3.2. Свойства системы зрения человека

Очень часто окончательную оценку изображения делает человек. Исследование системы зрения человека показывает, что она обладает нелинейной характеристикой, а ее отклик не является абсолютно верным. Рассмотрим указанные особенности подробнее.

Одной из характеристик системы зрения человека является способность восприятия яркости света. Эксперименты по определению восприятия людьми минимально различимых градаций яркости света, поступающего от калиброванного источника, показали, что яркость света воспринимается глазом нелинейно [2]. Если начертить график зависимости величины этой минимально различимой градации яркости от эталонной яркости, то при изменении яркости в пределах нескольких порядков этот график имеет логарифмический характер. Такие субъективные экспериментальные результаты согласуются с объективными данными, полученными в экспериментах на животных, в которых установлено, что светочувствительные клетки сетчатки и оптический нерв возбуждаются с частотой, пропорциональной логарифму интенсивности подводимого к ним света. По вполне понятным причинам подобные объективные измерения на людях не проводились.

Другой отличительной особенностью системы зрения человека является ее пространственно-частотный отклик. Точная форма частотной характеристики глаза исследовалась с помощью ряда психовизуальных экспериментов. Было показано, что глаз подавляет низкие и ослабляет высокие пространственные частоты. В определенном смысле пространственно-частотный отклик имеет полосовой характер.

Наконец, для системы зрения человека характерна способность к насыщению, т.е. к ограничению отклика при очень больших или очень малых интенсивностях наблюдаемого светового потока.

Рассмотренные особенности были учтены при разработке методов сокращения избыточности изображений, рассматриваемых ниже.

3.3. Межкадровая и внутрикадровая избыточность изображения

Избыточность изображения проявляется в высокой степени взаимной статистической прогнозируемости элементов изображения. В радиотехнике такую связь сигналов характеризуют понятием корреляция. Конечной целью операции сжатия видеоинформации является устранение этой статистической прогнозируемости, т.е. необходимо в максимально возможной степени уменьшить коррелированность отсчетов, полученных при дискретизации видеосигналов.

Типичное изображение содержит очень много избыточной информации. Межкадровая избыточность изображений связана с необходимостью передавать изображение с достаточно высокой частотой. При этом изменение либо целого изображения, либо отдельных его участков от кадра к кадру может быть или небольшим или даже отсутствовать. Такой эффект имеет место, например, когда в телевидении передается статическая заставка экрана. Поэтому одним из способов уменьшения избыточности передаваемых сигналов изображения является передача не абсолютных значений сигналов, соответствующих определенным элементам изображений в различных кадрах, а их изменения от кадру к кадру.

Внутрикадровая избыточность обусловлена высокой степенью однородности изображения на малых участках изображения в пределах одного кадра. Размер этого участка можно оценить, вычисляя коэффициент корреляции между яркостями точек изображения, находящихся на различном расстоянии от точки, выбранной в качестве опорной. Расстояние, при котором коэффициент корреляции становится меньше некоторой заданной величины (обычно 5-10% от максимального значения), и есть искомый размер. Анализ показал, что для большинства изображений размер участка, в пределах которого проявляется взаимосвязь яркостей точек изображения, составляет 16х16 точек [2].