X. Шиффман анализ пространственной частоты1

Если внимательно осмотреть то, что в данный момент находится у нас перед глазами, не обращая внимания на цвета, то даже поверхност­ный анализ позволит сказать, что мы видим чередование светлых и тем­ных участков. Любую сложную визуальную картину можно представить в виде мозаики, или матрицы, светлых и темных зон. При составлении таких матриц наиболее релевантными считаются два компонента: число контрастных светлых и темных участков (или их частота) и степень контраста между соседними светлыми и темными участками. Каким бы искусственным и механистическим ни казался этот анализ, указанные компоненты визуального паттерна достаточно информативны и могут оха­рактеризовать любую сложную картину; они с успехом использовались для описания базовых единиц, используемых зрительной системой для кодирования визуальной информации об окружающем мире. (Однако, как будет показано ниже, психологами найдено и идентифицировано много других компонентов физических раздражителей, которые также исполь­зуются для этой цели.)

Пространственные частоты

Любой участок поля зрения, образованный контрастными светлы­ми и темными участками, можно проанализировать и трансформировать в его пространственную частоту — в число вариаций светимости на определенном участке пространства. Для большей наглядности простран­ственную частоту можно определить как число циклов чередования тем­ных и светлых полос на данном участке поля зрения. Чем больше полос приходится на единицу площади паттерна, тем выше его простран-

¹ Шиффман X. Ощущение и восприятие. СПб.: Питер, 2003. С. 243-253.

96

Тема 17. Экспериментальные исследования восприятия

Рис. 1, Типы решеток, под каждым из них представлен соответствующий ему профиль светимости:

А — решетка синусоидального типа; Б — синусоидальная решетка с той же частотой, что и А, но менее контрастная; В — решетка квадратурно-волнового типа; Г — синтез квадратурной волны с помощью синтеза Фурье. Сложение компонентов Фурье приводит к аппроксимации квадратурной волны (f пред­ставляет собой частоту исходной синусоиды, соответствующей одному циклу)

Шиффман X. Анализ пространственной частоты

97

ственная частота. Следовательно, паттерны с высокими пространствен­ными частотами состоят из мелких деталей, паттерны с низкими про­странственными частотами — из крупных элементов. На практике про­странственной частотой называют число циклов изменения светимости на один градус угла зрения (циклов/градус). Подобное определение свя­зывает единицы измерения пространственной частоты со специфической единицей измерения величины образа на сетчатке — углом зрения <...> и устраняет необходимость специально оговаривать связь между величи­ной конкретных контрастных участков и расстоянием, с которого они воспринимаются.

Решетчатые паттерны и контраст. Решетчатыми паттернами на­зываются паттерны, состоящие из примыкающих друг к другу светлых и темных полос. Они используются в качестве «строительных блоков» при создании сложных зрительных композиций, и в этом заключается их практическая ценность, Примеры типичных решетчатых узоров представ­лены на рис. 1, А, Б, В. Под каждым узором приведены соответствую­щие им распределения интенсивности света, называемые профилями све­тимости. Обратите внимание на то, что полосы решеток, представлен­ных на рис. 1, А и Б, не имеют четких, хорошо очерченных краев, их заменяет постепенный переход от светлых участков к темным. В соответ­ствии с этим профили светимости этих паттернов представляют собой си­нусоиды, а подобные решетки называются синусоидальными, или сину­соидально-волновыми (sine-wave) решетками. Известны также и паттер­ны, профили светимости которых больше похожи на изломанные прямые, чем на кривые. На рис. 1, В представлен такой паттерн, называемый квадратурно-волновой решеткой. Квадратурно-волновый профиль свети­мости соответствует серии регулярно повторяющихся темных и светлых полос с четкими краями.

Кривая распределения интенсивности, представленная профилем светимости паттерна решетки (под каждым паттерном приводится его про­филь светимости), отражает степень контраста, характерную для всего пат­терна. Обратите внимание на то, что все узоры, представленные на рис. 1, имеют одинаковое количество циклов, или одинаковую пространственную частоту, но отличаются друг от друга распределением интенсивности, или контраста. Слово «контраст» в данном контексте употребляется для обо­значения разницы в светимости темных и светлых полос. Чем больше раз­ница, тем больше и контраст.

Ряд Фурье. Каким образом сложная зрительная картина связана с паттернами синусоидальных решеток, о которых мы только что рас­сказали? Прежде всего вспомните, что визуальный образ представляет собой паттерн освещенностей, т.е. он представляет собой сумму ряда простых компонентов. Используя специальный математический прием, называемый анализом Фурье, можно трансформировать сложное про­странственное распределение освещенности всей зрительной картины в