Пороговый контраст

Рассматривая выше остроту зрения, мы отметили, что в основе ее лежит контрастная чувствительность глаза. В физиологической оптике отношение разности яркостей объекта и фона к яркости фона называют контрастом объекта с фоном или просто контрастом, а минимальный еще воспринимаемый контраст – пороговым контрастом. Контраст К определяют по формуле:

(17)

где L _ф – яркость фона;
L – яркость объекта.

Пороговое значение контраста обозначим К _п. Значение К _п зависит от углового размера объекта γ, яркости фона и времени наблюдения. На рис. 27 приведены зависимости порогового контраста К _п объекта в виде диска от яркости фона для различных угловых размеров объекта при вероятности обнаружения Р = 0,5 [21].

Рис. 27 – Зависимость порогового контраста от яркости фона и углового размера объекта

Из графика видно:

1) пороговые условия наблюдения определяются тремя параметрами: яркостью фона L _ф, угловым размером объекта γ и контрастом объекта К;
2) с увеличением углового размера объекта пороговый контраст уменьшается;
3) для объектов больших угловых размеров (больше 60′) пороговый контраст остается постоянным в пределах изменения яркости фона от нескольких единиц до 500 кд/м².

Отметим, что, если известен порог при вероятности Р = 0,5 и требуется определить значение порога при вероятности, например, Р = 0,8 или Р = 0,99, значение порога при Р = 0,5 необходимо умножить на 1,4 для Р = 0,8 и на 2,12 для Р = 0,99 [2].

На рис.28 изображено пороговое соответствие между яркостью фона и контрастом для разных угловых размеров объекта в виде круглого диска по данным Зидентопфа [2]. Характер зависимости для светлых объектов примерно тот же, что и для темных, хотя хорошо видно, что при равных угловых размерах объекта абсолютные значения пороговых контрастов для объектов темнее фона ниже, чем для объектов светлее фона.

Рис. 28 – Зависимость предельного углового размера объекта от контраста и яркости фона

Объекты темнее фона видны лучше, чем объекты светлее фона, различие в значениях контрастов составляет при этом 20%. Это соотношение справедливо как для фовеального так и периферического зрения.

За минимальный пороговый контраст для объектов γ ≥ 60′ для практических расчетов при неограниченном времени наблюдения при вероятности Р = 1 принимают К _п = 0,02. Опыты, проведенные в ГГО им. Воейкова, показали, что для обнаружения объектов на местности необходимым является более высокий контраст: К _п = 0,035 – 0,04. Это значение соответствует случаю, когда местоположение объекта точно известно наблюдателю, т.е. когда глаз точно направлен на объект. Если местоположение объекта неизвестно, то значение порогового контраста будет зависеть от угловых размеров поля, в пределах которого следует его искать, от времени, отпущенного на его обнаружение, и от вероятности обнаружения [15].

Величина, обратная минимальному пороговому контрасту, называется контрастной чувствительностью S: S = 1/ К _п. Максимальное значение контрастной чувствительности определяется предельно возможным пороговым контрастом с неограниченным угловым размером объекта в условиях оптимальной яркости L ≥ 350 кд/м². На рис.29 представлена зависимость контрастной чувствительности от возраста наблюдателя [4]. Из графика видно, что контрастная чувствительность с возрастом повышается, достигает максимального значения в 25 лет, после чего идет на снижение. Ограничение времени наблюдателя менее 3 с вызывает увеличение порогов. Бинокулярная контрастная чувствительность выше монокулярной на 10% при центральном зрении и на 50% – при периферическом зрении.

Рис. 29 – Изменение контрастной чувствительности глаза в зависимости от возраста

Существует несколько способов определения контрастной чувствительности. Самым распространенным является способ, при котором создают постоянный контраст, накладывают на оба поля дополнительную яркость, доводя контраст до порогового значения.

Различают два пороговых контраста [2]: порог исчезновения К _п.исч. – минимальный контраст объекта на пороге его исчезновения и порог появления К _п.появ. – минимальный контраст объекта на пороге его появления. При этом примерно К _п.появ.= 2 К _п.исч.. Часто за пороговый контраст принимают среднее значение К _п = (К _п.появ.+ К _п.исч.)/2.

Граница раздела между объектом и фоном также влияет на контрастную чувствительность: чем ближе друг к другу сравниваемые объекты, тем меньше пороговый контраст. Если линия раздела между сравниваемыми объектами не резкая, а образована полосой постепенного перехода от одной яркости к другой, то пороговый контраст увеличивается.