Слухо-зрительное восприятие. #1

[kps 22]

У меня в институте начался курс лекций "Слухо-зрительное восприятие"

Думаю многим это будет интересно.

Лекция 1. Характеристики зрительного анализатора человека.

Острота зрения (разрешающая способность)

Разрешающая способность зрительного анализатора – это характеристика, определяемая минимальным расстоянием между двумя соседними светочувствительными элементами сетчатки глаза и размерами самих светочувствительных элементов.

Очевидно, что минимальный замечаемый промежуток между двумя объектами (разрешающая способность зрительного анализатора) определяется угловыми размерами одной колбочки, составляющими около 30 (угловых секунд). Однако множество экспериментальных данных свидетельствует о том, что в некоторых случаях разрешающая способность зрительного анализатора может отличаться от величины 30 как в большую, так и в меньшую сторону.

Считая чувствительным элементом колбочку сетчатки, имеющую размер приблизительно 0,005мм, нетрудно определить, что ее угловой размер в пространстве объектов составит около 1 (угловой минуты).

Величина разрешающей способности 1 принята в медицине в качестве нормы остроты зрения.

Принимая во внимание снижение нормальной остроты зрения в условиях наблюдения киноизображения с яркостью порядка 40 – 60 Кд/м2 установлено, что в этом случае разрешающая способность зрительного анализатора составит около 2(угловых минут).

Различительная чувствительность (восприятие градаций яркости)

Различительной чувствительностью зрительного анализатора (контрастной чувствительностью) называется способность различать яркости объектов. Зрительный анализатор человека способен различать объекты в чрезвычайно широком диапазоне яркостей, составляющем до 9 порядков.

Зависимость различительной чувствительности от интенсивности светового раздражители определяется законом Вебера – Фехнера:

E = К lnI + C

Где Е – видимая яркость

I – интенсивность светового раздражителя

К и С – постоянные коэффициенты

Величина разностного порога (едва заметного прироста видимой яркости) по данным различных исследователей составляет от 1: 64 до 1: 164.

Восприятие цвета

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.1. представлены эллипсы цветовых порогов, полученные Мак-Адамом в равноконтрастной системе U,V,W.

Эллипсы представляют собой область изменения цветности, еще не ощущаемой наблюдателем.

Вдоль линии спектральных цветов равноконтрастной диаграммы укладывается около 300 порогов Мак-Адама, вдоль линии пурпурных цветов – 130. Всего на площади, ограниченной равноконтрастной диаграммой укладывается около 12 000 порогов Мак-Адама.

Все приведенные выше численные значения в силу зависимости порогов цветоразличения от яркости и цветности фона, содержания изображения и условий наблюдения могут рассматриваться как ориентировочные, но, тем не менее, представляют большой интерес для инженерных расчетов.

Исследования восприятия цвета зрительным анализатором, проведенные С.В.Кравковым, а также специалистами CBS и RCA при разработке систем цветного телевидения позволили установить следующие закономерности, имеющие большое значение при создании кинематографических систем :

1. Теория трехцветного зрения справедлива только для случаев, когда наблюдаемый объект имеет относительно большие размеры – более 30(угловых минут).

2. Для объектов, имеющих угловые размеры в пределах 10 -30 зрительный анализатор воспринимает только два цвета - красный и зеленый. Синий цвет становится ахроматическим и неотличимым от серого цвета.

3. Объекты, имеющие угловые размеры менее 10 воспринимаются зрительным анализатором как полностью ахроматические. В этом случае зрительный анализатор различает только градации яркости таких объектов.

Особенности восприятия зрительным анализатором мелькающих изображений

Восприятие зрительным анализатором мелькающих изображений является важнейшей характеристикой для любых систем отображения динамичной визуальной информации. Это объясняется тем, что все такие системы используют принцип формирования движения объектов на экране при помощи быстрой смены отдельных фиксированных фаз движения. Таким образом, движение объектов на экране является иллюзией, возникающей в зрительном анализаторе и соответствующих отделах головного мозга. В природных условиях человек не встречается с таким способом наблюдения, поэтому весьма важно понимание взаимодействия зрительного анализатора с мелькающими изображениями для оптимизации этого взаимодействия и обеспечения минимальной утомляемости зрительного анализатора. В этой связи важным фактором является т.н. «критическая частота слияния мельканий », т.е. такая частота мельканий изображения на экране, при которой обеспечивается передача необходимой динамики объекта наблюдения при отсутствии заметности мельканий и минимальной утомляемости зрительного анализатора.

Аналитическое выражение зависимости определено для :

1. Интенсивности светового раздражителя

Fк = а lgI +b

Где I – интенсивность раздражающего света,

-a и b – постоянные коэффициенты

Указанная зависимость называется законом Ферри-Портера.

2. Размеров поля зрения

Fk = alg + b

Где  - телесный угол поля зрения

a и b постоянные коэффициенты.

Видимая яркость мелькающих изображений

Важной характеристикой мелькающих изображений является видимая яркость . Это объясняется тем, что формирование информации о яркости мелькающего изображения связано с весьма сложными преобразованиями в зрительном анализаторе.

Для формы и длительности световых импульсов определены аналитические зависимости, связывающие эти параметры с видимой яркостью мелькающих изображений:

1. Форма световых импульсов В(t) связана с видимой яркостью зависимостью

Ввид= 1/Т

Эта зависимость известна как закон Тальбота.

2. Длительность светового импульса t связана с видимой яркостью Ввид зависимостью, определенной Лазаревым:

Ввид = а + ве-t

Где t – длительность светового импульса,

а и в – постоянные коэффициенты,  - коэффициент пропорциональности