2.1.2 Зорове відчуття простору

Людина має здатність просторового бачення. Під час бінокулярного (двома очима) спостереження точки В (рис.1.6) зорові осі обох очей у цій крапці схрещуються. Кут, що утворюється між цими осями (кут α), називається кутом конвергенції, або кутом зведення. Чим ближче знаходиться предмет, тим більше кут конвергенції.

Розглянемо особливості сприйняття зображення одночасно двома очима на прикладі сприйняття протяжного об’єкта АВС на рис.1.6. Припустимо, що зорові осі зведено точці В. Промені, що надходять в очі від крайніх точок об'єкта, утворять кути α₁ й α₂, які називають паралактичними. Різниця між паралактичними кутами α₃ = α₁- α₂, що визначає кутовий зсув зображень точок А і С називається паралаксом. Кутовий паралакс призводить до утворення лінійного паралакса на сітківках різних очей, обумовленого різницею довжини відрізків у лівому (СА)_л та правому (СА)_п оці. Завдяки паралаксу зображення на сітківках правого й лівого ока відповідні відрізки виявляються зміщеними по-різному відносно положення зорових осей, що й дає відчуття глибини простору. Поріг глибинного зору визначається мінімальним кутовим паралаксом і становить 10" - 20".

2.1.3 Характеристики зору людини

Зір характеризують кількома групами параметрів, що відображають здатність людини розрізняти яскравість, колір, розміри об’єктів, а також реагувати на швидкоплинні зміни оптичного потоку, що надходить в око людини. Особливостям кольорового сприйняття далі буде присвячено окремий матеріал, а зараз розглянемо згадані вище групи параметрів.

2.1.3.1 Сприйняття яскравості об’єкта

Абсолютний поріг світлової чутливості L_абс. – це найменший рівень яскравості, який може сприймати людина за умов повної темнової адаптації. Як було зазначено вище, зір людини весь час адаптується до умов зовнішнього освітлення. Будь-яке сприйняття зображення відбувається на тлі усередненого освітлення навколишнього простору. Адаптація характеризується певною інерційністю. Повна темнова адаптація характеризує такі умови за яких нема інших джерел світла окрім безпосередньо відтвореного зображення.

Різницевий поріг світлової чутливості ΔL_пор. = L₂ - L₁ – це найменша різниця яскравості L₂ деталі зображення, яку можна розрізнити на тлі, яскравість якого L₁. Величина різницевого порогу залежить від середньої яскравості зображення, що потрапляє в поле зору людини.

Відносний поріг світлової чутливості або контрастна чутливість δ – це параметр, який визначають як відношення величини різницевого порогу ΔL_пор. до величини фонової яскравості L₁. У межах діапазону яскравості, що використовують у комп’ютерній техніці, телебаченні та інших технічних системах (приблизно 0,2...120кд/м²) відносний поріг можна вважати постійною величиною.

0,015...0,02. (1.7)

Цей вираз є математичним виразом фізіологічного закону сприйняття яскравості зображення, який має назву закону Вебера-Фехнера. Різні люди мають зір, який характеризується різними значеннями величини контрастної чутливості, тому у виразі (1.7) наведено діапазон цих значень.

Скориставшись контрастною чутливістю можна оцінити кількість градацій яскравості, яку може сприймати глядач у напівтоновому зображенні, що характеризується контрастом яскравості К.

Контрастом яскравості зображення К називають відношення максимального значення яскравості присутнього на цьому зображення до мінімального

. (1.8)

Із наведеного співвідношення випливає, що мінімальне значення контрасту становить 1.

Часто використовують локальний контраст яскравості, за допомогою якого характеризують відмінність яскравості окремих деталей зображення або у межах певного фрагменту зображення.

Окрім контрасту яскравості поширеним є ще один параметр який називають контрастність зображення й обчислюють за формулою.

. (1.9)

Із співвідношення (1.9) випливає, що величина контрастності може змінюватись у межах від 0 до 100%.

Визначимо кількість градацій яскравості, що можна спостерігати у напівтоновому зображенні.

Нехай найменший рівень яскравості у зображенні становить L_min.

Перший рівень яскравості, який можна розрізнити визначимо скориставшись співвідношенням (1.7)

. (1.10)

Наступні градації може бути визначено так:

(1.11)

Розв’яжемо останнє рівняння відносно m і знайдемо таким чином число градацій яскравості, які суб’єктивно можна розрізнити.

. (1.12)

Вираз (1.12) можна спростити, якщо розкласти у ряд Тейлора й узяти до уваги, що δ<<1. Тоді

. (1.13)

Число m, визначене за формулою (1.13), дає приблизне значення кількості градацій яскравості яке може розрізнити у зображення з контрастом К окремий суб’єкт. Приблизне значення обумовлено тим, що з одного боку на величину контрасту впливає середня яскравість поля зору, де знаходиться дане зображення, а з іншого, як уже зазначалось, – різне значення δ для кожної конкретної особи.