10452

Глаз и психофизические свойства зрения. Зрительные явления. Модель одноцветного зрения. Модель цветного зрения

Реферат

Математика и математический анализ

Глаз и психофизические свойства зрения. Зрительные явления. Модель одноцветного зрения. Модель цветного зрения. На выходе изображающих систем обычно создается фотоснимок или изображение на экране которые рассматриваются человеком. Поэтому очевидно что для эффективн

Русский

2013-03-26

301 KB

13 чел.

Глаз и психофизические свойства зрения. Зрительные явления. Модель одноцветного зрения. Модель цветного зрения.

На выходе изображающих систем обычно создается фотоснимок или изображение на экране, которые рассматриваются человеком. Поэтому очевидно, что для эффективной разработки таких систем очень полезно понимать механизм человеческого зрения. Зная этот механизм, можно строить функциональные модели зрительной системы. Такие модели очень важны при разработке систем обработки изображений и создании критериев верности воспроизведения и дешифрируемости изображения.

Согласно словарю Вебстера, свет есть «лучистая энергия, которая, действуя на органы зрения, дает им возможность выполнять зрительные функции». Физические свойства света изучены довольно хорошо, но механизм взаимодействия света с органами зрения еще не вполне понятен. Как известно, свет есть форма электромагнитного излучения, лежащего в относительно узкой области спектра в диапазоне длин волн от 350 до 780 нм. Характеристикой источника света является интенсивность излучения заданной длины волны. В зрительную систему человека попадает свет либо от самосветящегося источника, либо отраженный от некоторого предмета, либо прошедший через него. Пусть Е(λ) есть спектральная плотность излучения первичного источника света, a t(λ) и r(λ) — коэффициент пропускания и коэффициент отражения соответственно. Тогда для предмета, пропускающего свет, спектральная плотность излучения наблюдаемого света будет

С(λ) = t(λ)E(λ),         (2.1.1)

а для предмета, отражающего свет,

С(λ) = r(λ)Е(λ).         (2.1.2)

На рис, 2.1 представлены графики спектральной плотности излучения некоторых обычных источников света, применяемых в изображающих системах: солнечного, вольфрамовой лампы накаливания, светоизлучающего диода, ртутной дуговой лампы и гелий-неонового лазера. Свет от этих источников воспринимается зрителями по-разному. Солнечный свет кажется очень ярким и желтовато- белым, а свет лампы накаливания - менее ярким и довольно желтым. Светоизлучающий диод дает тусклый зеленый свет, а ртутная лампа - очень яркий, голубовато-белый. Наконец, лазер создает чрезвычайно яркий световой пучок чистого красного цвета. Эти наблюдения порождают много вопросов. Например, полностью ли описывает спектральная плотность излучения особенности восприятия этого излучения? Как будет видно, получен только частичный ответ на этот вопрос.

Рисунок 2.1.

Существуют три основные характеристики ощущения света - светлота, цветовой тон и насыщенность. Эти характеристики рассматриваются ниже.

Если имеются два источника света с одинаковой формой спектральной плотности излучения, то источник с большей интенсивностью излучения воспринимается как более яркий. Известно, однако, много примеров, когда предмет с одинаковой интенсивностью излучения всех точек не воспринимается как имеющий равномерную светлоту. Следовательно, интенсивность света не является адекватной количественной мерой светлоты.

Признак, которым отличается, например, красный свет от зеленого, называется цветовым тоном. Ясно, однако, что длина волны не является адекватной мерой цвета, так как в природе встречаются такие цвета, которые не наблюдаются в радуге, создаваемой призмой. Отсутствует, например, пурпурный цвет, который может быть получен смешением в равных количествах узкополосных красного и синего света. Если два источника света с одинаковыми спектральными плотностями наблюдать в одинаковых условиях, их цветовой тон будет одинаковым. Однако можно взять два таких источника света с разными спектральными плотностями, которые будут восприниматься как имеющие одинаковый цветовой тон (такие два излучения называются метамерической парой).

Третья характеристика ощущения света - его насыщенность. Этот признак позволяет отличать спектральный цвет от пастельного блеклого цвета такого же цветового тона. По существу насыщенность описывает «белизну» цвета. Однако обычно насыщенность не используют как количественную характеристику.

Для классификации цветов удобно рассматривать их как точки некоторого цветового пространства. Но для того чтобы можно было делать количественные выводы, расстояние между двумя точками в цветовом пространстве должно соответствовать субъективно воспринимаемой разнице между представляемыми цветами, где бы ни находилась эта пара цветов. Такие цветовые пространства будут рассматриваться далее.

Наиболее естественным подходом к разработке модели зрительной системы человека было бы, видимо, проведение физиологического анализа глаза, нервных путей от глаза к мозгу и тех отделов мозга, которые связаны со зрительным восприятием. К сожалению, мы не в состоянии решить эту задачу из-за того, что зрительная система состоит из огромного числа очень маленьких элементов. Однако в результате физиологических исследований глаза уже получено много данных, полезных для создания модели зрительной системы.

Рисунок 2.2.

На рис. 2.2 показан поперечный разрез человеческого глазного яблока. Передняя прозрачная наружная оболочка глаза называется роговицей. Остальная часть наружной оболочки – склера - состоит из плотных волокон. Следующий слой - сосудистая оболочка, содержащая капилляры, которые снабжают глаз кровью. Внутри сосудистой оболочки находится сетчатка с рецепторами двух типов - палочками и колбочками. Соединенные с сетчаткой нервные волокна выходят из глазного яблока в виде пучка - зрительного нерва. Свет, попавший в глаз через роговицу, фокусируется на поверхности сетчатки хрусталиком, форма которого под действием специальной мышцы меняется для обеспечения хорошей фокусировки предметов, находящихся на различном расстоянии от глаза. Радужная оболочка действует как диафрагма, изменяя количество света, проходящее в глаз. Палочки - это длинные тонкие рецепторы, а колбочки - более короткие и толстые. Эти рецепторы действуют различным образом. Палочки более чувствительны к свету, чем колбочки. При малой освещенности палочки обеспечивают реакцию зрительной системы (ночное зрение). Колбочки функционируют при большой освещенности, их реакция представляет дневное зрение.

Рисунок 2.3. Левый график относится а палочкам, правый – к колбочкам.

На рис. 2.3 приведены относительные чувствительности палочек и колбочек в зависимости от длины волны воспринимаемого света – так называемые функции видности глаза. Глаз содержит около 6,5 млн, колбочек и 100 млн. палочек. Распределение палочек и колбочек по сетчатке показано на рис. 2.4. Наибольшая плотность колбочек приходится на небольшую область сетчатки, называемую центральной ямкой, которая находится вблизи выхода из глаза зрительного нерва. Это область наиболее резкого дневного зрения. В окрестности зрительного нерва нет ни палочек, ни колбочек — это слепое пятно глаза.

Рисунок 2.4.

Имеются три основных типа колбочек сетчатки. Эти колбочки имеют различные спектральные характеристики поглощения света с максимумом в красной, зеленой и синей областях оптического спектра. На рис. 2.5 приведены спектральные кривые поглощения пигментов сетчатки.

Рисунок 2.5.

Следует отметить две особенности этих кривых: во-первых, относительно низкую чувствительность колбочек типа α, воспринимающих в основном синий свет, и, во-вторых, значительное перекрытие кривых. Существование трех типов колбочек служит физиологической основой для трехцветной теории цветового зрения.

Когда свет возбуждает палочку или колбочку, возникает фотохимический переходный процесс, в результате которого создается нервный импульс. Механизм распространения нервных импульсов в зрительной системе в настоящее время полностью не выяснен. Известно, что зрительный нерв содержит около 800000 нервных волокон. Сетчатка имеет свыше 100000000 рецепторов. Поскольку фотохимические процессы в сетчатке и механизм распространения нервных импульсов в глазе недостаточно изучены, нельзя дать полного описания зрительных процессов. Приходится удовлетвориться разработкой моделей, которые описывают и, будем надеяться, предскажут реакцию зрительной системы человека на те или иные изображения.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30486. Физиология кожной, двигательной, висцеральной, вкусовой и обонятельной сенсорных систем 43.01 KB
  Теории кожной чувствительности многочисленны и во многом противоречивы. Наиболее распространенным является представление о наличии специфических рецепторов для 4 основных видов кожной чувствительности: тактильной, тепловой
30487. Краткие обзоры программных средств 85.5 KB
  В настоящее время на этапах разведки и разработки месторождений нефти и газа все более широкое применение получают компьютерные технологии комплексной интерпретации всей геолого-геофизической информации с целью построения цифровых геолого-промысловых моделей месторождений.
30488. Башкортостан в XIX веке 337.6 KB
  После вторжения наполеоновской армии намного расширяется привлечение башкир и казаков в ряды русских войск. Были и добровольцы. Среди них башкиры братья Абдулхалик и Назир Абдулвахитовы, юртовый старшина Абуталип Абдрахманов с сыном Сагитом
30489. Использование сетевых ресурсов в управлении крупными коммуникативными проектами 25.85 KB
  Деятельность отделов по СсО и рекламе, чаще всего, реализуется в форме проектов. Даже в не слишком сложных проектах возникают проблемы, которые проявляются в срыве сроков, превышении смет, конфликтах внутри команды проекта и др
30490. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ КОМПЛЕКСНЫХ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ 807 KB
  Совокупность основных особенностей естественных геофизических полей, сейсмической волновой картины и геоэлектрического разреза составляет общую геофизическую характеристику каждого конкретного района. Другим информационным комплексом, используемым разведочной геофизикой, являются физические свойства горных пород.
30491. Физиология высшей нервной деятельности 26.62 KB
  Кора большого мозга и подкорковые образования являются высшими отделами центральной нервной системы теплокровных животных и человека. Они обеспечивают рефлекторные реакции, за счет которых осуществляются сложнейшие взаимодействия человека и животных с окружающей средой.
30492. Перспективы информатизации регионального управления 120.5 KB
  История и специфика отдельных европейских стран обуславливают крайнее разнообразие систем их государственного устройства и управления вообще и места в них регионального звена в частности и в особенности.
30493. Основные технико-технологические проблемы разведки, освоения и эксплуатации нефтегазовых месторождений 74 KB
  Чтобы управлять технологическими процессами представляющими собой различные этапы (ступени) эксплуатации нефтегазовых месторождений, необходимо сначала изучить закономерности их поведения, а затем на основе имеющихся данных, которые характеризуют различные свойства изучаемого объекта (нефтегазового месторождения)
30494. Органеллы цитоплазмы: пластиды, как специфические органеллы растительной клетки 42 KB
  Пластиды встречаются только у растений. В зависимости от окраски различают три типа пластид: хлоропласты - зеленого цвета; хромопласты - желтого, оранжевого, красного цветов и лейкопласты - бесцветные.