Levá strana snímku je málo kontrastní, pravá strana je kontrastnější.
Změny kontrastu na fotografii
Kontrast je rozdíl v jasu a/nebo barvě, který umožňuje rozlišit objekt (nebo jeho zobrazení v obraze či na displeji). Při vizuálním vnímání reálného světa je kontrast určen rozdílem v barvě a jasu objektu a ostatních objektů ve stejném zorném poli. Protože lidský zrakový systém je citlivější na kontrast než na absolutní jas, můžeme vnímat svět podobně bez ohledu na obrovské změny osvětlení v průběhu dne nebo z místa na místo. Maximální kontrast obrazu je kontrastní poměr neboli dynamický rozsah.
Biologická kontrastní citlivost
Funkce lidské kontrastní citlivosti vykazuje typický tvar pásmového filtru s vrcholem přibližně 4 cykly na stupeň a s poklesem citlivosti na obou stranách vrcholu. To nám říká, že lidský zrakový systém je nejcitlivější při detekci kontrastních rozdílů vyskytujících se při 4 cyklech na stupeň, tj. při této prostorové frekvenci jsou lidé schopni detekovat nižší kontrastní rozdíly než při jakékoli jiné prostorové frekvenci.
Vysokofrekvenční mezní hodnota představuje optické omezení schopnosti zrakového systému rozlišovat detaily a obvykle se pohybuje kolem 60 cyklů na stupeň. Vysokofrekvenční mezní hodnota souvisí s hustotou uspořádání fotoreceptorů sítnice: jemnější matrice dokáže rozlišit jemnější mřížky.
Pokles nízké frekvence je způsoben laterální inhibicí v gangliových buňkách sítnice. Typická gangliová buňka sítnice má centrální oblast s excitací nebo inhibicí a okolní oblast s opačným znaménkem. Při použití hrubých mřížek dopadají jasné pásy na inhibiční i excitační oblast gangliové buňky, což vede k laterální inhibici a vysvětluje nízkofrekvenční pokles funkce lidské kontrastní citlivosti.
Jedním z experimentálních jevů je inhibice modré barvy na periferii, pokud je modré světlo zobrazeno proti bílému, což vede ke žlutému okolí. Žlutá barva je odvozena od inhibice modré barvy v okolí centrem. Protože bílá minus modrá je červená a zelená, smísí se a vznikne žlutá.
Obrázek katedrály Notre Dame při pohledu z Eiffelovy věže
Stejný obrázek s přidaným globálním kontrastem a místním kontrastem (akutností) zvýšeným pomocí neostrého maskování.
Existuje mnoho možných definic kontrastu. Některé zahrnují barvu, jiné ne. Travniková si stěžuje: „Taková mnohost pojmů kontrastu je krajně nevhodná. Komplikuje řešení mnoha aplikačních problémů a ztěžuje porovnávání výsledků publikovaných různými autory.“
V různých situacích se používají různé definice kontrastu. Zde je jako příklad použit jasový kontrast, ale vzorce lze použít i pro jiné fyzikální veličiny. V mnoha případech představují definice kontrastu poměr typu
Důvodem je, že malý rozdíl je zanedbatelný, pokud je průměrná svítivost vysoká, zatímco stejně malý rozdíl má význam, pokud je průměrná svítivost nízká (viz Weberův-Fechnerův zákon). Níže jsou uvedeny některé běžné definice.
Weberův kontrast je definován jako
přičemž hodnoty a představují jas prvků a jas pozadí. Běžně se používá v případech, kdy se na velkém jednotném pozadí vyskytují malé prvky, tj. průměrná jasnost je přibližně rovna jasu pozadí.
Michelsonův kontrast (známý také jako viditelnost) se běžně používá pro obrazce, kde jsou světlé i tmavé prvky rovnocenné a zabírají podobnou část plochy. Michelsonův kontrast je definován jako
přičemž a představuje nejvyšší a nejnižší jas. Jmenovatel představuje dvojnásobek průměru svítivosti.
kde intenzita je -tý -tý prvek dvourozměrného obrazu o velikosti . je průměrná intenzita všech hodnot pixelů v obraze. Předpokládá se, že intenzity pixelů obrazu jsou normalizovány v rozsahu .
Kontrastní citlivost je měřítkem schopnosti rozlišit ve statickém obraze jasy různých úrovní. Kontrastní citlivost se u různých jedinců liší a dosahuje maxima přibližně ve 20 letech věku a při prostorových frekvencích přibližně 2-5 cyklů/stupeň. Kromě toho může klesat s věkem a také v důsledku dalších faktorů, jako je šedý zákal a diabetická retinopatie.
V tomto snímku závisí amplituda kontrastu pouze na vertikální souřadnici, zatímco prostorová frekvence závisí na horizontální souřadnici. Všimněte si, že pro střední frekvenci potřebujete k detekci sinusového kolísání menší kontrast než pro vysokou nebo nízkou frekvenci.
Citlivost na kontrast a zraková ostrost
Zraková ostrost je parametr, který se často používá k hodnocení celkového vidění. Snížená citlivost na kontrast však může způsobit snížení zrakových funkcí navzdory normální zrakové ostrosti. Například někteří jedinci s glaukomem mohou při vyšetření zrakové ostrosti dosáhnout vidění 20/20, přesto mají problémy s činnostmi každodenního života, jako je například řízení v noci.
Jak bylo uvedeno výše, kontrastní citlivost popisuje schopnost zrakového systému rozlišovat světlé a tmavé složky statického obrazu. Zraková ostrost může být definována jako úhel, pod kterým lze rozlišit dva body jako oddělené za předpokladu, že obraz je zobrazen se 100% kontrastem a je promítán na foveu sítnice. Když tedy optometrista nebo oftalmolog posuzuje zrakovou ostrost pacienta pomocí Snellenovy tabulky, cílový obraz je zobrazen s vysokým kontrastem (např. černá písmena na bílém pozadí). Následné vyšetření kontrastní citlivosti může prokázat potíže při sníženém kontrastu (např. šedá písmena na bílém pozadí).
K posouzení kontrastní citlivosti pacienta lze použít jedno z několika diagnostických vyšetření. Většina tabulek v ordinaci oftalmologa zobrazuje snímky s různým kontrastem a prostorovou frekvencí. Pacient si postupně prohlíží rovnoběžné pruhy různé šířky a kontrastu, známé jako sinusové mřížky. Šířka pruhů a jejich vzdálenost od sebe představují prostorovou frekvenci měřenou v cyklech na stupeň.
Studie prokázaly, že prostorová frekvence střední úrovně, přibližně 5-7 cyklů na stupeň, je pro většinu jedinců optimální ve srovnání s prostorovými frekvencemi nízké nebo vysoké úrovně. Práh kontrastu lze definovat jako minimální kontrast, který je pacient schopen rozlišit. Citlivost na kontrast se rovná 1/prah kontrastu.
Na základě výsledků vyšetření kontrastní citlivosti lze vykreslit křivku kontrastní citlivosti, přičemž na vodorovné ose je prostorová frekvence a na svislé ose práh kontrastu. Tento graf, známý také jako funkce kontrastní citlivosti (CSF), ukazuje normální rozsah kontrastní citlivosti a u pacientů, kteří spadají pod normální křivku, ukáže sníženou kontrastní citlivost. Některé grafy obsahují „ekvivalenty ostrosti kontrastní citlivosti“, přičemž nižší hodnoty ostrosti spadají do oblasti pod křivkou. U pacientů s normální zrakovou ostrostí a současně sníženou kontrastní citlivostí slouží plocha pod křivkou jako grafické znázornění zrakového deficitu. Právě kvůli této poruše kontrastní citlivosti mají pacienti potíže s řízením v noci, se stoupáním do schodů a s dalšími činnostmi denního života, při nichž je kontrast snížen.
Graf znázorňuje vztah mezi kontrastní citlivostí a prostorovou frekvencí. Obrázky podobné terčům jsou reprezentativní pro uspořádání neuronů centrum-okolí s periferní inhibicí při nízkých, středních a vysokých prostorových frekvencích. Použito se svolením Briana Wandella, PhD.
Nedávné studie prokázaly, že středněfrekvenční sinusoidální vzory jsou sítnicí optimálně detekovány díky uspořádání receptivních polí neuronů ve středu a okolí. Ve střednědobé prostorové frekvenci je vrchol (světlejší pruhy) vzoru detekován centrem receptivního pole, zatímco koryta (tmavší pruhy) jsou detekována inhibiční periferií receptivního pole. Z tohoto důvodu nízké a vysoké prostorové frekvence vyvolávají excitační a inhibiční impulsy překrýváním frekvenčních vrcholů a koryt v centru a na periferii receptivního pole neuronu. Na neuronální přenos sinusoidálních vzorů mají vliv i další environmentální, fyziologické a anatomické faktory, včetně adaptace.
Snížená kontrastní citlivost je způsobena mnoha etiologickými příčinami, včetně poruch sítnice, jako je věkem podmíněná makulární degenerace (ARMD), abnormalit čočky, jako je katarakta, a dysfunkcí vyššího řádu, včetně mrtvice a Alzheimerovy choroby. Vzhledem k množství etiologií, které vedou ke snížení kontrastní citlivosti, jsou testy kontrastní citlivosti užitečné pro charakterizaci a sledování dysfunkce a méně užitečné pro detekci onemocnění.
Zlepšení citlivosti na kontrast
Kdysi se mělo za to, že kontrastní citlivost je relativně stálá a s věkem se může pouze zhoršovat. Nový výzkum však ukázal, že hraní videoher může kontrastní citlivost mírně zlepšit.