Зрительный аппарат как приемник видеоинформации

3211sОконечным устройством, воспринимающим телевизионное изображение, является зрительная система человека. Поэтому для рационального построения телевизионных систем необходимо учитывать свойства и характеристики зрения, чтобы удовлетворить потребности получателя видеоинформации, при минимизации аппаратных затрат на телевизионный тракт передачи. 
Процесс восприятия информации зрительным аппаратом человека чрезвычайно сложен главным образом потому, что мозг пытается смоделировать окружающую среду внутри самого себя. Он не ограничивается простым созерцанием, а активно моделирует окружающие объекты и процессы, пытаясь предсказать дальнейшее поведение системы и вести себя соответственно [1]. Зрительный аппарат человека воспринимает образы по следующей схеме:
– от неизвестного конкретного;
– к известному абстрактному;
– и от него к известному конкретному.
В конечном итоге результат восприятия информации всегда может быть описан словами.
Рассмотрим в первом приближении устройство периферии зрительного аппарата. Оптическая система глаза не так уж проста. Она состоит, по крайней мере, из двух оптических элементов – роговицы с передней камерой и хрусталика со стекловидным телом. Хрусталик является нелинейным оптическим элементом, состоящим из ядра и оболочки с разной упругостью. При изменении напряжения глазных мышц хрусталик изменяет свою форму и, соответственно, фокусное расстояние в пределах 14–17 мм, что дает возможность аккомодации, т. е. фокусировки на ближний или дальний план. При этом передняя камера также незначительно меняет свою форму в соответствии с изменением переднего радиуса кривизны хрусталика.
Такая система не идеальна, но важно отметить, что изображение, создаваемое оптической системой глаза, локализовано на вогнутой сферической поверхности сетчатки глазного яблока, а это в значительной степени уменьшает аберрации системы и в первую очередь хроматизм, кому и дисторсию, дополнительно аберрации компенсируются нелинейными свойствами хрусталика. Таким образом, оптическая система глаза достигает углового разрешения в центре поля зрения менее одной угловой минуты (при диаметре зрачка ~2 мм). Хотя на краю поля зрения разрешение существенно ниже.
Зрачок в радужной оболочке глаза выполняет функцию ограничения светового потока, падающего на сетчатку, и дополнительно функцию контроля глубины резкости. Пределы изменения диаметра зрачка от 7–9 мм при низкой яркости наблюдаемой сцены до 1,8 мм при высокой. Относительное отверстие этой оптической системы меняется в пределах F/2–F/10. Вклад зрачка в регулировку чувствительности глаза незначителен, он ограничивается одним порядком или чуть больше. В то же время весь диапазон яркостей, которые зрительный аппарат человека способен воспринять, огромен: от 10-6 кд/м² для глаза, полностью адаптированного к темноте, до 106 кд/м² для глаза, полностью адаптированного к свету, или 12 порядков яркости.
Расположенная на внутренней поверхности глазного яблока напротив зрачка сетчатка представляет собой мозаику высокочувствительных фоторецепторов. Преобразование светового изображения в зрительные ощущения происходит в передних отделах клеток рецепторов, которые обращены в сторону пигментной подложки сетчатки. Точно так же как сенсор Exmor. Этим, кстати, объясняется эффект «красных глаз» при фотосъемке со вспышкой. Зрительные пигменты (родопсин), содержащиеся в фоторецепторной клетке, являются сложными окрашенными белками. Под действием света в них происходит ряд химических превращений, приводящих к поляризации клеток и формированию импульса нервного раздражения. Частота импульсов растет с возрастанием освещенности сетчатки. После прекращения импульса происходит регенерация родопсина. В сетчатке человеческого глаза имеется примерно 14·108 светочувствительных рецепторов двух типов – палочек и колбочек, последних примерно в 200 раз меньше. Палочки более чувствительны, но не обладают цветоразличительными свойствами. Колбочки – рецепторы дневного зрения, обладают относительно малой чувствительностью. Имеется три типа колбочек с повышенной чувствительностью к трем основным цветам – синему, зеленому (максимально чувствительные) и красному, что определяется различным белковым составом этих клеток. Электромагнитные колебания, занимающие полосу в диапазоне длин волн примерно от 380 до 770 нм, человеческим глазом воспринимаются как свет. Соотношение между воспринимаемыми цветами и длинами волн воздействующих электромагнитных колебаний (диапазон спектральной чувствительности зрительного аппарата в целом) описывается кривой видности глаза.3319s

Чувствительность сетчатки к свету обусловлена биохимическими процессами в фоторецепторах. Она варьирует в широких пределах: при недостатке света она повышается, при избытке снижается. Это явление носит название адаптации. Алгоритм адаптации зрительного аппарата к восприятию изображения с участками различной яркости основан на фиксации уровня белого по самому яркому существенному по величине участку. Это более целесообразно с точки зрения биологической защиты органа зрения от перегрузок. Уровень черного бессознательно «отсчитывается» от этого белого на величину, равную оптимальному визуальному контрасту, т. е. примерно 1:40. При этом ряд значений освещенности участков (по инструментальному измерению) воспринимается нелинейно. Эмпирический психофизиологический закон Вебера –Фехнера устанавливает логарифмическую зависимость ощущения от возбуждения.
(1.3.1)
Где S – значение интенсивности раздражителя, S0 – нижнее граничное значение интенсивности раздражителя: если S0,5 – большой контраст,
0,5>KB>0,2 – средний контраст,
KBС

сайта: http://www.tzmagazine.ru/

Комментарии запрещены.