A
látáselmélet alapjai Az
ember és a környezete közötti kapcsolatban a
vizuális információ a legfontosabb, minden mást
felülmúló tömörsége miatt. Jellemzői a szín,
az alak, a mélység és a mozgás. Az alábbiakban
áttekintjük az emberi látórendszer azon jellemzőit,
amelyeket figyelembe kell venni a képfeldolgozás
során. Az
emberi látórendszer A
szem az emberi látórendszer bemeneti készüléke.
Az elektromágneses sugárzásból kicsit több,
mint egy oktávnyit: a 380 nm - 780 nm hullámhossztartományt,
vagyis a vizuális információt hordozó analóg fényjelet
érzékeli. Mint ismeretes, a szemlencse az éles képet
a recehártyán (retina) lévő látógödörben
(foeva)
állítja elő, a pupillán keresztül belépő fénysugarakból.
(A kép legnagyobb átmérője végtelen távoli tárgy
esetén kb. 0.3 mm.) Kétféle érzékelő receptor
létezik:
-
A pálcikák a látógödör középső tartományán
kívül a recehártyában helyezkednek el,
feladatuk a fényrősség-változások érzékelése.
Fontos szerepük van a gyenge megvilágítás
melletti látásban és a fekete-fehér képek
elemzésében. Számuk mindkét szemben kb.
100-120 millió. -
A csapok a látógödör közepét foglalják el,
számuk mindkét szemben kb. 6,5 millió. A színlátásban
és az erős megvilágítás melletti látásban játszanak
szerepet. P (protonopen), D (deutronopen) és T (trionopen)
típusú csapok léteznek, ezek azonos erősségű
(világosságú), különböző hullámhosszú (színű)
fényhatásokra, ingerülettel válaszolnak. A színes
látás a három különböző csaptípus együttműködésének
eredménye.
![](images/eyesmall.jpg)
(A
szem részletes felépítésének megtekintéséhez
kattintson a képre)
A
fény által a receptorokban kiváltott ingerületek
hatására a recehártyát átitató bíborfolyadékban
fotokémiai reakciók mennek végbe. Ezek hatását
érzékelik a recehártyát beborító ideghártyában
lévő látóidegek, amelyek az így keletkezett
ingereket - az oldalsó térdestesteken keresztül -
az agyi látómezőkbe vezetik. Itt dolgozzuk fel a
kapott információkat, a fentebb említett 4
jellemző szerint, korábbi vizuális ismereteink
felhasználásával. A
fekete-fehér látás A
fekete-fehér képek legfontosabb jellemző sajátsága
a különböző világosságú képelemek fényerőssége
közötti különbség, a kontraszt. Szemünk
kontrasztérzékenysége logaritmikus, ezért nem
abszolút fényerősség-különbségeket érzékelünk,
hanem a változásoknak az eredeti megvilágításhoz
viszonyított arányát. A legkisebb, még észlelhető
Δf fényerősség-különbséget kontrasztküszöbnek
nevezzük. Ez függ a fényerősségtől, azonban a
Δf
/ f kontrasztküszöb-arány (= Weber-féle tört)
elég széles fényerősség-tartományban állandó,
és értéke 0,02 körül van. Lényegesen más a
helyzet, ha a különböző fényerősségű képelemek
valamilyen más fényerősségű háttérbe vannak
ágyazva. Ezzel magyarázható az a jelenség, hogy
azonos világosságú képrészleteket sötétebb háttérben
világosabbnak látunk, mint világosabb háttérben.
A
kontrasztérzékelés függ még a síkfrekvenciától
(spatial frequency) is. Ha például
a fényerősség a kép vízszintes oldala mentén periódikusan változik úgy, hogy a legvilágosabb és a
legsötétebb helyek között az átmenet folyamatos, és
ezek távolsága pl. balról jobbra haladva csökken (vagyis
a síkfrekvencia nő), egyidejűleg pedig függőleges irányban
haladva csökken közöttük a fényerősség-különbség
(vagyis csökken a kontraszt), akkor azt tapasztaljuk, hogy
mind a kis, mind a nagy síkfrekvenciákon romlik a
kontrasztérzékelés, vagyis nő a kontrasztküszöb.
Legkisebb értéket akkor veszi fel, ha egy látószög-fokra
5-10 periódus esik. A szem alacsonyfrekvenciás érzéketlenségén
több képjavítási eljárás alapul. Az optimális tartományban
átlagosan mintegy 500 kontrasztfokozatot tudunk megkülönböztetni.
Érdekes jelenség még a hirtelen fényerősség-változásoknál
(élek, kontúrvonalak, stb. mentén) fellépő "túllövés",
vagyis a kontrasztküszöb lokális lecsökkenése.
Ha a síkfrekvencia nő (közeli, különböző fényerősségű
helyek), egyszerű vonalas ábrák esetében romlik az irány-
és méretérzékelés. A
színes látás Közismert
tény, hogy a fehér fény végtelen sok színárnyalat
(spektrumszín) keveréke. (Meg kell jegyezni, hogy a spektrális
összetételtől függően különféle fehér színek léteznek.)
A színes látás azon alapul, hogy a 3-féle csaptípus
ingerületeinek eredője minden (megkülönböztethető) színre
más. (Egy csaptípust különböző színű fények is
gerjeszthetnek azonos módon.)
Az érzékelt színérzetet 3 sajátsága alapján különböztetünk
meg egyértelműen:
-
A színárnyalat
(hue), amit a hétköznapi
értelemben egyszerűen színnek nevezünk, a fény hullámhosszától
függ. Ez azonban önmagában nem elegendő, egyrészt
bizonyos színek nem találhatók meg a spektrumban (pl. a
bíbor a vörös és a kék szín keveréke), másrészt különböző
spektrális eloszlású fényforrások is látszhatnak
azonos színűnek. -
A világosságot
vagy fényintenzitást (intensity)
a fényforrás energiasűrűsége (= egységnyi felületen
kisugárzott fényenergia) határozza meg. (például a
barna szín spektrális eloszlása azonos a sárgáéval,
csak kisebb a világosság értéke.) -
Egy szín telítettsége
(saturation) attól
függ, hogy mekkora a fehér-összetevője. (A spektrumszínek
monokromatikusak, fehér összetevőt nem tartalmaznak, ezért
100%-os telítettségűek. A rózsaszín például néhány
% telítettségű piros szín.)
A
szem spektrális érzékenysége színárnyalatonként és
egyénenként is erősen változik, állandó világosságú
fényforrások fényességét különbözőnek látjuk. Ezen
kívül még a szem felbontóképessége is függ a hullámhossztól.
A látható tartomány széleihez közeli színekben az észlelt
részletgazdagság kisebb. Képjavítási eljárásokban és
valódiszínes (színhelyes) képek előállításakor
figyelembe kell venni a szem ezen jellegzetességeit.
A különböző világosságkódú spektrumszínek egyesítése
más-más színű fehér fényt eredményez, ennek a színes
képek megjelenítésekor (képernyőn vagy papíron) van jelentősége.
A szem a színárnyalatokat az előállított fehér színhez
viszonyítva érzékeli. A fehér fény színhőmérséklete
egyenlő annak az abszolút fekete testnek az abszolút hőmérsékletével,
amelynek sugárzása azonos spektrális összetételű. A TV
technikában a referenciafehér színhőmérséklete 6500
ºK, a 3 alapszín (R=red (vörös), G=green (zöld) és
B=blue (kék)) hullámhossza pedig rendre:
λR = 610 nm
λG = 535 nm λB = 470 nm
Alak
és textúra
A
képeket, az ezeken látható tárgyakat az agy nem különböző
világosságú vagy színű képpontok halmazaként ismeri
fel. A kontraszton, illetve a színen kívül a második
alapvetően fontos jellemző a kép makro- és
mikroszerkezete.
A makroszerkezetet a képen észlelhető tartományok határozzák
meg, ez az alakfelismerés. A tartományok körül - legalább
részben - élnek
kell lenniük
és a belsejüknek valamilyen szempontból (közel) homogénnek
és összefüggőnek kell lennie.
Jellegzetes alakfelismerési törvényszerűségek:
-
elsődleges a sima folytonosság ( nem zárt területet,
hanem egy négyszöghullámot és egy sima görbét látunk
![](images/eyepb1.jpg)
-
másodlagos a zártság (nem önmagát átmetsző görbét,
hanem érintkező zárt felületeket látunk ![](images/eyepb2.jpg)
-
harmadlagos a háttérleválasztás (vagy egy vázát,
vagy két arcot látunk
A
szabálysértő alakzatokat nem, vagy csak nehezen tudjuk
felismerni.
A kép mikroszerkezetét meghatározó tulajdonságokat textúrának
nevezzük. A tartományok nemcsak világosságukat vagy színüket
tekintve lehetnek homogének, hanem textúrájukban is. A
textúraelemek sokszor a szem felbontóképességének határa
közelébe eső méretűek, de a durvább textúrát is
felismerjük, ha az azonos jellemzőkkel bíró textúraelemek
száma nagy és méretük kicsi az alakzathoz képest.
A textúraelemek tudatos megfigyelésének szabályai hasonlók,
a nemtudatos megfigyelésben azonban a statisztikai jellemzők
játszanak szerepet. Nem különböztetjük meg azokat,
amelyeknek első és másodrendű statisztikájuk azonos.
Vannak azonban bizonyos sajátosságok - textonok - amelyek
eltérése esetén itt is észleljük a különbséget,
ilyen például a textúraelemek irányultsága vagy látószöge.
textura
minták
![](images/visual-textures.gif)
Természetesen
más, sokkal bonyolultabb textúrák is lehetségesek, lényeges,
hogy ezek hasonló tulajdonságú és közeli elemekből épülnek
fel.
A vizuális információ további fontos jellemzői a térbeliség
(mélység) és a mozgás, ezekkel nem foglalkozunk, mivel a
tárgyhoz csak közvetve tartoznak.
Érzéki
csalódások
Mint
azt tudjuk a látás mechanizmusában a szem által
felvett információt az agy alakítja át. Azt hogy
valójában mit is látunk, nagy szerepe van a
tapasztalatoknak, az emlékeknek. Az agy képes
arra, hogy hiányos képekből érthető információt
formáljon. Ebből adódóan be is lehet csapni. Az
alábbi képekből összeállítottunk egy csokorra
valót, ezzel is bizonyítva, mennyire lehet csalóka
az amit látunk.
Néhány
gyakori optikai csalódási példa:
Vajon párhuzamosak a vízszintes
vonalak? |
Spirálvonal vagy mégsem? |
Nem létező alakzatok látása. |
Melyik kis négyzet világosabb? |
Egy női arc, vagy egy szaxofonozó
ember? |
Az angol királyi pár profilja a
vázában? |
Fekete alakzatok vagy LIFT
felirat? |
Öreg ember profilja, vagy
utcajelenet? |
További
érzéki csalódások találhatók számos hazai és
külföldi honlapokon. pl:
http://www.optillusions.com/
http://www.optika.hu/manager.asp?page=http://www.optika.hu/magazin/csal/csal.htm
|