Восприятие цвета

Зависимость различительной чувствительности от шумов на изображении.

В реальных условиях наблюдение киноизображений всегда сопровождается некоторыми визуальными помехами. В пленочном кинематографе такими помехами является зернистый (гранулярный) шум, связанный с зернистой структурой эмульсии кинопленки, а также помехи, связанные с неизбежными механическими повреждениями эмульсионного слоя в процессе эксплуатации кинокопии – царапинами, отслоениями эмульсии и т.п. В электронном кинематографе природа возникновения шумов связана с физическими принципами преобразования свет – сигнал и сигнал – свет, а также с принципами преобразования видеоинформации в процессах кинопроизводства и кинопроекции.

При наличии шумов в изображении количество различимых градаций яркости ограничивается уровнем шума. Представляет интерес определить максимальное количество градаций яркости m, которое способен различить наблюдатель, если шум на изображении пренебрежимо мал.

Пусть видимая яркость нулевой градации составит Lmin., тогда для первой градации имеем L₁ = Lmin + dLmin = Lmin(1 + d). Величина d является пороговым контрастом, который при наблюдении крупных объектов составляет 0,015 – 0,02.

Яркость второй градации L₂ = L1 + dL1 = Lmin (1 + d)2.

Яркость m-1 градации L_m-1 = Lmax = Lmin(1 + d)m-1.

Решая написанное выражение относительно m имеем:

m = ln(Lmax/Lmin)/ln(1 +d) + 1 @ ln(Lmax/Lmin)/d +1

Поскольку d <<1 и, следовательно, ln(1 + d) @d.

Полагая контрастность изображения Lmax/Lmin = 100 находим

m = 231.

Влияние на различительную чувствительность зрительного анализатора места светового раздражения на сетчатке, адаптации зрительного анализатора к уровню освещенности, величины поля зрения, а также «непрямых раздражителей» описано только в виде результатов отдельных экспериментальных исследований.

В соответствии с исследованиями физиологов зрительный анализатор человека оценивает изменение яркости наблюдаемого объекта при помощи изменения частоты электрических импульсов, посылаемых по зрительному нерву глаза в соответствующие отделы коры головного мозга. Амплитуда импульсов составляет около 20мВ при длительности импульса 1мс. Низкие значения яркости соответствуют низким частотам следования импульсов, при повышении яркости частота импульсов возрастает и достигает 120 имп/с при высоких значениях яркости. Это явление соответствует понятию частотно- импульсной модуляции в электронной технике.

Восприятие цвета зрительным анализатором происходит за счет наличия в сетчатке глаза рецепторов – колбочек, имеющих разные спектральные чувствительности.

Для инженерных расчетов важно знать пороги цветоразличения, т.е. минимальные изменения цветности, различимые зрительным анализатором. На рис.9.1. представлены эллипсы цветовых порогов, полученные Мак-Адамом в равноконтрастной системе U,V,W.

Рис.9.1.

Эти эллипсы измерены с помощью специального колориметра, который менял цветность при сохранении постоянной яркости. Каждый эллипс для наглядности увеличен в 10 раз. Эллипсы представляют собой область изменения цветности, еще не ощущаемой наблюдателем.

Величины порогов цветоразличения можно выразить через единицы Мак-Адама, цветовые пороги Мак-Адама, цветовые пороги Джадда, единицы МКО. Многообразие оценок порогов цветоразличения зрительного анализатора требует их подробного анализа с целью определения оптимальных критериев, удобных для инженерных расчетов.

Под единицей Мак-Адама понимают среднеквадратическую ошибку установки цветовых равенств для одинаковых яркостей (48Кд/м²) в состоянии адаптации наблюдателя на свет стандартного источника типа «С» с яркостью 24 Кд/м² при размере полей сравнения 2°и 21° соответственно. Эта единица соответствует на равноконтрастной диаграмме Мак-Адама расстоянию 0,0005-0,0027 (1/10 длины полуосей Мак-Адама на этой диаграмме).

Цветовой порог Мак-Адама - это порог цветоразличения в указанных выше условиях экспериментов Мак-Адама. Он составляет примерно три единицы Мак-Адама, т.е. соответствует на диаграмме рис.1.9 расстоянию 0,0015 – 0,0081 и в среднем 0,0038.

Цветовой порог Джадда – это порог цветоразличения при наблюдении полей размером 8° и более и яркости 160Кд/м² и более. Он соответствует на диаграмме МКО-1961г. расстоянию 0,00035. Джадд рекомендовал принять в качестве порога цветоразличения величину в 5 раз более крупную, т.е. 0,00175. Эту величину также называют порогом Джадда.

Единица МКО – это единица, установленная для выражения цветовых различий по формуле МКО-64 /43,44/. По этой формуле разность DЕ между двумя цветами определяется как расстояние между ними в приблизительно равномерном цветовом пространстве, основанном на системе координат U^* V^* W*, которую рекомендовал МКО в 1964г.

Координаты любого цвета в этой системе определяются следующим образом:

Где – относительная яркость определяемого цвета (в процентах)

–его координаты цветности на диаграмме МКО.

– координаты цветности источника освещения (опорного белого света) на той же диаграмме.

Формула МКО-1964 имеет вид:

где индексами 1 и 2 обозначены координаты сравниваемых цветов.

Если сравниваемые цвета имеют одинаковую яркость, то уравнение можно записать в виде:

где D – расстояние на диаграмме МКО:

Коэффициенты для W,U и V выбраны так, чтобы одна единица МКО равнялась в среднем т.н. единице NBC /16,20/, которая составляет около 5 порогов Джадда.

Из рассмотренных выше единиц цветоразличения в кинематографических системах наиболее целесообразно использовать порог Мак-Адама, т.к. условия его получения близки к условиям наблюдения кинематографических изображений.

Дата добавления: 2014-01-04