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

Рис. 1.23. Влияние задержки между моментами предъявления изображений стереопары на порог глубинного зрения

Рис. 1.24. Влияние отношения вертикального размера объекта к горизонтальному в изображении на порог глубинного зрения

ков. Из рис. 1.24 видно, что острота стереоскопического зрения резко ухудшается при изменении отношения вертикального размера объекта к горизонтальному от 0,7 до 2, мало изменяясь на интервале этого отношения от 2 до 14.

Следует отметить, что глубинное восприятие является воспитуемым качеством человеческого зрения, имеющим условно рефлекторный характер. Это подтверждает тот факт, что у специально тренированных людей среднее значение порога глубинного зрения может находиться в пределах 2…4 [13]. Данное значение порога глубинного зрения характеризует предельные возможности зрительного аппарата человека. При быстрой смене информации, когда время наблюдения стереоизображений меньше 3 с, среднее значение порога глубинного зрения возрастает. В этом случае следует учитывать оперативный порог глубинного зрения, величина которого определяется динамикой восприятия стереоэффекта и скоростью отображения визуальной информации. Таким образом, при рассматривании изображений неподвижных объектов глубинная острота зрения количественно равна нониальной двумерной остроте зрения, соответствующей наблюдению сдвига одной части линии относительно другой. Предполагается, что высокая острота стереоскопического зрения обусловлена явлением дифракции в изображениях на сетчатках глаз.

Нормальное восприятие стереоэффекта, при котором осуществляется слияние (фузия) отдельных изображений стереопары в сознании наблюдателя в стереоскопическую модель объекта, происходит при условии, если значение физиологического параллакса на сетчатке глаза не превышает размеров зоны Панума. Зона Панума определяет допустимые значения параллакса на сетчатках глаз, количественно она зависит от степени согласования параметров стереоскопических изображений с психофизиологическими особенностями зрительного аппарата человека. Среднее значение размера зоны Панума в угловых единицах при работе со стереотелевизионными установками достигает 55 [14]. В случае превышения физиологических параллаксов размера зоны Панума изображения стереопары двоятся, что приводит к потере стереоэффекта.

Важнейшей характеристикой бинокулярного зрения человека является радиус стереоскопического видения. Все предметы, удаленные от наблюдателя на расстояние, большее 700 м, при бинокулярном рассматривании будут казаться на одном расстоянии. Для расширения стереоскопической дальности наблюдения требуется увеличение базиса рассматривания.

На восприятие стереоэффекта в значительной степени влияют угловые размеры бинокулярно рассматриваемых изображений. Психофизиологически увеличение размеров поля стереоэкрана приводит в процессе просмотра стереоскопического изображения, являющегося сложным комплексным раздражителем, к расширению и усложнению связей между отдельными его частями. В этом случае в восприятии более широко участвуют периферические области сетчатки, которые уменьшают заметность границ изображения, повышают различимость отображаемых объектов, а также усиливают впечатление объемности, относительного пространственного расположения рассматриваемых объектов и увеличивают остроту стереоскопического зрения.

В общем случае угловые размеры стереоскопического изображения должны выбираться в соответствии с пространством, в пределах которого возможна одновременная проекция изображений стереопары на сетчатки глаз. Границы такого пространства поля зрения определяются особенностями оптической системы глаз. Бинокулярное поле зрения человека слагается из раздельных полей зрения каждого глаза и состоит из центрального участка, видимого двумя глазами одновременно, и периферических областей, входящих в поле зрения только одного из глаз (рис. 1.25). Угловые размеры центрального участка в горизонтальном направлении составляют 110 , а в вертикальном направлении книзу – 60 , кверху

– 50 . При восприятии цветных изображений границы участка, видимого бинокулярно, сужаются. Причем наименьших размеров зона стереовидения достигает при воспроизведении стереоизображений в зеленом цвете. В среднем зона видимости цветных стереоизображений, считая от центра бинокулярного поля зрения, ограничена в следующих пределах: вверх 25 , вниз – 35 , вправо и влево по 32 . Однако надежное обнаружение различных изменений в стереоизображениях проявляется в пределах зоны с еще более узкими (примерно в 2 раза) границами, соответствующими оперативному, то есть рабочему полю бинокулярного зрения. Например, оптимальный угол обзора в горизонтальной плоскости стереоизобра-

Рис. 1.25. Границы бинокулярного поля зрения:

1 – периферические области зрения; 2 – центральный участок; 3 – зона бинокулярного видения цветных изображений; 4 – оптимальная зона восприятия стереоизображений

жений составляет 35 [15]. В стереотелевизионных устройствах, воспроизводящих эффект оглядывания исследуемых объектов, рассматривание стереоизображений возможно и в более широких угловых границах за счет движений головы или корпуса наблюдателя. Причем при наблюдении стереоскопических изображений в оптимальных угловых границах с наибольшей четкостью оцениваются детали, находящиеся в поле зрения желтого пятна сетчатки размером 5 . Сужение бинокулярного поля зрения относительно оптимальных значений ухудшает остроту стереоскопического зрения без нарушения в целом процесса бинокулярного видения. Экспериментально установлено, что среднее значение порога глубинного зрения увеличивается приблизительно в 5 раз при уменьшении угловых размеров зоны стереовидения в горизонтальном направлении от

35…45 до 4 [16].

В процессе стереоскопического восприятия изображений происходит бинокулярное смешение цветов. Зрительный аппарат человека за счет эффекта бинокулярного смешения цветов создает особые возможности для получения как черно-белых, так и цветных объемных изображений. Эффект бинокулярного смешения цветов заключается в следующем. Если на правый глаз человека

воздействует излучение одного цвета, а в левый глаз попадает излучение другого цвета, то в сознании наблюдателя возникает ощущение нового цвета, промежуточного между воздействующими. Бинокулярное смешение подчиняется общим законам оптического смешения цветов.

Основными могут являться следующие цвета: красный (R) с длиной волны= 700,1 нм, зеленый (G) с = 546,1 нм, синий (В) с = 435,8 нм. Поэтому для получения цветных изображений необходимо воспроизводить три одноцветных или цветоделенных изображения в основных цветах одного и того же объекта и осуществлять их смешение путем совмещения. В случае бинокулярного смешения цветов достаточно, чтобы один глаз наблюдателя воспринимал только одно цветоделенное изображение, а другой глаз – два других. При этом наблюдаемое стереоизображение будет восприниматься цветным.

Определить результирующий цвет стереоизображения при бинокулярном смешении цветоделенных изображений любой цветности можно по цветному графику системы МКО. Однако, несмотря на восприятие, наблюдателями цветового тона и его яркостной компоненты как единого целого экспериментально установлено, что бинокулярная суммация яркостей и цветовых тонов происходит по различным количественным законам вследствие взаимодействия различных физиологических аппаратов человеческого зрения. Например, для правильной оценки яркости стереоскопических изображений, полученных методом бинокулярного смешения цветов, следует иметь в виду, что в этом случае воспринимаемая результирующая яркость L равна векторной сумме яркостей отдельных изображений, смешиваемых бинокулярно [17]:

L L2п L2л ,

где Lп , Lл – соответственно яркость правого и левого изображений стереопары. Для получения объемного черно-белого изображения достаточно смешивать бинокулярно два цветоделенных изображения в дополнительных цветах. В теории цветного зрения дополнительными называются такие два цвета, которые при смешении дают белый цвет. Установить длины волн дополнительных цве-

тов можно по следующему уравнению, полученному опытным путем:

1 559 498 2 424,

где 1 – длина волны одного цвета в нм; 2 – длина волны дополнительного цвета в нм.

Дальнейшие исследования особенностей бинокулярного смешения цветов показали, что если на один глаз наблюдателя воздействовать цветным изображением, а на другой – черно-белым изображением, то результирующее стереоизображение будет восприниматься цветным с некоторой потерей насыщенности цветов.

Экспериментально установлено, что чистота в стереоцветном изображении с бинокулярным смешением цветов уменьшается в среднем на 50% по сравнению с обычным цветным изображением, что приводит к значительному ухудшению качества стереоцветного изображения [18].

В условиях «мгновенного» освещения (интервал времени до 1 мс) никакого бинокулярного смешения цветов обнаружить не удается. При небольшом

времени (несколько мс) наблюдения стереоизображения, полученного методом бинокулярного смешения цветов, возникает эффект «борьбы» полей зрения. Данный эффект заключается в периодической смене впечатления то одного, то другого из предъявленных цветов. При более продолжительном наблюдении стереоизображений «борьба» полей зрения ослабевает и возникает ощущение некоторого стабильного цвета. За счет эффекта «борьба» полей зрения бинокулярное смешение цветов позволяет воспроизводить цветной блеск кристаллов, драгоценных камней, полированного стекла, характерный блеск поверхности различных металлов. Это даст возможность наблюдателю в целом более правильно оценивать структуру поверхностей рассматриваемых физических объектов.

Следует иметь в виду, что при продолжительном наблюдении стереоизображения, полученного методом бинокулярного смешения, восприятие каждого из исходных цветов оказывается в значительной степени измененным по сравнению с началом рассматривания. Закрывая поочередно один и другой глаз, легко убедиться, что оба цвета сильно «выцвели» и стали очень похожими друг на друга. Это объясняется тем, что в процессе адаптации каждого глаза к своему цвету субъективные различия между обоими цветами должны постепенно уменьшаться, так как любой цвет в пределе стремится слиться с цветом фонового окружения, которое, в свою очередь, представляется глазу нейтральным [19].

Кроме того, наличие у одного из сопоставляемых цветных полей более яркого окружения всегда однозначно решит исход бинокулярного «поединка» в пользу цвета именно этого поля.

Экспериментальные исследования показывают, что наблюдение изображений правым и левым глазом в различных цветовых режимах приводит к сравнительно быстрому утомлению наблюдателей. При этом приблизительно в 1,5 раза возрастают ошибки при оценке глубинных соотношений [20]. Для сравнения следует отметить, что восприятие цветности объектов в общем случае незначительно влияет на точность оценки глубинных соотношений [21].

Чтобы обеспечить правильную цветопередачу в стереоцветной телевизионной системе с бинокулярным смешением черно-белого и цветного изображений стереопары, необходимо осуществлять коррекцию искажений насыщенности цветов. Коррекция может осуществляться электрическим способом, например, путем нелинейного преобразования сигналов цветных изображений стереопары, которое практически реализуется с помощью специальных устройств, получивших название гамма-корректоров. Подвергнув сигналы цветных изображений стереопары гамма-коррекции, можно получить в них увеличенную насыщенность цветов. В этом случае черно-белое изображение стереопары минимально исказит насыщенность цветов стереоцветного изображения в целом.