Важным компонентом изображеиш"! являются текстуры. Под текстурой понимают некоторую пространственную организацию элементов в пределах конечного участка изображения, описываемую определенными статистическими характеристиками распределения яркости или цветности. Для описания текстур используют различные признаки, базирующиеся на измерении прострэпствен-ных частот, на статистических характеристиках распределения яркости элементов изображения или на описании структурных связей между ними и др.

В процессе исследовавшя изображевшй, как правило, важно не только определить тип текстуры, ко н указать ее границы. Пример модельного изображения, содержащего три области с различными текстурами, приведен на рис. 1,5, Примерами естественных текстур могут быть изображения лесных массивов или водной поверхности на аэрофотоснимках, тканей определенного вида в гистологических срезах (микроскопия),таких объектов, р„. 1 ч тр«™ипр кирпичная стена, дорожное покрытие бражение " др- Текстуры описываются гистограмма-

ми яркостныа зависимостей, двумерными частотными гистограммами и др.

Приведенные примеры не исчерпывают многочисленвшх подходов к описанию изображений и их фрагментов. При изучении изображения как объекта исследования в настоящее время иа первый план выступают системы для научных исследовавши, биомедицинские и робототехническне системы. Некоторые из них будут рассмотрены в гл. 10.

глава 2

зрительное восприятие

§ 2.1. зрительная система человеий

Изучение зрительной системы человека в рамках изучаемой дисциплины вызвано двумя обстоятельствами:

1) необходимостью правильного согласования характеристик ТВС с характеристиками зрительной системы в тех случаях, когда сформированное на выходе ТВС изображение предназначается для восприятия глазом человека;

2) механизмы зрительного восприятия являются прекрасными примерами процедур обработки визуальной информации и могут служить источниками идей для построения и оптимизации аналогичных технических систем обработки изображений.

Рассмотрим устройство глаза человека.

Глазное яблоко представляет собой шарообразное тело диаметром около 24 мм, окруженное сравнт-ельно твердой оболочкой - склерой {6 на рис 2.1). В передней части глаза склера переходит в роговую оболочку (роговицу) 8 - прозрачную для света н относительно твердую структуру. Диаметр роговой оболочки около 12 мм. Благодаря хрусталику 9, имеющему форму двояконь1пуклой лии:ш и роговице на внутренней оболочке тлаза - сетчатке 4 образуется действительное перевернутое изображение предметов. С передней стороны глаза хрусталик прикрывается радужной оболочкой 10, образующей зрачок глаза Диаметр зрачка, играющего роль диафрагмы, изменяется от 2 до 8 мм Хрусталик, благодаря действию удерживающих его мышц 7, обладает способностью изменять ра-

диусы кривизны передней и задней поверхностей, расстояние и осуществляя фокусировку изображе; - 1ккомодаиией.

)атке Это

i фокус

Рнс. 2.1. Глазное яблоко че-

Рис. 2.2, Распредел палочек

Пространство между роговицей и хрусталиком (передняя камера) ; прозрачной жидкостью, пространство между хрусталиком и сетчаткой - студенистой прозрачной массой (стекловидное тело).

Светочувствительными элементами глаза являются колбочки и палочки они входят в состав сетчатки (около 7-I0 колбочек и laO-IO" палочек). Сетчатка представляет собой дискретную светочувствительную структуру Распределены колбочки н палочки по поверхности сетчатки неравномерно, рнс 2.2 иллюстрирует распределение N колбочек (кривая /) н валочек (кривая 2] ня 1 чм сетчатки Видно, что колбочки концентрируются в основном в области тяк называемого желтого пятна 3 (см. рнс, 2,1) -участке сетчатки обладающем свойствами наилучшего видения. Желтое пятно имеет овальную форму ппинон окою 2 ми и шириной примерно 0,8 мм. Палочки сконцентрированы на периферии (на рИс, 22 x-расстояние от центра желтого пятна). Светочувствительные элементы глаза преобразуют световую энергию в нервные импульсы, которые по нервным волокнам и зрительному нерву / (см рнс. 2.1) перелаются в зрительные центры головного мозга, где и осуществляется обработка поступающей ниформацин. Следует заметить, что предварительная обработка информации осуществляется непосредственно на сетчатке благодаря наличию разветвленной нейронной структуры, охп;1тывающеи лиачительные участки сетчатки В месте отведения зрнтель-

Колбочковыи аппарат обладает меньшей световой чувствительностью, чем

К0.7б0Ч1

который JH аппарат об. шособности не Обменные процессы в 1ю сосудистой оболоч!

:учеречного зреш

Система нервных волокон и венно перед сетчаткой Нервная через нее света- Кровеносные сосу

чувствительностью

рис, 2,1). которая содержит сеть кровеносных ной и артерией

кровеносных сосудов расположена ивпосредст-ткань ппактически прозрачна для проходящего :вета малопрозрачны Однако они не

При анализе механизмов зрительного восприятия удобно выделить: !) образование оптического изображения на светочувствительной поверхности глаза; 2) преобразование оптического изображения в нервные импульсы, распространяющиеся по зрительным нервам; 3) обработку полученной информации зрительными центрами головного мозга. Необходимо, однако, отметить, что все указанные механизмы представляют единый процесс и не могут рассматриваться как серия последовательных независимых преоб-разовавщй поступающей информации.

§ 2.2. Световая чувствительность глаза

Светочувствительные элементы сетчатки преобразуют световую энергию в химическую, тепловую, электрическую. Установлено, что энергия нервных импульсов на несколько порядков больше энергии падающего света, т. е. между актом поглощения света н возник1[Овением соответствующих сигналов в нервном волокне происходят промежуточные процессы. Световое излучение выступает в качестве сигнала, управляющего этими процессами, к числу которых прежде всего следует отнести фотохимические процессы.

Светочувствительные элементы сетчатки - колбочки содержат родопсин (зрительный пурпур), который при воздействии света распадается на витами[1 А и белок (ретинин). Освобождающаяся при этом энергия создает сигнал в нервном волокне.

Способность глаза реагировать на световое раздражение харак-тер1[зуется чувствительностью. Чувствительность е глаза к воздействию излучения определяется величиной, обратной яркости поля, вызывающей пороговое раздражевше: £=! .„. Чувствительность может измеряться и в единицах, обратных пороговой освещенности наблюдаемого изображения.

Измерения показывают, что глаз способен реагировать [la излучение, соответствующее едини[1а\1 световых ква[[тов Наряду с этим зрительная система обеспечивает нормальное воспр1[ятие и прн очень высоких яркостях. Способность глаза изменять свою чувствительность и приспосабливаться к различным яркостям наблюдаемого изображения называется адаптацией.

Как уже было отмечено, палочковый аппарат обладает большей чувствительностью, чем колбочковый Палочковый аппарат [вачи-1[ает реагировать на яркости порядка Ш-"-Ю" кд/м. колбочковый - на яркости порядка единиц ка1[лел iia квадратный метр. При яркостях около 10 кд/м палочковый аппарат ослепляется, так как скорость распада родопсивш при таких яркостях увеличивается 1[астолько, что восстановление его начинает отставать, концентрация родопсина резко падает и происходит пол1[ое разложение зрительного пурпура. При яркостях 10-10* кд/м работает