обзора 30° и на угол 2° при поле обзора 9°. После очередного скачка происходит фиксация

взгляда примерно в течение 0,3 с, во время которой глаз совершает микродвижения: тремор, дрейф, микросаккады. Тремор характеризуется частотой 100 Гц и амплитудой ~ 1 . Плавные смещения взора (до 1,3°) определяют дрейф, резкие скачки в пределах центральной ямки называются микросаккадами. Если в зоне фиксации объект не обнаружен, делается следующий скачок.

Вероятность обнаружения одиночного объекта от длительности поиска на ровном фоне описывается выражением вида

ΡΤ=1 exp t .

В результате обработки большого числа экспериментальных данных удалось конкретизировать вид показателя для «среднего» наблюдателя:

где C 16 град2 (кд/м2)–0,3 (угл.мин)–3с–1 для бинокулярного зрения, C 12 град2 (кд/м2)–0,3с–1 для монокулярного зрения; Κ=ΔΒ/Βф–

яркостный контраст объекта на фоне Вф; γ – угловой размер объекта;

t – время поиска, 2β – угловой диаметр поля обзора.

Величины вероятностей, даваемые этой формулой, можно оценить на примере. Требуется обнаружить дефект размером 10′ на фоне яркостью 50 кд/м2 при предъявлении изображения размером 10 град в течение 3 с. Тогда для контрастов Κ=0,02; 0,05; 0,10

результаты расчетов будут следующими: ΡΤ=0,462 ; 0,979; 0,999. Аналогичным способом (т.е. обработкой экспериментальных

данных) получена формула для вероятности обнаружения движущихся объектов: