Материал: 516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

проецировались на этой плоскости из центра проекции в окружности одинакового диаметра (проективное преобразование).

Равноконтрастную диаграмму цветности в прямоугольных координатах u, v можно построить, используя известные линейные преобразования [8]:

откуда модуль цвета в системе U, V, W равен:

На основании выражений (1.10), (1.11) координаты цветности в системе U, V, W округляются следующими дробно – линейными зависимостями:

Из соотношений (1.12) достаточно легко получить обратные преобразования:

1,5u ,

u 4v 2

v ,

u 4v 2

z 1 x y .

Иногда на практике для выполнения цветовых расчетов целесообразно применить следующие линейные уравнения:

U0,405R 0,116G 0,133B,

V0,299R 0,587G 0,114B,

W0,145R 0,827G 0,627B,

которые устанавливают непосредственную связь между основными цветами систем цветности RGB и UVW.

Для примера на рис. 1.21 приведена диаграмма цветности в прямоугольной системе координат u, v равноконтрастной системы UVW, основанной на работах Мак-Адама и Джадда. Данная диаграмма построена путем проективного преобразования диаграмм цветности xy. Рассматриваемая равноконтрастная диаграммы цветности, получившая название МКО-1960, является достаточно точной. Например, длина отрезка, представляющего один цветовой порог, в тех же единицах, в которых оцениваются координаты u и v, равна в среднем 0,0038.

Особо следует заметить, что рассмотренные принципы цветовых измерений и расчетов относятся к условию наблюдения цветовых полей достаточного крупного размера (более 30…40′) и яркости, соответствующей оптимальным условиям восприятия изображения.

Рис. 1.21. Равноконтрастная диаграмма цветности МКО-1960 (равные линейные отрезки на диаграмме соответствуют равному различению между цветами одинаковой яркости)

Оценка цвета мелких деталей отличается от восприятия цвета крупных деталей, а цвета деталей изображения, размеры которых соизмеримы с разрешаемыми глазом, не различаются совсем, и они воспринимаются как серые. Эти свойства зрения используются при построении систем воспроизведения изображений.

1.8.Основы теории стереоскопического зрения человека

1.8.1.Особенности функционирования зрительной системы при рассматривании стереоизображения

Наука, занимающаяся изучением особенностей зрительного восприятия объемности, получила название стереоскопии (от греческих слов «стерео», то есть объемный, и «скопия» – смотреть, видеть). Естественно, что основные принципы воспроизведения трехмерных изображений должны соответствовать законам стереоскопии.

Конечным звеном стереотелевизионной системы воспроизведения изображений являются глаза наблюдателя. Поэтому стереотелевизионные системы должны строиться таким образом, чтобы по возможности наиболее полно выполнялись привычные для глаз условия наблюдения, соответствующие непосредственному рассматриванию трехмерных физических объектов.

Различные объекты и их пространственное расположение зрительно воспринимаются как при монокулярном (одним глазом), так и при бинокулярном зрении (двумя глазами) в случае восприятия левого и правого изображений объекта, то есть его стереопары. В первом случае главную роль играют такие факторы монокулярного зрения, как зрительная память, линейная и воздушная

перспективы, видимая величина объектов, заполненность промежутков пространства между объектами, загораживание одних объектов другими, распределение светотени на поверхности объектов, контраст и цветность объектов, временнóй параллакс, ощущения различия в напряжении мышц глаза при изменении кривизны хрусталика, учет мышечной работы глаз при их поворотах.

Однако наиболее устойчивое восприятие стереоэффекта возникает при бинокулярном зрении. Появление стереоэффекта при бинокулярном видении объекта объясняется теорией корреспондирующих точек [9]. Экспериментально установлено, что в сетчатке каждого глаза содержится три слоя нервных клеток: фоторецепторы – палочки и колбочки, биполярные и ганглиозные клетки. Биполярные клетки обеспечивают сложные взаимные соединения между фоторецепторами и ганглиозными клетками. Из ганглиозных клеток образован зрительный нерв, по которому визуальная информация передается в мозг человека. Причем к каждой клетке зрительного центра коры головного мозга подходят два обособленных зрительных волокна от колбочек в левом и правом глазах. Следовательно, каждой колбочке одного глаза соответствует вполне определенная колбочка другого глаза. Эти соответствующие точки сетчаток и называются корреспондирующими. Таким образом, корреспондирующими точками будут центральные ямки сетчаток и все точки, лежащие на сетчатках в одном и том же направлении от центральных ямок и находящиеся на одинаковом расстоянии. При раздражении корреспондирующих точек обоих глаз возникает единичное изображение объекта. Все другие точки сетчаток называются несоответствующими или диспаратными. Ощущение диспаратности отдельных точек изображений стереопары на сетчатках глаз и является одной из главных причин восприятия объемности физических объектов. При этом основную роль играет расстояние между зрительными осями при рассматривании удаленных предметов (у различных людей от 52 до 74 мм), называемое глазным базисом b0. Средним стереоскопическим базисом считается межзрачковое расстояние, равное 65 мм. Левый и правый глаза человека смотрят на объект в этом случае с разных позиций, то есть с разных ракурсов. При этом изображения одного и того же объемного объекта для левого и правого глаз будут несколько отличаться из-за их пространственного сдвига. Например, расстояние между одними и теми же точками объекта A1 и A2 в изображениях на сетчатках глаз будет раз-

личным, то есть a1 a2 a1 a2 (рис. 1.22).

Угол между визирными линиями глаз называется углом конвергенции (угол к на рис. 1.22), а их направление определяется фиксируемой точкой объекта. При смещении наблюдаемого объекта происходят как изменение угла конвергенции, так и аккомодация, то есть изменение кривизны глазных хрусталиков. Аккомодация обеспечивает резкость изображений объектов на сетчатках при различных расстояниях их от наблюдателя. При бинокулярном зрении происходит одновременность двух процессов – конвергенции и аккомодации, то есть каждому углу конвергенции соответствует определенное состояние аккомодации глаз.

Рис. 1.22. Схема бинокулярного видения объекта:

1 – объект рассматривания; 2 – левый глаз; 3 – правый глаз

В случае наблюдения стереотелевизионных изображений идентичные (в информационном смысле) точки левого и правого изображений, то есть стереопары, как правило, попадают на диспаратные элементы сетчаток глаз. Вследствие этого основные особенности бинокулярного зрения при восприятии стереоскопических изображений заключаются в следующем: прекращается влияние двигательного аппарата глаз на восприятие стереоэффекта; создается разрыв между плоскостями конвергенции и аккомодации зрительного аппарата, при котором часть стереоскопической модели объекта воспринимается за стереоэкраном – в заэкранном пространстве, а часть – в предэкранном пространстве; поля зрения обоих глаз очень часто находятся объективно в разных местах пространства; бинокулярное поле зрения, возникающее после слияния полей зрения обоих глаз локализуется в точках пространства, несоответствующих реальному положению точек в монокулярных полях.

Разрыв между конвергенцией и аккомодацией при наблюдении стереотелевизионных изображений объясняется тем, что глаза всегда аккомодированы на плоскость стереоэкрана, а конвергированы на различные точки воспринимаемого трехмерного пространства. Причем угол конвергенции зависит от глубинных размеров объектов наблюдения и от расстояния зрителя до стереоэкрана. Зрительный аппарат человека допускает небольшой разрыв между плоскостями

конвергенции и аккомодации в пределах 1 дптр [10]. Превышение этого предела приводит к относительной слабости зрения (астенопии), которая проявляется в снижении зрительной работоспособности (утомлении), в мышечных расстройствах зрительного аппарата, в постепенном ухудшении остроты зрения.

1.8.2. Основные параметры бинокулярного зрения

Смещение какой-либо точки объекта наблюдения, например A1 на рис. 1.22, в изображении на сетчатке одного глаза относительно соответствующей точки изображения на сетчатке другого глаза носит название бинокулярного параллакса, значение которого можно оценить как в угловых, так и в линейных единицах. Бинокулярный параллакс п , измеряемый в угловых единицах, определяется разностью параллактических углов п1 и п2, образуемых визирными линиями глаз, то есть п п2 п1. При этом, чем больше глубинные размеры наблюдаемых объектов, тем больше бинокулярный параллакс.

Оцениваемый в линейных единицах бинокулярный параллакс p часто называют линейным или физиологическим параллаксом и определяют разностью расстояний между проекциями одних и тех же точек объекта, например,

изображений физиологические параллаксы определяются, в конечном счете, глубинными размерами рассматриваемых объектов, геометрическими размерами стереоэкрана, а также расстоянием наблюдателя от стереоэкрана.

Разность параллактических углов п , соответствующая минимально кажущемуся смещению двух деталей объекта по глубине, называется порогом глубинного зрения. Значение порога глубинного зрения , характеризующее его остроту, зависит от особенностей наблюдения, его продолжительности, временнόй задержки между моментами предъявления изображений стереопары зрительному аппарату (рис. 1.23) [11], яркости фона, контраста объектов, соотношения kp между горизонтальными и вертикальными размерами объектов наблюдения (рис. 1.24) [12].

Если задержка между моментами предъявления изображений стереопары не превышает 30 мс, то среднее значение порога глубинного зрения соответствует 10…20 . Принципиальная возможность несинхронного предъявления изображений стереопары объясняется наличием в зрительной системе кратковременной иконической памяти, в которой на 50…70 мс сохраняется ощущение изображения после прекращения его восприятия. При яркости объектов от 0,4 до 38 кд/м2 порог глубинного зрения человека практически постоянный и соответствует среднему значению. Порог глубинного зрения наблюдателей тем меньше, чем больше преобладает вертикальный размер объекта над горизонтальным. Физиологическое обоснование этой закономерности следует искать в устройстве сетчатки глаза, в различной чувствительности отдельных ее участ-