Навигация
Зрительная система как приемник оптической информации
26487
знаков
0
таблиц
6
изображений
2. Зрительная система как приемник оптической информации
Зрение, т.е. получение зрительной информации о внешнем мире – форме вещей, их пространственном изображении, цвете, движении и так далее, осуществляется с помощью зрительной системы. Зрительная система состоит из органа зрения – глаза, нервной системы и зрительного центра коры головного мозга. Хотя физиологическое и морфологическое строение глаза изучено достаточно полно, все же механизм зрительной системы в целом еще далеко не ясен. В последние несколько лет появилось большое число работ и проведено много исследований в области изучения процессов формирования восприятия зрительных образов. Развитие таких областей науки, как бионика, кибернетика и теория информации, на ряду с достижениями физиологии, медицины, психологии и других областей науки открывает новые возможности для изучения работы зрительной системы, для выяснения механизма восприятия и распознавания образов. Изучение этих вопросов открывает, в свою очередь, путь к созданию искусственных систем распознавания образов, выполняющих функции зрения человека. Есть все основания полагать, что для решения частных практических задач пропускная способность таких систем будет значительно выше, чем у зрительной системы человека.
Глаз, являющийся внешним органом зрения, представляет собой оптическую систему, с помощью которой формируется изображение окружающих нас предметов на сетчатке. Последняя образует светочувствительное дно глазного яблока. Оптическая система глаза довольна проста, она легко управляться с помощью хорошо организованного мышечного аппарата. Так, путем изменения кривизны хрусталика глаза автоматически фокусирует изображение тех предметов, которые мы хотим рассмотреть в данный момент. Диапазон фокусировки охватывает предметы, удаленные от наблюдателя на десятки сантиметров до бесконечности. Кроме того, автоматически устанавливается оптическая ось глаза так, чтобы подвергающейся рассматриванию изображение проецировалось на центральную часть сетчатки (фовеа), обладающей наибольшей разрешающей способностью (содержащей в своем составе колбочковые окончания).
Разрешающая способность глаза определяется строением сетчатки, которая представляет собой мозаику из светочувствительных нервных окончаний. В соответствии с теорией действительного зрения существует два вида нервных окончаний – фоторецепторов. Колбочки – рецепторы аппарата дневного зрения, характеризуемого малой световой чувствительностью, но зато большой разрешающей способностью и цветоразличительными свойствами. Палочки – рецепторы аппарата сумеречного зрения, не обладающего способностью различать цвета, имеющего малую разрешительную способность, но зато большую световую чувствительность.
Центральная часть сетчатки содержит только колбочки, а периферия – колбочки и палочки. Причем плотность колбочек убывает с удаления от центра, а плотность палочек почти постоянна. Фоторецепторы через сложную нервную систему связаны со зрительным центром головного мозга.
Световое разрешение сетчатки вызывает появление импульсов с различными частотами повторения, которые по сложным цепям проводящей системы поступают к головному мозгу. Но прежде чем сигнал поступит в вышележащие отделы, но подвергаются сложной обработке – кодированию.
Механизм анализа поступающий извне зрительной информации, ее обработки, кодирования и расшифровки еще далеко не изучен.
Зрительный канал представляет собой сложную систему преобразований и передачу информации, которая может быть рассмотрена с позиций общей теории связи. Изучение системы с этих позиций, во-первых, позволяет установить закономерность и взаимосвязь большого накопленного экспериментального материала о различных сторонах и свойствах зрительного восприятия, что, в свою очередь, будет способствовать дальнейшему изучению функциональной деятельности сложной системы зрения. Во-вторых, изучение зрительной системы как канала связи облегчит построение ее технических аналогов.
Весьма приближенно структурная схема зрительной системы может быть проиллюстрирована рис. 2.
Функции оптической системы и анализатора изображения выполняет глаз.
Сетчатая оболочка глаза трансформирует оптическую информацию сформированного на ней изображения в информацию в форме биотоков и осуществляет ее анализ и кодирование. В сложной нервной системе, соединяющей сетчатку глаза с корой головного мозга, обеспечивается ее дальнейшая обработка: выбор полезной информации, оптимальное кодирование и передача к клеткам головного мозга. Здесь путем сравнения с накопленными ранее сведениями производится декодирование, т.е. расшифровка полученных сигналов или, иными словами, распознавание образа. Сведения о новых образах поступают также в систему памяти, т.е. накопительную систему. Сделаны попытки определить отдельные характеристики зрительной системы исходя из общей теории связи, о чем речь пойдет ниже. Здесь же остановимся на вопросе пропускной способности зрения.
Формально можно оценить пропускную способность из следующих соображений. Считая, что полезная зрительная информация, поступающие в глаз, сосредоточена в пространственном угле ясного зрения, и знаю разрешающая способность глаза и время, необходимое для расшифровки наиболее сложного образа, можно подсчитать максимальный поток информации за единицу времени.
Приняв поле ясного зрения за прямоугольник с размерами ав=12 по вертикали и аг=16 по горизонтали положив разрешение глаза d=1 ,получим число регистрирующих информацию элементарных участков в поле ясного зрения N=(aг/d) (aв/d)=(16 60/1) (12 60/1)=700000. Приняв число возможных состояний каждого элемента равным m, определим максимальное количество информации в одном изображении, дв. ед./изобр.: Imax=N log2m. Если время распознавания одного образа равным Тр, то пропускная способность зрительной системы, дв. ед./с: Сзр=Imax/Тр=(N/ Тр)log2m.
Приведенный расчет значения Сзр не дают возможности однозначно определить пропускную способность зрительной системы и носит скорее формальный характер. В самом деле, определенное здесь Imax характеризует некое гипотетическое изображение, в котором равновероятны любые значения m для каждого элемента, тогда как реальным изображениями всегда присуще большие или меньшие поля равного состояния (по цвету и по яркости). С другой стороны, очевидно, чем сложнее изображение (чем больше I), тем больше время Тр, необходимое для его распознавания, и последнее само является функцией I. В силу сказанного пропускания способность зрительной системы может быть определена лишь экспериментально. Рядом исследователей пропускания способность зрения определялась путем предъявления наблюдателю конечного количества заранее известных образов; время предъявления ограничивалось. Исходя из количества правильно опознанных образов, определялась пропускная способность зрения, которая может быть оценена всего лишь 50…70 дв. ед./с. Это различие в величии не пропускаемой и поступающей в глаз информации еще раз подтверждает осуществление весьма тщательного отбора информации в зрительной системе, а также колоссальную роль психологической деятельности и накопленного опыта в процессе распознавания образов. Для сравнения приведем некоторые значения пропускной способности информационных систем человека (по Купфмюллеру). Скорость при чтении с учетом статистики языка примерно 30…40 дв. ед./с, при сложении двух однозначных чисел 12дв.ед./с, а при вычитании одного числа из другого – всего 3 дв.ед./с.
В рассмотренной схеме (рис.2) глаз является приемником внешнего раздражения, приемником информации извне. Создавая ту или иную систему воспроизведения изображений, необходимо обеспечить на ее выходе максимально приближение изображения к непосредственному восприятию образа глаза.
Похожие работы
... Ты на пространственных частотах /V, приведенных к плоскости фотокатода ЭОП. Обработка результатов измерений. Пространственные частоты N, приведенные к плоскости фотокатода, вычисляют по формуле (16) где - электронно-оптическое увеличение испытуемого ЭОП; Г - увеличение оптики переноса изображения, расположенной между экраном и анализирующим растром; р - период анализирующего растра, мм ...
... установленными друг против друга. Эти зеркала имеют серебряное либо диэлектрическое отражающее покрытие, состоящее из нескольких слоев диэлектриков, каждый из которых обладает различными оптическими характеристиками. Серебряное покрытие по сравнению с диэлектрическим обладает меньшим коэффициентом отражения и большими потерями. В процессе эксплуатации серебряные покрытия портятся и требуют замены ...
... , регулирующие органы и исполнительные механизмы. Измерительное устройство, в общем случае, состоит из первичного, промежуточного и передающего измерительных преобразователей. Первичным измерительным преобразователем (или сокращенно первичным преобразователем) называется элемент измерительного устройства, к которому подведена измеряемая величина. Первичный преобразователь занимает первое место в ...
... преобразователи в зависимости от их назначения подразделяются на первичные, промежуточные, передающие, масштабные и другие.- первичный измерительный преобразователь – это преобразователь, к которому подведена измеряемая величина. Передающий измерительный преобразователь предназначен для дистанционной передачи сигнала измерительной информации, масштабный измерительный преобразователь – для ...
0 комментариев