биофиз_3ЛР
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра БТС
отчет
по лабораторной работе №3
по дисциплине «Биофизика»
Тема: Исследование частотно-контрастной чувствительности зрения человека
Студентка гр. 9502 |
|
Позняк В.Ю. |
Преподаватель |
|
Виллевальде А.Ю. |
Санкт-Петербург
2021
Цель работы:
Выявление зависимости порогов контраста восприятия зрительных стимулов от пространственной частоты тестового изображения при различных условиях проведения психофизиологического эксперимента.
Задание к работе:
1. Изучите общие принципы проведения визоконтрастометрических исследований и методику изучения ЧКЧ зрения, реализуемую в лабораторной работе.
2. Проведите предварительные исследования. Установите следующие параметры проведения исследования:
Линейная частота тестовой решетки: от 5 до 135 циклов.
Яркость фона: 128 отн. ед.
Шаг изменения контраста: 1 отн. ед.
Расстояние до монитора: 100 см.
Время адаптации: 2 с.
Время ожидания реакции: 100 мс.
Количество повторов: 1.
Установите время адаптации и время ожидания ответной реакции испытуемого, которые обеспечат минимальное время реализации тестового задания без потери диагностической значимости.
3. Проведите исследование. Установите параметры проведения исследования:
Линейная частота тестовой решетки: 5, 15, 25, 60, 70, 80, 125, 135 циклов
Яркость фона: 128 отн. ед.
Шаг изменения контраста: 1 отн. ед.
Расстояние до монитора: 100 см.
Время адаптации: 2 с
Время ожидания реакции: 100 мс
Количество повторов: 5
Зрительный канал: бинокулярно
Цвет тестовой решетки: фиолетовый, красный, зеленый.
5. Сохраните результаты в графическом и текстовом видах.
6. Проведите сравнительный анализ результатов.
7. Сформулируйте выводы по работе.
Основные теоретические положения:
Различение зрительной системой окружающих предметов зависит не только от их размеров, но и от количества деталей на единицу площади и их контраста с фоном. Для оценки этого свойства глаза служит исследование частотно-контрастной чувствительности (ЧКЧ) зрения. ЧКЧ показывает зависимость порогового контраста восприятия от пространственной частоты (угловых размеров) воспринимаемых зрительных образов.
Методом исследования частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) является пространственно-частотный анализ.
Для человека видимым является практически весь пространственно-частотный диапазон: от нулевой частоты до верхней граничной частоты лимитируемой дифракцией. Контрастная чувствительность не одинакова в пределах этого диапазона.
В основе чувствительности к пространственно-частотному спектру изображения лежит довольно простой нейрофизиологический механизм: определенный вид весовых функций рецептивных полей нейронов различных уровней зрительной системы. Однако в реальных условиях видения значение гармонических составляющих не определяется простой передаточной функцией. В любой жизненной ситуации на работу зрительной системы накладываются результаты работы механизмов установки, мотивации, значения тех или иных объектов для наблюдателя. При этом ЧКХ зрения человека определяется не кривой контрастной чувствительности, а настройкой наблюдателя, неким механизмом избирательного внимания, который следует учитывать при проведении психофизиологических экспериментов для определения ЧКЧ.
Исследования ЧКХ проводят обычно с помощью изображений вертикальных черно-белых полос с синусоидальным распределением яркости – «синусоидальных решеток» (см. рисунок. 2) с различными пространственными частотами и изменяющимся контрастом.
Яркость тестового изображения определяется выражением:
B(x) = Bф + BSin(пx),
где Bф средний уровень яркости (яркость фона), В амплитуда яркости (амплитуда полос), п пространственная частота решетки (число периодов сигнала на 1 поля зрения).
Контраст решетки (глубина модуляции) определяется следующим соотношением:
К = (Bmax Bmin)/(Bmax + Bmin) = B/Bф.
Методика проведения эксперимента
Методика оценки ЧКЧ зрения, используемая в данной лабораторной работе, основана на различении периодичности тестового стимула при достижении его контрастом пороговой величины. В ходе проведения психофизиологического эксперимента испытуемому предъявляется тестовое изображение в виде полос с синусоидальным распределением яркости и определяется пороговый контраст КЧ зрения на 28 различных пространственных частотах в диапазоне примерно от 0,8 до 25 циклов/градус поля зрения.
Учитывая дискретность экрана монитора, на котором осуществляется воспроизведение тестовых стимулов, зависимость размера элемента дискретного растра (пикселя) от физического размера экрана, его разрешающей способности и текущего разрешения, закон распределения яркости тестового стимула вдоль оси абсцисс может быть описан следующим аналитическим соотношением:
B(i) = Bф + Asin(2Qi/L) = Bф + Asin(2ij/L) =
= Bф + Asin(4ij[arctg(0,5Ldpix/h)]/L),
где: Bф – яркость фона изображения, A – амплитуда «синусоидальной решетки», Q – количество периодов синусоидального сигнала, L – горизонтальный размер тестового стимула (в элементах дискретного растра), i – номер отсчета (элемента дискретного растра), j – пространственная частота, – угол зрения, dpix – горизонтальный размер элемента дискретного растра, h – расстояние от испытуемого до экрана монитора.
В ходе процесса прохождения исследования после предварительной адаптации зрительной системы к фоновой яркости на экране монитора воспроизводятся тестовые стимулы фиксированной пространственной частоты и заданного цвета с контрастом, плавно (с шагом k/Bф) нарастающим по линейному закону от нулевого значения до уровня превышающего порог его восприятия обследуемым. В момент четкого различения структуры тестового стимула испытуемый сообщает об этом нажатием левой кнопки манипулятора «мышь». Затем исследования повторяются на следующей пространственной частоте i. Поскольку в данном случае используется субъективный метод регистрации оцениваемого медико-биологического параметра, то для повышения достоверности проводимых исследований тестирование на каждой пространственной частоте повторяются n раз. Кроме того, для снижения вероятности сознательной или бессознательной фальсификации результатов тестирования последовательность предъявления тестовых стимулов формируется случайным образом. В результате автоматически строятся графические зависимости ЧКЧ зрения от пространственной частоты тестовых стимулов
Обработка результатов эксперимента
, цикл,град |
Чувствительность (1/отн.ед.) |
||||
Фиолетовый |
Красный |
Зеленый |
|||
0,3 |
22,1 |
23,3 |
22,1 |
||
0,8 |
24,6 |
26,7 |
22,9 |
||
1,3 |
25,6 |
27,8 |
26,7 |
||
3,1 |
26,7 |
25,6 |
23,7 |
||
3,6 |
23,7 |
21,3 |
22,1 |
||
4,1 |
22,9 |
19,4 |
21,3 |
||
6,4 |
20,6 |
17,8 |
16 |
||
7,0 |
20,6 |
17,3 |
16 |
Рисунок
3. Результаты визоконтрастометрических
исследований (фиолетовый, красный,
зеленый)
Выводы
В ходе выполнения данной лабораторной работы, мы выявили зависимости порогов контраста восприятия зрительных стимулов (бинокулярно) от пространственной частоты тестового изображения при различных условиях проведения психофизиологического эксперимента (три разных цвета тестовой решетки: фиолетовый, красный, зеленый).
Полученные графики зависимостей приблизительно совпадают с графиком нормы частотно-контрастной чувствительности зрения человека, что подтверждает верное выполнение эксперимента и норму ЧКЧ зрения испытуемого.
Некоторые отклонения графиков зависимостей связаны в первую очередь с задержкой фиксации значений, а также остротой зрения (испытуемый имеет близорукость -4,5, находился в корректирующих линзах), некорректным расстоянием до монитора, возникновением последовательных образов, а также общим утомлением глаз.