Doktori (PhD) értekezés tézisfüzete

Átírás

1

2 Vas Zoltán Mezopos spektrális érzékenységi modell megalkotása vizuális megfigyelések alapján, a mezopos fénysűrűségi tartomány összegezhetőségének kérdése Doktori (PhD) értekezés tézisfüzete Témavezető: Dr. Schanda János Konzulens: Dr. Bodrogi Péter Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Informatikai Tudományok Doktori Iskola 2011

3 Tartalmi kivonat Külvilágunkat érzékszerveinken keresztül érzékeljük. Ezen érzékszervek közül talán az egyik legonyolulta a szem, és általa a látás mechanizmusa. A szem speciális fényérzékelő receptorokkal rendelkezik, melyek segítségével mind sötéten (pálcikák) mind világosan (csapok) látunk. Ezen érzékelők különözősége miatt eltérő spektrális érzékenységi göréket kell használnunk a sötéten és a világosan való látási viszonyokhoz. Világosan látási viszonyok között a V(λ) spektrális fényhatásfok függvényt használjuk. A görének egyetlen maximuma van λ=555 nm hullámhosszúságnál, ami azt jelenti, hogy az emeri szem érzékenységének maximuma nappali körülmények között a zöldes színekre a legnagyo. Sötéten látási körülmények között viszont a V (λ) göre írja le a receptorok érzékenységét, melynek némileg eltolva a kise hullámhosszak felé, λ =507 nm-nél van a maximuma. Ezen két tartomány között található a mezopos fénysűrűségi tartomány, mely megfelel például a szürkületi-, hajnali- vagy éjszakai járművezetés fényviszonyainak. Een a fénysűrűségi tartományan mind a két típusú fotoreceptor aktív, emiatt egy jóval komplexe jel- és jelfeldolgozó mechanizmusra van szükség a szem működésének leírásához. Az MSZ ejegyzése alapján Aney összegezhetőségről szóló törvénye a következőképpen hangzik: Az a tapasztalati törvény, amely szerint, ha az A és B színinger egyforma világosságú, valamint a és a D színinger is egyforma világosságú, akkor az A és a valamint a B és a D additív színingerkeveréke is egyforma világosságú.. Aney additivitásról szóló törvényénél szorosa megkötés és a fénysűrűség meghatározásának alapja az a tapasztalat, hogy a fénysűrűség kiszámítható spektrális integrálás segítségével. Ez a két állítás azonos színingerek esetén a fotopos és a szkotopos fénysűrűségi tartományan érvényes, de mezopos körülmények között nem teljesül, amit a csapok és a pálcikák kölcsönhatása okoz. A detektálási kontrasztküszönek a mezopos tartományan való előrejelzésénél fontos figyeleme venni Aney összegezhetőségről szóló törvényének sérülését, illetve a spektrális integrálás nem alkalmazhatóságát, hiszen minden spektrálisan összetett fényforrás esetén fellép a mezopos tartományan a nem-összegezhetőség prolémája. A disszertáció alapját képező kutatás során számos kontrasztküszö detektálási kísérlet készült 10 -os és 20 -os periferiális megfigyelés mellett homogén és 2

4 dinamikusan változó hátteret használva. Továi modellezéssel sikerült megalkotni és alátámasztani az úgynevezett H2 mezopos detektálási modellt. A felállított H2 kontraszt metrika előrejelzési teljesítményét három, az irodalomól származó modellel az X, a MOVE és a IE T1-58 modellel összehasonlítva a disszertációan emutatásra kerülnek a napjainkan használt előrejelző eljárások hiányosságai. Az eddig használt modellek figyelmen kívül hagyták az összegezhetőség nem meglétét, ezáltal nem megfelelő a szem e fénysűrűségi tartományeli érzékenységének megállapítása, az előrejelzett detektálási kontrasztküszö illetve a fénysűrűség számítása sem. Ez olyan szituációkhoz vezethet, amelyeken izonyos vizuális céltárgyak nem kerülnek detektálásra. Ez akár veszélyes helyzetekhez is vezethet. A megalkotott H2 modell a kromatikus jelek, megfigyelési szög, illetve az opponens-csatornák figyeleme vételével iztosaan képes előrejelezni a vizuális céltárgyak detektálásához szükséges kontrasztküszö értéket, így az inkrementum sugársűrűsége is kiszámítható Aney spektrális összegezhetőségről szóló törvényének figyeleme vételével. Így minden spektrálisan összetett fényforrás (például ED-eket használó, vagy nagynyomású nátrium lámpás közvilágítás) esetén kise hiával számítható a detektáláshoz szükséges minimális kontraszt. Az irodaloman található akromatikus modellek az X- a MOVE- és a IE T1-58 modellek nem veszik figyeleme a kromatikus jeleket, a megfigyelési szögtől való függést, továá Aney összegezhetőségről szóló törvényének teljesülését. Emiatt ezen modellekkel számított eredmények átlagosan 5-30%-kal eltérnek a valós detektáláshoz szükséges kontrasztküszö értékektől. Ez az eltérés első közelítő számításoknál elfogadható, emiatt mégis felhasználható az előrejelzésük a közelítő detektálási kontrasztküszö meghatározásához. Az összehasonlított modellek detektálási kontrasztküszö számítási teljesítményét jól tükrözi az előrejelzett értékek szórása: minél kise a különöző céltárgyakhoz számított eredmények szórása, annál jo az előrejelzési teljesítmény. A vizsgált 20 és 10 megfigyelési szög mellett is az új H2 kontraszt metrikának kise a szórása átlagosan 30%-kal az irodaloman található modellekénél. 3

5 Tézisek 1. A kontrasztot a vizuális céltárgy és a háttér között célszerű a tradicionális módszer: céltárgy háttér =, (1) háttér helyett a H2 kontraszt metrika által definiált módon számítani: H2= α( /Y MP ) + αm(m /Y MP ) M+ αs(s /Y MP ) S+ αr(r /Y MP ) R+, (2) γ ( /Y ) - γ (M /Y ) MP M MP M mégpedig a H2 -t definiáló M S R =, (3) M =, (4) M S =, (5) S R =, (6) R ahol -, M-, S- a csapok, R- pedig a pálcikák spektrális érzékenységét leíró függvényeket jelölik. A receptorok alsóindexéen szereplő jelzi a háttér spektrumával, a pedig az inkrementummal súlyozott értékeket, amelyeket a következőképpen számolhatjuk ki: λ χ λ λ, = ( ) ( )d( ) = ( λ) χ( λ)d( λ ), (7) M M λ χ λ λ, = ( ) ( )d( ) M = M ( λ) χ( λ)d( λ ), (8) 4

6 S R S λ χ λ λ, = ( ) ( )d( ) R λ χ λ λ, = ( ) ( )d( ) S = S( λ) χ( λ)d( λ ), (9) R = R( λ) χ( λ)d( λ ). (10) V ( λ)= α ( λ)+ α M ( λ)+ α S( λ)+ α V '( λ)+ γ ( λ)- γ M ( λ ), (11) Y MP M S R M = V ( λ) χ ( λ)d( λ ), (12) MP MP ahol a háttér spektrumát χ (λ)-vel, az inkrementum spektrumát pedig χ(λ)-vel jelölöm. A (2). egyenleten szereplő {α, α M, α S, α R, γ, γ M } paraméterhalmaz a kísérleti adatokra illesztett V MP (λ) göre paraméterei. Y MP pedig egy fénysűrűség jellegű érték, amelyet a (12). egyenlet szerint számítjuk. Ezen egyenletek felhasználásával, amelyek által definiált módszer segítségével a fotoreceptorok egymástól független, a háttér színképi teljesítmény eloszlásához való adaptációja írható le. A korái, (1). egyenleten definiált módszer erre nem ad lehetőséget. 2. Az irodaloman szereplő korái metrikák nem veszik figyeleme az opponenscsatornák jeleit, ezáltal nem képesek feloldani a nem-összegezhetőség prolémáját. Ellenen a H2 modell kialakítása révén receptor specifikus adaptáció, opponens-csatornák figyeleme vétele, spektrális érzékenység kiszélesítése képes minimalizálni, optimális eseten kiküszöölni ezt a hiát, így egy pontosa detektálási kontrasztküszö értéket számítani. 3. Dolgozatoman megállapítottam, hogy a spektrálisan összetett vizuális céltárgyaknál jelentkezik a nem-összegezhetőség prolémája, amely a sárgás színű céltárgyak esetén a legjelentőse, amit az (-M) illetve az (M-) típusú receptív mezők okoznak. Ezt a jelenséget a kifejlesztett H2 + része orvosolja. 4. Az irodaloman szereplő modellek a mezopos tartományra rendre saját fénysűrűség számítást javasolnak például MES,MOVE, ami nem megfelelően írja le a vizuális céltárgyak láthatóságát. A H2 metrika a céltárgy kontrasztját 5

7 számítja a háttérhez képest, ami valóan a céltárgy láthatóságáról ad információt az adott helyzeten. Emiatt a mezopos tartományan történő előrejelzéseket nem fénysűrűség-, hanem kontrasztszámítással adja meg. 5. Dolgozatoman megmutattam, hogy az irodaloman található modellek: az X, a MOVE és a IE T1-58 által ajánlott modell kontrasztküszö előrejelzése elfogadható 10 -os megfigyelés szög esetén. Nagyo szögek, például 20 -os szög alatt tö eseten ezen modellek által jelzett kontrasztküszöénél az átlagos megfigyelő még nem észleli a céltárgyat. Ez közlekedésiztonsági rizikó helyzetet jelent. 6

8 Tézisekhez kapcsolódó pulikációk [1] Péter Bodrogi, Zoltán Vas, Nils Hafenkemper, Géza Várady, hristoph Schiller, Tran Quoc Khahn, János Schanda: Effect of chromatic mechanisms on the detection of mesopic incremental targets at different eccentricities, Ophthalmic and Physiological Optics, Vol. 30 Issue 1,PP [2] Z. Vas, P. Bodrogi, J. Schanda, G. Várady: The non-additivity phenomenon in mesopic photometry Svetotechnika - ight and Engineering, Vol. 2010/3, PP Továi pulikációk [3] Vas Zoltán, Bodrogi Péter, Schanda János: A látás teljesítményének leírása alkonyatkor és éjszaka, Világítástechnikai Ankét 2007, Budapest, D-Melléklet [4] Zoltán Vas, Péter Bodrogi: Additivity of mesopic photometry, International Symposium on Automotive ighting 2007, Darmstadt, Germany, D-Melléklet [5] Péter Bodrogi, Zoltán Vas, hristoph Schiller, Tran Quoc Khanh: Psycho-physical evaluation of a chromatic model of mesopic visual performance Fourth European onference on olour in Graphics, Imaging and MS/ , Terrassa, Spain, D-Proceedings [6] Vas Zoltán, Schanda János, Bodrogi Péter: Nem-additivitási hatások a mezopos fotometriáan X. Közvilágítási Ankét, Budapest, D-Melléklet [7] Zoltán Vas, Péter Bodrogi, János Schanda : Non-additivity in mesopic oject detection, International Symposium on Automotive ighting 2009, PP , Darmstadt Germany [8] Zoltán Vas, Péter Bodrogi, János Schanda, Géza Várady : Non-additivity errors in mesopic photometry, ommission Internationale de l'éclairage ight and ighting Midterm onference 2009, Budapest, D-Melléklet [9] Vas Zoltán, Szaó Ferenc, Schanda János : A fényforrás spektrumának hatása a látásélességre a mezopos fénysűrűségi tartományan, Világítástechnikai Társaság, ED Konferencia 2010, Budapest, D-Melléklet [10] Ferenc Szaó, Zoltán Vas, János Schanda: Investigation of the effect of light source spectra on visual acuity at mesopic lighting conditions, ommission Internationale de l'éclairage ighting Quality and Energy Efficiency 2010, Vienna, Austria, D-Melléklet [11] Vas Zoltán, Bodrogi Péter: Mezopos látás, Világítástechnikai Évkönyv 2008, PP Budapest, [12] Vas Zoltán, Szaó Ferenc, Schanda János : A fényforrás spektrumának hatása a látásélességre a mezopos fénysűrűségi tartományan, Elektrotechnika, Vol. 103, Issue 3 PP Budapest, Hungary [13] Zoltán Vas, Péter Bodrogi, János Schanda, Géza Várady: Non-additivity errors in mesopic photometry, ommission Internationale De 'Éclairage Midterm onference Selected Paper Proceedings, IE x034:2010 ISBN: , D-Melléklet 7