КОНТРАСТ

Для того чтобы изображение на экране видеодисплея могло быть видимым, оно должно обладать либо большей, либо меньшей яркостью, чем фон. Различие яркостей объекта и фона определяет контраст изображения. Существует несколько разных способов количественного выражения контраста. Все они представляют собой отношение между яркостью объекта и яркостью фона. Простейшим выражением контраста является относительный контраст

МИИ) (5.4)

где Ьмакс — яркость той части изображения (объекта или фона), которая имеет наибольшую интенсивность, LMHH — яркость остальной части изображения.

Другое выражение для контраста, обычно предпочитаемое специалистами-оптиками, называется модуляционным контрастом:

Км = 1макс~1мин. (5.5)

^макс ~»Ь ^мин

Модуляционный контраст часто применяется как основной критерий качества дисплея, а также используется для измерения характеристик зрительной системы человека. Ниже мы обсудим понятия модуляционной передаточной функции (МПФ), выражающей качество изображения на видеодисплее, и функции порогового контраста, выражающей характеристики зрительной системы. Эти функции совместно с фурье-анализом используются для математического выражения ухудшения изображений при их передаче через оптические системы, например через объектив фотоаппарата или при выводе их на видео
дисплей [8, 47]. Сходные процедуры уже долгие годы применяются для анализа временных свойств различных систем, например телефонов и высококачественных фотоснимков. Эта процедура, называемая также анализом линейных систем, позволяет разложить любую периодическую волну в ряд по гармоникам основной частоты с различными амплитудами и фазами. На рис. 5.15 показано, как почти прямоугольное распределение яркости можно получить путем суммирования небольшого числа синусоидальных волн различной частоты и амплитуды. Процедура, позволяющая разложить данную волну в ряд по гармоникам, называется фурье-ана- лизом. Обратная процедура, посредством которой форма волны восстанавливается в результате суммирования гармоник, называется фурье-синтезом.

Зрительную систему человека можно описать в терминах ее чувствительности к восприятию изображения с различной пространственной частотой. Понятие пространственной частоты является основным для определения функции порогового контраста и МПФ. На рис. 5.16 пороги контраста представлены как функции пространственной частоты. Человеческий глаз наиболее чувствителен к пространственным частотам от 3 до 5 периодов на градус, в то время как высокие пространственные частоты (т. е. частую решетку из тонких полосок), так и низкие (т. е. редкую решетку), человеку увидеть труднее. При высоких уровнях яркости происходит небольшой сдвиг максимальной чувствительности — к частоте около 6 периодов на градус.

15. В результате сложения синусоид образуется почти «прямоугольная» функция.

15. В результате сложения синусоид образуется почти «прямоугольная» функция.

Любая оптическая система, будь то объектив или видеодисплей, ухудшает исходное изображение. Величина этого ухудшения зависит от размеров изображения и может быть количественно выражена посредством передаточной функции дисплея. Большие детали, соответствующие низким пространственным частотам, воспроизводятся без существенных искаже*
ний. Трудности возникают с воспроизведением мелких деталей, соответствующих высоким пространственным частотам, поскольку они больше подвержены влиянию шума и размыванию в системе. На рис. 5.17 показана МПФ видеодисплея. Обратите внимание на то, что на низких пространственных частотах воспроизведение совершенно — контраст равен единице, а на высоких пространственных частотах кривая МПФ (и контраст) быстро понижается.

16. Порог контраста как функция простраиствениой частоты. Отметим, что зрительная система наиболее

16. Порог контраста как функция простраиствениой частоты. Отметим, что зрительная система наиболее

чувствительна к пространственным частотам около 3..

.5 периодов иа градус.

Размывание, разрешающая способность и МПФ связаны с четкостью знаков на видеодисплее. Однако стандартные процедуры для измерения этих параметров не разработаны. Обычно для измерения распределения яркости на буквах, формируемых на экране видеодисплея, применяют фотометр с микро- сканирующей щелью, позволяющей определить профиль яркости единичной точки буквы. На рис. 5.18 показан пример распределения яркости вдоль точечно-матричной буквы, где одна точка не светится. В том случае, когда одна точка выключена (что на кривой соответствует впадине), контраст между включенными и выключенной точками равен 0,45. Это происходит благодаря тому, что яркостные профили отдельных точек имеют форму распределения Гаусса и частично перекрываются. По мере возрастания пространственной частоты контраст точек уменьшается и МПФ постепенно понижается.

Сравним МПФ видеодисплея с функцией порогового контраста (рис. 5.19). Когда пространственная частота возрастает до определенного значения, кривая МПФ пересекает функцию порогового контраста, причем точка пересечения соответствует пределу разрешения, за которым человеческий глаз уже не различает более тонких деталей изображения. Разумеется, предел разрешения изменяется в зависимости от яркости и контраста изображения.

Существует несколько разных способов оценки качества изображения на экране видеодисплея. В самом последнем из разработанных способов используют МПФ или ее производные. Особенность этого способа состоит в том, что площадь области, ограниченная МПФ и функцией порогового контраста

‘(которая называется площадью модуляционной передаточной функции —

ПМПФ), принимается за общую оценку качества изображения. Основное отличие ПМПФ от МПФ состоит в том, что ПМПФ учитывает чувствительность человеческого глаза. Данная оценка была апробирована с помощью субъективных оценок качества изображения различных объектов — от лица человека до снимков военной аэрофотосъемки. Обнаружено, что ПМПФ хорошо коррелирует с этими оценками.

17. Кривая модуляционной передаточной функции (МПФ) для видеодисплея f47].

17. Кривая модуляционной передаточной функции (МПФ) для видеодисплея f47].

18. Распределение яркости вдоль четырех точек иа экране видеодисплея, из которых трн точки светятся, а

18. Распределение яркости вдоль четырех точек иа экране видеодисплея, из которых трн точки светятся, а

одна — иет.

Для того чтобы измерить ПМПФ видеодисплея, необходим микрофотометр, позволяющий получить с необходимой точностью яркостный профиль точки или одного элемента изображения. Эта процедура требует значительного времени и специального оборудования. Кратчайший из предложенных способов аппроксимации ПМПФ видеодисплея, точки которого
имеют яркостный профиль, близкий к нормальному распределению, состоит в применении следующей формулы:

ПМПФ = 10Л, (5.6)

где А = 1,48 + 0,6VD — 1,07 W&— 1,62 Ав — 0,17W1B + + 0,59WdAb + 0,48W1b + 0,061^LMAB; Vd — дистанция наблюдения в метрах; 0,38 M

WD — полная ширина яркостного профиля; (0,15 мм<

Лв = lg (яркость отраженного от экрана света); (0<

<АВ<1,7).

19. Площадь модуляционной передаточной функции (ПМПФ) ограничена кривой МПФ системы и кривой

19. Площадь модуляционной передаточной функции (ПМПФ) ограничена кривой МПФ системы и кривой

функции порогового контраста человека.

Требуемое значение ПМПФ зависит от того, используется ли данный дисплей в графическом или алфавитно-цифровом режиме. В общем значение ПМПФ видеодисплея с высоким разрешением равно 10 или более, а видеодисплей с умеренным разрешением имеет значение ПМПФ в диапазоне от 7 до 10. Для большинства менеджерских приложений, где используют алфавитно-цифровую информацию, будет достаточно, если ПМПФ превышает 5,0.

Январь 24, 2019 Психология труда, инженерная психология, эргономика
Еще по теме
СВЕТЛОТНЫЙ КОНТРАСТ
КОНТРАСТ И ЦВЕТ
ИЛЛЮЗИИ КОНТРАСТА
РЕШЕТЧАТЫЕ ПАТТЕРНЫ И КОНТРАСТ.
ПОВЕДЕНЧЕСКИЙ КОНТРАСТ (BEHAVIORAL CONTRAST)
ОЦЕНКИ МИНИМАЛЬНОГО КОНТРАСТА.
ОДНОВРЕМЕННЫЙ ЦВЕТОВОЙ КОНТРАСТ
УПРАЖНЕНИЕ «БИОГРАФИЧЕСКИЕ КОНТРАСТЫ».
ВОСПРИЯТИЕ КОНТУРА И КОНТРАСТА
VII. НАУЧНОЕ ТВОРЧЕСТВО «ПО АНАЛОГИИ» И «ПО КОНТРАСТУ»
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ЦВЕТОВОЙ КОНТРАСТ
НОТНА ОЦЕНКИ МИНИМАЛЬНОГО КОНТРАСТА.
СОЛНЦЕЗАЩИТНЫЕ ОЧКИ
Добавить комментарий