1 Экскурсия в глаз — 2 Восприятие — 3 Геометрия зрения — 4 Eye tracking — 5 Как поймать взгляд — 6 Моделирование eye tracking
В этом посте рассказывается об некоторых особенностях восприятия человека происходящих ещё на уровне сетчатки глаза (до анализа картинки в мозгу). Полужирным выделены моменты непосредственно связанные с темой постов. Если непонятны какие-то термины – смотрите первую часть.
Основными параметрами цвета являются цветовой тон, яркость и насыщенность, соответствующие комплексу физических параметров отражённого света: длины волны, интенсивности и спектральной чистоте.
Яркость. Чем выше интенсивность, тем более ярким кажется цвет. Однако при одной и той же интенсивности некоторые цвета кажутся более яркими (к примеру, жёлтый против синего). Это связано с распределением количества колбочек разного типа и видами цвета ими воспринимаемых (к примеру, жёлтый воспринимается сразу двумя видами колбочек, от того он значительно более интенсивен, чем синий).
Спектрально чистый монохроматический свет является максимально насыщенным, однако, если добавить к монохроматическому свету свет с другой длиной волны или белого то, цвет будет восприниматься как менее чистый, с другой стороны – более яркий.
Диаграмма трёхмерного цветового веретена иллюстрирует связь между цветовым тоном, яркостью и насыщенностью (иллюстрация из книги Харви Шиффмана «Ощущения и восприятие»):
Ось веретена представляет все оттенки серого, воспринимаемое ощущение насыщенности показано диском и увеличивается от его центра к краям.
Диаграмма наглядно показывает, что насыщенность максимальна только на средних уровнях яркости, при увеличении или уменьшении яркости ощущение насыщенности падает.
Цветовой круг Ньютона соответствует центральному диску веретена на уровне максимальной насыщенности цвета. Цвета расположены по цветовому кругу так, чтобы подчеркнуть некоторые закономерности в восприятии цветов.
Каждый цвет имеет свой комплиментарный цвет, занимающий в цветовом круге диаметрально противоположную позицию. Смесь комплиментарных цветов, взятых в определённом соотношении, образует белый или серый цвет. Пары комплиментарных цветов являются цветами-антогонистами, поскольку они аннулируют влияние друг друга на зрительную систему.
Примеры комплиментарных цветов: синий и жёлтый, красный и сине-зелёный, зелёный и пурпурный, причём пурпурный лежит вне цветового круга, поскольку не имеет своей цветовой волны, а является ощущением, возникающим при смешении спектрально-чистых цветов.
Цвета, вызывающие одинаковые ощущения, но имеющие разную физическую природу называются метамерами. Пример метамеров – спектральный зелёный, полученный при разложении белого света через призму и зелёный, полученный смешением жёлтой и синей краски. Цвета бывают аддитивные и субстрактивные. Хорошо о том, как составляются цвета написано тут, и, поскольку цветовая модель не совсем входит в рамки разговора о восприятии картинки, то о цвете достаточно вышесказанного. Это полностью объясняет восприятие группы пикселей на мониторе человеческим глазом.
В результате множества проведённых экспериментов был сделан вывод, что изменение цвета и освещённости человек воспринимает исключительно на границах. К примеру, иллюзия Маха:
Кажется, что грани прямоугольников подчёркнуты. Мало того, кажется, что левые границы прямоугольников светлее правых, хотя на самом деле они равномерно окрашены. Полосы маха показывают, что ещё на уровне сетчатки контрастные границы подчёркиваются и воспринимаются более сильно. Или вот иллюзия светлотного контраста:
Внутренние квадраты идентичны по яркости, но воспринимаются по разному из-за фона. То же относится и к восприятию цвета:
Цвет кажется более ярким в окружении комплиментарного фона.
Таким образом, ещё до анализа визуальной информации и распознавания образов, впечатление о внешнем мире от глаза в мозг передаётся уже в виде набора различных контуров, цветовой и яркостной информации о различных регионах.
Граница воспринимается сетчаткой, как изменение какого-то параметра (яркости, тона, длины или направления). Для ощущения границы сетчатке необходимо, чтобы разница в интенсивности превысила какое-то пороговое значение.
В ходе опытов было выяснено, что для восприятия сигналов справедлива зависимость, носящая название закон Вебера: «Чтобы два сигнала можно было отличить друг от друга разница между ними должна быть пропорциональна их абсолютной величине»
, где I — интенсивность восприятия
В ходе тех же опытов было выяснено, что коэффициент k в этой формуле равен примерно 1/60. Что это может означать к применительно к компьютерному цвету? Градации яркости в RGB модели цвета соответствуют 256 значениям от 0 до 255. Таким образом, если разместить более светлый квадрат на чёрном фоне (0 яркости в RGB модели) и глаз смог уверенно зафиксировать границу этого квадрата, яркость квадрата должна быть не менее 5.
А что же с градиентами? Как воспринимается плавность нарастания яркости? Для восприятия плавности важна другая зависимость, носящая название закон Фехнера:
, где S — это разница между изменением ощущения, а I — реальное изменение сигнала (к примеру, освещённости).
Соответственно, чтобы нарастание сигнала ощущалось плавным I должна меняться по экспоненте. Коэффициент k в данном уравнении является тем же коэффициентом, что и в законе Вебера.
Следующая зависимость, имеющая название степенной закон Стивенса, говорит, насколько сильно воспринимается изменение сигнала. К примеру, насколько сильно воспринимается разница яркостей или «длинность» линии:
в этом уравнении коэффициент k уже не имеет отношения к константе Вебера и зависит от выбора метрической шкалы, а коэффициент b является вычисляемой константой, зависящей от вида воздействия.
Для яркости в темноте b экспериментально вычислен как 0,33, для восприятия длины — 1,0. Таким образом, в случае восприятия длины зависимость принимает вид:
т.е. сила восприятия длины прямо пропорционально длине и линия в 2 сантиметра кажется в два раза больше линии в 1 см.
1 Экскурсия в глаз — 2 Восприятие — 3 Геометрия зрения — 4 Eye tracking — 5 Как поймать взгляд — 6 Моделирование eye tracking
В этом посте рассказывается об некоторых особенностях восприятия человека происходящих ещё на уровне сетчатки глаза (до анализа картинки в мозгу). Полужирным выделены моменты непосредственно связанные с темой постов. Если непонятны какие-то термины – смотрите первую часть.
Особенности восприятия цвета
Основными параметрами цвета являются цветовой тон, яркость и насыщенность, соответствующие комплексу физических параметров отражённого света: длины волны, интенсивности и спектральной чистоте.
Яркость. Чем выше интенсивность, тем более ярким кажется цвет. Однако при одной и той же интенсивности некоторые цвета кажутся более яркими (к примеру, жёлтый против синего). Это связано с распределением количества колбочек разного типа и видами цвета ими воспринимаемых (к примеру, жёлтый воспринимается сразу двумя видами колбочек, от того он значительно более интенсивен, чем синий).
Спектрально чистый монохроматический свет является максимально насыщенным, однако, если добавить к монохроматическому свету свет с другой длиной волны или белого то, цвет будет восприниматься как менее чистый, с другой стороны – более яркий.
Диаграмма трёхмерного цветового веретена иллюстрирует связь между цветовым тоном, яркостью и насыщенностью (иллюстрация из книги Харви Шиффмана «Ощущения и восприятие»):
Ось веретена представляет все оттенки серого, воспринимаемое ощущение насыщенности показано диском и увеличивается от его центра к краям.
Диаграмма наглядно показывает, что насыщенность максимальна только на средних уровнях яркости, при увеличении или уменьшении яркости ощущение насыщенности падает.
Цветовой круг Ньютона соответствует центральному диску веретена на уровне максимальной насыщенности цвета. Цвета расположены по цветовому кругу так, чтобы подчеркнуть некоторые закономерности в восприятии цветов.
Каждый цвет имеет свой комплиментарный цвет, занимающий в цветовом круге диаметрально противоположную позицию. Смесь комплиментарных цветов, взятых в определённом соотношении, образует белый или серый цвет. Пары комплиментарных цветов являются цветами-антогонистами, поскольку они аннулируют влияние друг друга на зрительную систему.
Примеры комплиментарных цветов: синий и жёлтый, красный и сине-зелёный, зелёный и пурпурный, причём пурпурный лежит вне цветового круга, поскольку не имеет своей цветовой волны, а является ощущением, возникающим при смешении спектрально-чистых цветов.
Цвета, вызывающие одинаковые ощущения, но имеющие разную физическую природу называются метамерами. Пример метамеров – спектральный зелёный, полученный при разложении белого света через призму и зелёный, полученный смешением жёлтой и синей краски. Цвета бывают аддитивные и субстрактивные. Хорошо о том, как составляются цвета написано тут, и, поскольку цветовая модель не совсем входит в рамки разговора о восприятии картинки, то о цвете достаточно вышесказанного. Это полностью объясняет восприятие группы пикселей на мониторе человеческим глазом.
Особенности работы сетчатки
В результате множества проведённых экспериментов был сделан вывод, что изменение цвета и освещённости человек воспринимает исключительно на границах. К примеру, иллюзия Маха:
Кажется, что грани прямоугольников подчёркнуты. Мало того, кажется, что левые границы прямоугольников светлее правых, хотя на самом деле они равномерно окрашены. Полосы маха показывают, что ещё на уровне сетчатки контрастные границы подчёркиваются и воспринимаются более сильно. Или вот иллюзия светлотного контраста:
Внутренние квадраты идентичны по яркости, но воспринимаются по разному из-за фона. То же относится и к восприятию цвета:
Цвет кажется более ярким в окружении комплиментарного фона.
Таким образом, ещё до анализа визуальной информации и распознавания образов, впечатление о внешнем мире от глаза в мозг передаётся уже в виде набора различных контуров, цветовой и яркостной информации о различных регионах.
Границы и их различение
Граница воспринимается сетчаткой, как изменение какого-то параметра (яркости, тона, длины или направления). Для ощущения границы сетчатке необходимо, чтобы разница в интенсивности превысила какое-то пороговое значение.
В ходе опытов было выяснено, что для восприятия сигналов справедлива зависимость, носящая название закон Вебера: «Чтобы два сигнала можно было отличить друг от друга разница между ними должна быть пропорциональна их абсолютной величине»
, где I — интенсивность восприятияВ ходе тех же опытов было выяснено, что коэффициент k в этой формуле равен примерно 1/60. Что это может означать к применительно к компьютерному цвету? Градации яркости в RGB модели цвета соответствуют 256 значениям от 0 до 255. Таким образом, если разместить более светлый квадрат на чёрном фоне (0 яркости в RGB модели) и глаз смог уверенно зафиксировать границу этого квадрата, яркость квадрата должна быть не менее 5.
А что же с градиентами? Как воспринимается плавность нарастания яркости? Для восприятия плавности важна другая зависимость, носящая название закон Фехнера:
, где S — это разница между изменением ощущения, а I — реальное изменение сигнала (к примеру, освещённости).Соответственно, чтобы нарастание сигнала ощущалось плавным I должна меняться по экспоненте. Коэффициент k в данном уравнении является тем же коэффициентом, что и в законе Вебера.
Следующая зависимость, имеющая название степенной закон Стивенса, говорит, насколько сильно воспринимается изменение сигнала. К примеру, насколько сильно воспринимается разница яркостей или «длинность» линии:
в этом уравнении коэффициент k уже не имеет отношения к константе Вебера и зависит от выбора метрической шкалы, а коэффициент b является вычисляемой константой, зависящей от вида воздействия.
Для яркости в темноте b экспериментально вычислен как 0,33, для восприятия длины — 1,0. Таким образом, в случае восприятия длины зависимость принимает вид:
т.е. сила восприятия длины прямо пропорционально длине и линия в 2 сантиметра кажется в два раза больше линии в 1 см.
1 Экскурсия в глаз — 2 Восприятие — 3 Геометрия зрения — 4 Eye tracking — 5 Как поймать взгляд — 6 Моделирование eye tracking
