Привет, сегодня поговорим про зрительные явления, обещаю рассказать все что знаю. Для того чтобы лучше понимать что такое зрительные явления , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Цифровая обработка изображений.

Описанные ниже зрительные явления взаимосвязаны, одни - в меньшей степени, другие - в большей. Однако для упрощения изложения, а также потому, что некоторые детали явлений не ясны, эти явления рассматриваются вне связи друг с другом.

Контрастная чувствительность

Известно, что реакция глаза на изменение освещения является нелинейной. Пусть пятно света, имеющее интенсивность , окружено фоном интенсивности  (рис. 2.3.1, а). Нужно найти зависимость от  минимального приращения , которое замечается наблюдателем. Установлено [11], что в широком диапазоне интенсивностей отношение , называемое отношением Вебера, имеет почти одинаковую величину – около 0,02. Этот результат не имеет места для очень малых или очень больших интенсивностей, как видно из рис. 2.3.1, а [12]. Более того, контрастная чувствительность зависит от интенсивности окружающего фона. Рассмотрим два пятна света с интенсивностями  и  (рис. 2.3.1, б), окруженные фоном интенсивности . Графики зависимости отношения  от  для разных интенсивностей фона  приведены на рис. 2.3.1, б (справа). Оказалось, что диапазон интенсивностей, при котором отношение  остается постоянным, значительно уже, чем на рис. 2.3.1, а. Огибающая точек минимума кривых рис. 2.3.1, б совпадает с кривой рис. 2.3.1, а. Однако диапазон интенсивностей  для почти постоянного отношения  при фиксированной интенсивности фона  сравним с динамическим диапазоном большинства электронных изображающих систем.

Рис. 2.3.1. Измерения контрастной чувствительности: а — без фона; б — с фоном.

Поскольку дифференциал логарифма интенсивности равен

,                       (2.3.1)

то одинаковые изменения логарифма интенсивности света можно связать с одинаковыми едва заметными изменениями интенсивности в диапазоне, в котором отношение  остается постоянным. По этой причине во многих системах обработки изображений вычислительные операции проводятся с использованием логарифма интенсивности, а не интенсивности.

Полосы Маха

Рассмотрим ступенчатый оптический клин (набор полосок различной светлоты), показанный на рис. 2.3.2, а. Интенсивность света, отраженного от каждой полоски, одинакова по ее ширине и отличается напостоянную величину от интенсивности света, отраженного от соседних полосок. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Однако правый край каждой полоски кажется темнее левого. Это явление называется эффектом полос Маха [13]. На рис. 2.3.2, в представлено изображение с распределением интенсивности, которое показано на рис. 2.3.2, г. На этой фотографии видны два столбика — яркий (В) и темный (D). Ни один из них нельзя предсказать исходя из распределения интенсивности. Полосы Маха, т. е. кажущиеся преувеличения изменений светлоты, можно объяснить исходя из пространственно-частотной характеристики глаза. Как мы увидим скоро, глаз обладает меньшей чувствительностью в области низких и высоких пространственных частот по сравнению с чувствительностью на средних частотах. Отсюда можно сделать вывод, что при создании систем обработки изображений можно в некоторой степени пожертвовать верностью воспроизведения контуров, так как глаз не очень чувствителен к высокочастотным перепадам светлоты.

Рис. 2.3.2. Примеры полос Маха: а - ступенчатый клин; б - распределение интенсивности клина; в - перепад интенсивности; г - распределение интенсивности дня картины «в».

Одновременный контраст

Явление одновременного контраста [7] иллюстрируется фотографией, приведенной на рис. 2.3.3. В действительности все маленькие квадраты имеют одинаковую яркость, но из-за различной яркости фона кажется, что их яркость разная. Цветовой фон пятна света зависит также от цвета окружения. Белое пятно на черном квадрате кажется желтоватым, если вся фигура окружена синим фоном.

Рис. 2.3.3. Пример одновременного контраста.

Изменяя цвет ступенями по теплохолодности, светлоте и насыщенности или глядя на цветовой круг, можно заметить, что однородный цвет ступени воспринимается нами неодинаково по всей поверхности. Край, граничащий с более светлой ступенью, кажется более темным, а граничащий с более темной ступенью — более светлым. Эта зрительная особенность называется светлотный контраст. Отдельно взятый цвет воспринимается нами по-разному в зависимости от соседства с различными цветами. Близкие по цвету предметы кажутся одинаковыми при отдельном рассмотрении, но стоит расположить их рядом, как сразу видна их цветовая разница.

Художникам-живописцам хорошо известно, что отдельно взятый красивый цвет в определенном цветовом окружении может оказаться совершенно невыразительным, в то время, как цвет «грязный» в том же окружении окажется звучным и красивым. При этом серые тона ахроматического ряда могут приобретать цветовые оттенки. В этих случаях проявляется контраст цветовой.

Цветовые отношения — вот что, в конечном счете, определяет достоинства цветовой композиции в самом широком смысле этого слова.

Рассмотрим светлотный и цветовой контраст на примерах.

В качестве примера светлотного контраста изобразим гуашевыми красками горизонтальную полосу среднего серого тона, а затем сверху и снизу расположим вдоль нее светлотные ступени ахроматического ряда от светло-серого до черного цвета. И тогда равномерно покрытая горизонтальная полоса будет казаться среди светлых ступеней темнее, а среди темных — светлее, а сами ступени будут восприниматься неоднородными по светлоте.

Таблица 18. Пример светлотного контраста. На фоне ступеней ахроматического ряда равномерно покрытая горизонтальная полоса кажется неоднородной.

Пойдем дальше. Будем сочетать ахроматические тона с цветными, хроматическими. Приведу пример из природного явления. Светлые стволы осенних берез, имеющих слабую цветовую насыщенность, просматриваясь на фоне зелени озимых, казались розоватыми, а на фоне охристой опавшей листвы приобретали синеватый оттенок. На фоне активного цветового пятна тон ахроматический приобретает легкий оттенок цвета противоположного (дополнительного).

Таблица 19.

Выполним ряд упражнений: изобразим одинаковые ахроматические квадраты на фоне больших, с различными насыщенными цветами. Серые квадраты, с одной стороны, начнут приобретать цветовые оттенки противоположные окружающему цвету, а с другой окажутся разными и по светлоте. Это уже пример одновременно цветового и светлотного контраста.

Таблица 20. Пример одновременного цветового и светлотного контраста.

Можно составить множество таблиц, состоящих из самых различных цветовых сочетаний, где будут порой сложно переплетаться светлотный и цветовой контрасты. Например, в большей степени цветового контраста можно добиться, если в приведенном выше примере вместо серых ахроматических квадратов поместить цветные. Одинаковые цвета в различном цветовом окружении станут, в одних случаях теплее, а в других — холоднее, и при этом изменится их светлота.

Цветовая адаптация

Воспринимаемый цветовой фон зависит от адаптации зрителя [14]. Американский флаг, например, не сразу будет восприниматься как красно-бело-синий, если человек перед этим смотрел на интенсивный красный свет. Воспринимаемые цвета флага будут смещены в сторону голубого цвета, который является дополнительным к красному.

Цветовая слепота

Приблизительно 8% всех мужчин и 1 % женщин в той или иной форме страдают цветовой слепотой [15, стр. 405]. Существуют разные степени цветовой слепоты. Некоторые люди, так называемые монохроматы, имеют только палочки или палочки и колбочки одного типа и поэтому им свойственно одноцветное зрение. Другие люди - дихроматы - имеют колбочки двух типов. И монохроматы, и дихроматы могут различать цвета в той степени, в которой они научились связывать различные цвета с разными предметами. Например, они могут знать, что темные розы - красные, а светлые - желтые. Но если покрасить красную розу в желтый цвет, сохранив величину коэффициента отражения, монохромат может назвать ее красной. Дихроматы также неспособны точно определять цветовой тон.

Субъективные цвета [16]

В 1826 г. французский монах Бенидикт Прево заметил, что если периодически освещать белый лист бумаги, помещая его в узкий луч света в затемненной комнате, то на этом листе можно наблюдать цветные полоски. Это было первое зарегистрированное наблюдение субъективных цветов. Фехнер в 1838 г. наблюдал субъективные цвета, появляющиеся на вращающемся диске, выкрашенном наполовину в черный, наполовину в белый цвет. В 1894 г. Бенхэм изобрел волчок, на верхней поверхности которого был узор, показанный на рис. 2.3.4. Когда волчок вращается против часовой стрелки, внешнее кольцо кажется красным, среднее - зеленым, а внутреннее - синим. Вращение в противоположную сторону приводит к тому, что цвета внешнего и внутреннего колец меняются местами. Эти и связанные с ними явления частично объясняются характером временной реакции зрительной системы человека на вспышки света.

Рис. 2.3.4. Диск Бенхэма.

Опыты Лэнда

В начале 50-х годов Лэнд [17] провел интересные опыты, показывающие возможность воспроизведения цвета с помощью двух основных цветов. Один из этих опытов иллюстрируется на рис. 2.3.5. Некоторая сцена фотографируется дважды: за фильтрами с полосами пропускания ~600-700 и ~500-600 нм. Изготавливаются два одноцветных диапозитива  и . Затем эти диапозитивы проектируются на один экран. Первый диапозитив освещается красным светом (длина волны 600-700 нм), а второй - белым. Наблюдается интересный эффект: когда оба изображения совмещены, исходная сцена воспроизводится почти в естественных цветах (плохо воспроизводятся только пурпурные цвета). Если изображения слегка не совпадают, воспроизведение цветов резко ухудшается. Это показывает, что воспроизведение цветов зависит от содержания сцены, а не есть чисто локальное явление ( т.е цвет данной точки зависит от цвета ее окружения).

Рис. 2.3.5. Опыты Лэнда.

Надеюсь, эта статья об увлекательном мире зрительные явления, была вам интересна и не так сложна для восприятия как могло показаться. Желаю вам бесконечной удачи в ваших начинаниях, будьте свободными от ограничений восприятия и позвольте себе делать больше активности в изученном направлени . Надеюсь, что теперь ты понял что такое зрительные явления и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Цифровая обработка изображений