Kontras (visie)

Linkerkant van die beeld het 'n lae kontras, die regterkant het 'n hoër kontras.

Veranderinge in die hoeveelheid  kontras in 'n foto

Kontras is die verskil in luminessensie of kleur wat 'n voorwerp (of sy verteenwoordiging in 'n beeld of vertoning) onderskeibaar maak. In die visuele persepsie van die werklike wêreld, word kontras bepaal deur die verskil in kleur en helderheid van die voorwerp en ander voorwerpe in die dieselfde oogveld. Die menslike visuele stelsel is meer sensitief vir kontras as absolute verligting; ons kan die wêreld dieselfde beskou ongeag van die groot veranderinge in die verligting oor die dag of van plek tot plek. Die maksimum kontras van 'n beeld is die kontras verhouding of dinamiese omvang.

Biologiese kontras sensitiwiteit

Volgens Campbell en Robson (1968), toon die menslike kontras sensitiwiteit funksie 'n tipiese band-pass filter vorm met die hoogtepunt wat bereik word teen ongeveer 4 siklusse per graad met sensitiwiteit wat weerskante van die piek val. Hierdie bevinding het daartoe gelei dat heelwat aanvoer dat die menslike visuele stelsel die mees sensitiefste is in die opsporing van kontras verskille wat by 4 siklusse per graad voorkom; d. i., by hierdie ruimtelike frekwensie kan mens laer kontrasverskille opspoor as vanaf enige ander hoekige frekwensie. Maar die eis van die frekwensie sensitiwiteit is problematies,  byvoorbeeld, die veranderinge van afstand blyk nie om die betrokke perseptueel-patrone (soos, byvoorbeeld, in die figuur opskrif van Salomo en Pelli (1994) te beïnvloed nie. Terwyl laasgenoemde skrywers spesifiek verwys na die letters, tref hulle objektiewe onderskeid tussen hierdie en ander vorms. Die relatiewe onsensitiwiteit van kontras-effekte tot afstand (en dus ruimtelike frekwensie) kan ook waargeneem word deur die informele ondersoek van 'n paradigmantic sweep grating, soos waargeneem kan word hier.

Die hoë-frekwensie afsny verteenwoordig die optiese beperkings van die visuele sisteem se vermoë om detail te los en is tipies sowat 60 siklusse per graad. Die hoë-frekwensie afsny is wat verband hou met die verpakkings digtheid van die retinale fotoreseptor selle: 'n fyner matriks kan fyner roosters oplos.

Die lae frekwensie afsny is as gevolg van laterale inhibisie binne die retinale ganglion selle. 'n Tipiese retinale ganglion sel bied 'n sentrale streek met óf opwekking of inhibisie en 'n omvattende streek met die teenoorgestelde teken. Deur die gebruik van growwe gratings, val die helder strepe op die inhiberende sowel as die eksitatoriese streek van die ganglion sel in die laterale inhibisie en lei tot die lae-frekwensie afsny van die menslike kontras sensitiwiteit funksie.

Een eksperimentele verskynsel is die inhibisie van blou in die periferie wanneer blou lig vertoon word teen wit, wat lei tot 'n geel skynsel rondom. Die geel is afgelei van die inhibisie van die blou op die omgewing deur die sentrum. Wit minus blou is rooi en groen, en wanneer dit meng, word dit geel.

In die geval van grafiese rekenaar vertonings byvoorbeeld, hang kontras af van die eienskappe van die foto bron of lêer en die eienskappe van die rekenaar skerm, insluitend sy veranderlike stellings. Vir sommige skerms is die hoek tussen die skerm oppervlak en die waarnemer se lyn van sig ook belangrik.

Formule

'n Beeld van die Notre Dame-katedraal, soos gesien vanaf die Eiffel-Toring

Dieselfde beeld, met bygevoegde globale- en plaaslike kontras (acutance) verskerp deur middel van unsharp masking.

Daar is baie moontlike definisies van kontras. Sommige sluit kleur in; ander nie. Travnikova betreur, "So 'n verskeidenheid van idees van kontras is uiters ongerieflik. Dit bemoeilik die oplossing van baie toegepaste probleme en maak dit moeilik om die resultate wat gepubliseer is deur verskillende skrywers te vergelyk."

Verskeie definisies van kontras word gebruik in verskillende situasies. Hier word lumineuse kontras gebruik as 'n voorbeeld, maar die formules kan ook toegepas word op ander fisiese hoeveelhede. In baie gevalle verteenwoordig die definisies van kontras 'n verhouding van die tipe.

${\displaystyle }$

Die grondrede agter dit is dat 'n klein verskil is onbeduidend as die gemiddelde luminessensie hoog is, terwyl die dieselfde klein verskil saak maak as die gemiddelde luminessensie laag is (sien Weber–Fechner wet). Hieronder word 'n paar algemene definisies gegee.

Weber kontras

Weber kontras word gedefinieer

${\displaystyle }$

met ${\displaystyle }$ en ${\displaystyle }$ wat onderskeidelik die verligting van die funksies en die agtergrond verteenwoordig. Die maatreël word ook na verwys as Weber fraksie, want dit is die konstante term in Weber se Wet. Weber kontras word algemeen gebruik in gevalle waar klein funksies teenwoordig is op 'n groot eenvormige agtergrond, d. w. s, waar die gemiddelde luminessensie ongeveer gelyk is aan die agtergrond verligting.

Michelson kontras

Die Michelson teenstelling (ook bekend as sigbaarheid) word algemeen gebruik vir patrone waar beide helder en donker funksies ekwivalent is en neem dieselfde dele van die gebied (bv sine-wave roosters). Die Michelson kontras word gedefinieer as

met ${\displaystyle }$ en ${\displaystyle }$ wat die hoogste en die laagste luminessensie is. Die deler verteenwoordig twee keer die gemiddeld van die maksimum en minimum luminissensies.

Hierdie vorm van kontras is 'n doeltreffende manier om kontras te kwantifiseer vir die periodiese funksies f(x) en is ook bekend as die modulasie m_f van 'n periodiese sein f. Modulasie kwantifiseer die relatiewe bedrag wat die omvang (of verskil) (f_max − f_min)/2 van f staan van die gemiddelde waarde (of agtergrond) (f_max + f_min)/2. In die algemeen verwys m_f na die kontras van die periodieke sein f relatief tot die gemiddelde waarde. As m_f = 0, dan het f geen kontras nie. As twee periodiese funksies f en g dieselfde gemiddelde waarde het, dan het f meer kontras as g as m_f > m_g.

RMS kontras

Wortel-gemiddelde-kwadraat (RMS) kontras is nie afhanklik van die hoek frekwensie inhoud of die ruimtelike verspreiding van die kontras in die beeld nie. RMS kontras word gedefinieer as die standaard afwyking van die pixel intensiteite:

${\displaystyle }$

waar intensiteite ${\displaystyle }$ is die ${\displaystyle }$-th ${\displaystyle }$-ste element van die twee-dimensionele beeld van die grootte ${\displaystyle }$ deur ${\displaystyle }$. ${\displaystyle }$ is die gemiddelde intensiteit van al die pixel waardes in die beeld. Die beeld ${\displaystyle }$ is veronderstel om sy pixel intensiteite te normaliseer in die reeks ${\displaystyle }$.

Kontras sensitiwiteit

Kontras sensitiwiteit is 'n maatstaf van die vermoë om te onderskei tussen luminessensies van die verskillende vlakke in 'n statiese beeld. Kontras sensitiwiteit wissel tussen individue, bereik 'n maksimum by ongeveer 20 jaar van ouderdom, en op die hoek frekwensies van oor 2-5 siklusse per graad. Verder kan dit daal met ouderdom en ook as gevolg van ander faktore soos katarakte en diabetiese retinopatie.

In hierdie beeld hang die kontras omvang net af van die horisontale koördinate. Neem wat vir medium frekwensie wat jy nodig het minder kontras as vir 'n hoë of lae frekwensie op te spoor die sinusvormige fluktuasie.

Kontras sensitiwiteit en gesigskerpte

Gesigskerpte is 'n parameter wat dikwels gebruik word om algehele visie te bepaal. Verminderde kontras sensitiwiteit kan egter 'n afname van visuele funksie veroorsaak, ten spyte van die normale gesigskerpte. Sommige individue met byvoorbeeld gloukoom kan 20/20 visie bereik op die acuity eksamens, maar steeds sukkel met die aktiwiteite van die daaglikse lewe, soos om te ry in die nag.

Soos hierbo genoem, beskryf kontras sensitiwiteit die vermoë van die visuele stelsel om helder en dowwe komponente van 'n statiese beeld te onderskei. Visuele skerpte kan gedefinieer word as die hoek met wat 'n mens twee punte kan resolve om apart te wees, gegewe dat die beeld vertoon word met 100% kontras en geprojekteer op die fovea van die retina. Dus, wanneer 'n optometris of oogarts 'n pasiënt se gesigskerpte beoordeel met behulp van 'n Snellen chart of 'n ander skerpte grafiek, word die teiken beeld  vertoon teen 'n hoë kontras, bv, swart letters van dalende grootte op 'n wit agtergrond. 'n Daaropvolgende kontras sensitiwiteit eksamen mag probleme met die afname in kontras demonstreer (met behulp van, bv., die Pelli-Robson grafiek Geargiveer 27 Januarie 2016 op Wayback Machine, wat bestaan uit uniform-grootte, maar toenemende bleek grys letters op 'n wit agtergrond).

Om 'n pasiënt se kontras sensitiwiteit te evalueer, mag een van verskeie diagnostiese eksamens gebruik word. Die meeste kaarte in 'n oogarts of oogkundige se kantoor sal beelde toon van verskillende kontraste en hoekige frekwensies. Parallel bars van verskillende breedtes en kontraste, bekend as sine-wave gratings, word sequentially gesien deur die pasiënt. Die breedte van die bars en hul afstand van mekaar verteenwoordig hoek frekwensie, gemeet in siklusse per graad (cpd of cyc/grade).

Studies het getoon dat medium-vlak hoek frekwensie van ongeveer 5-7 siklusse per graad, word optimaal opgespoor deur die meeste individue, in vergelyking met lae - of hoë-vlak hoek frekwensies. Die kontras drumpel kan gedefinieer word as die minimum kontras wat opgelos kan word deur die pasiënt. Die kontras sensitiwiteit is gelyk aan 1/kontras-drumpel.

Met behulp van die resultate verkry deur 'kontras sensitiwiteit te ondersoek, kan 'n kontras sensitiwiteit kurwe getrek word, met hoekige frekwensie op die horisontale, en kontras drumpel op die vertikale as. Ook bekend as die kontras sensitiwiteit funksie (CSF), toon die plot die normale omvang van kontras sensitiwiteit en sal verminderde kontras sensitiwiteit aandui in pasiënte wat onder die normale kurwe val. Sommige grafieke bevat "kontras sensitiwiteit skerpte ekwivalente", met laer skerpte waardes wat val in die area onder die kurwe. In pasiënte met normale gesigskerpte en gepaardgaande verminder kontras sensitiwiteit, dien die area onder die kurwe as 'n grafiese voorstelling van die visuele tekort. Dit kan wees as gevolg van hierdie waardedaling in kontras sensitiwiteit dat pasiënte sukkel om te ry in die nag, trappe te klim en ander aktiwiteite van die daaglikse lewe waar kontras minder is.

Die grafiek toon die verhouding tussen kontras sensitiwiteit en hoekig frekwensie. Die teiken-tipe beelde is verteenwoordigend van sentrum-omringde organisering van neurone, met perifere inhibisie by lae, intermediêre en hoë hoek frekwensies. Gebruik met toestemming van Brian Wandell, PhD.

Onlangse studies het getoon dat intermediêre-frekwensie sinusvormige patrone is optimaal-waargeneem deur die retina as gevolg van die sentrum-omring reëling van neuronale ontvanklik velde.ref>Wandell, B.A. Foundations of Vision. Chapter 5: The Retinal Representation. 1995. Sinauer Associates, Inc. Accessed at https://www.stanford.edu/group/vista/cgi-bin/FOV/chapter-5-the-retinal-representation/#centersurround Geargiveer 6 Desember 2013 op Wayback Machine on 03/23/2013.</ref> In 'n intermediêre hoek frekwensie, is die hoogtepunt (helderder strepe) van die patroon waargeneem deur die sentrum van die ontvanklike veld, terwyl die krippe (donkerder strepe) waargeneem is deur die inhiberende rand van die ontvanklike veld. Vir hierdie rede, ontlok lae - en hoë-hoek frekwensies prikkels en inhiberende impulse deur oorvleuelende frekwensie pieke en trôe in die sentrum en die periferie van die neuronale ontvanklik veld. Ander omgewings, fisiologiese en anatomiese faktore beïnvloed die neuronale transmissie van sinusvormige patrone, insluitend aanpassing.

Verminderde kontras sensitiwiteit ontstaan van verskeie etiologieën, insluitend retinale versteurings soos Ouderdom-Verwante Makulêre Degenerasie (ARMD), ambliopie, lens abnormaliteite, soos katarakke, en deur hoër-orde neurale disfunksie, insluitende 'n beroerte en Alzheimer se siekte. In die lig van die menigte van etiologieën wat lei tot verminderde kontras sensitiwiteit, is kontras sensitiwiteit toetse nuttig in die karakterisering en monitering van die disfunksie, en minder nuttig in die opsporing van die siekte.

Sien ook

• Acutance
• Kleur blindheid
• Radiokontras
• Kontras verhouding