MENGGUNAKAN HARDWARE GRAFIS
BAB 7 PERSEPSI VISUAL
7.3 KECERAHAN DAN KONTRAS
Dalam cahaya terang, sistem visual manusia mampu membedakan kisi-kisi yang terdiri dari garis terang dan gelap paralel kontras tinggi sehalus 50–60 siklus/derajat. (Dalam hal ini,
"siklus" terdiri dari sepasang bilah terang dan gelap yang berdekatan.) Sebagai perbandingan, monitor komputer LCD terbaik yang tersedia saat ini, pada jarak pandang normal, menampilkan pola kandil dengan baik sekitar 20 siklus/derajat. Perbedaan kontras minimum pada tepi yang dapat dideteksi oleh sistem visual manusia dalam cahaya terang adalah sekitar 1% dari rata-rata pencahayaan di tepi. Di sebagian besar tampilan 8-bit, perbedaan tingkat abu-abu tunggal sering terlihat pada setidaknya sebagian dari rentang intensitas karena sifat mapping dari tingkat abu-abu ke pencahayaan tampilan aktual.
Gambar 7.2. Kontras antara garis-garis meningkat secara konstan dari atas ke bawah, namun ambang visibilitas bervariasi dengan frekuensi.
5 Kadang-kadang dikatakan bahwa tujuan utama dari penglihatan adalah untuk mendukung makan, menghindari dimakan, reproduksi, dan menghindari malapetaka saat bergerak. Memikirkan visi sebagai aktivitas yang diarahkan pada tujuan seringkali berguna, tetapi perlu dilakukan pada tingkat yang lebih rinci.
Mengkarakterisasi kemampuan sistem visual untuk mendeteksi pola skala halus (ketajaman visual) dan untuk mendeteksi perubahan kecerahan jauh lebih rumit daripada kamera dan perangkat akuisisi gambar serupa. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.2, ada interaksi antara kontras dan ketajaman dalam penglihatan manusia. Dalam gambar, skala pola menurun dari kiri ke kanan sementara kontras meningkat dari atas ke bawah. Jika Anda melihat gambar pada jarak pandang normal, akan jelas bahwa kontras terendah di mana sebuah pola terlihat adalah fungsi dari frekuensi spasial dari pola tersebut.
Ada hubungan linier antara intensitas cahaya L yang mencapai mata dari titik permukaan tertentu di dunia, intensitas cahaya I yang menyinari titik permukaan itu, dan ada ektivitas R dari permukaan pada titik yang diamati:
L = αI · R,
di mana bergantung pada hubungan antara geometri permukaan, pola iluminasi insiden, dan arah pandang. Sementara mata hanya dapat mengukur L secara langsung, penglihatan manusia jauh lebih baik dalam memperkirakan R daripada L. Untuk melihatnya, lihat Gambar 7.3 dalam cahaya langsung yang terang. Gunakan tangan Anda untuk membayangi salah satu pola, membiarkan yang lain langsung menyala. Sementara cahaya yang dipantulkan dari dua pola akan berbeda secara signifikan, kecerahan yang tampak dari dua kotak tengah akan tampak hampir sama. Istilah lightness sering digunakan untuk menggambarkan kecerahan yang tampak dari suatu permukaan, yang berbeda dari luminance yang sebenarnya. Dalam banyak situasi, ringan tidak berubah terhadap perubahan besar dalam iluminasi, sebuah fenomena yang disebut sebagai keteguhan cahaya.
Gambar 7.3. Keteguhan ringan. Berikan bayangan di atas salah satu pola dengan tangan Anda dan perhatikan bahwa kecerahan yang tampak dari dua kotak tengah tetap hampir
sama.
Mekanisme bagaimana sistem visual manusia mencapai keteguhan ringan tidak dipahami dengan baik. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.2, sistem penglihatan relatif
tidak sensitif terhadap pola cahaya yang berubah-ubah secara perlahan, yang dapat berfungsi untuk mengabaikan efek iluminasi yang bervariasi secara perlahan. Kecerahan semu dipengaruhi oleh kecerahan daerah sekitarnya (Gambar 7.4). Ini dapat membantu keteguhan cahaya ketika area diterangi dengan cara yang berbeda. Sementara efek kontras simultan ini sering digambarkan sebagai modifikasi dari kecerahan yang dirasakan dari satu wilayah berdasarkan kontras kecerahan di wilayah sekitarnya, sebenarnya jauh lebih rumit dari itu (Gambar 7.5 dan 7.6). Untuk lebih lanjut tentang persepsi ringan.
Gambar 7.4. (a) Kontras simultan: kecerahan semu dari batang tengah dipengaruhi oleh kecerahan area sekitarnya; (b) Batang yang sama tanpa variabel surround.
Gambar 7.5. Ilusi Munker-White menunjukkan kompleksitas kontras simultan.
Pada Gambar 7.4, wilayah tengah tampak lebih terang ketika area sekitarnya lebih gelap. Dalam (a), garis abu-abu di sebelah kiri terlihat lebih terang daripada garis abu-abu di sebelah kanan, meskipun mereka hampir dikelilingi oleh daerah putih; (b) menunjukkan strip abu-abu tanpa garis hitam.
Gambar 7.6. Persepsi cahaya dipengaruhi oleh persepsi struktur 3D. Dua permukaan yang ditandai (a) memiliki kecerahan yang sama, seperti halnya dua permukaan yang ditandai (b).
Sementara sistem visual sebagian besar mengabaikan pola intensitas yang bervariasi secara perlahan, sistem ini sangat sensitif terhadap tepi yang terdiri dari garis diskontinuitas dalam kecerahan. Tepi dalam intensitas cahaya yang dicitrakan sering sesuai dengan batas permukaan atau fitur penting lainnya di lingkungan (Gambar 7.7). Sistem penglihatan juga dapat mendeteksi perbedaan lokal dalam gerakan, disparitas stereo, tekstur, dan beberapa properti gambar lainnya. Namun, sistem penglihatan memiliki kemampuan yang sangat kecil untuk mendeteksi diskontinuitas spasial dalam warna bila tidak disertai dengan perbedaan dalam salah satu sifat lainnya.
Gambar 7.7. (a) Grayscale Image, (b) tepi image, yang merupakan garis dengan variabilitas spasial tinggi pada beberapa arah.
Gambar 7.8. Sistem visual terkadang melihat "tepian" bahkan ketika tidak ada diskontinuitas yang tajam dalam kecerahan, seperti yang terjadi di sisi kanan pola pusat pada gambar ini.
Persepsi tepi tampaknya berinteraksi dengan persepsi bentuk. Sementara tepi memberikan informasi yang dibutuhkan untuk menyimpan bentuk pengenalan pada sistem visual, kecerahan yang bervariasi secara perlahan dapat muncul sebagai tepi tajam jika tepi yang dihasilkan membuat bentuk yang lebih lengkap (Gambar 7.8). Gambar 7.9 menunjukkan kontur subjektif, bentuk ekstrim dari efek ini di mana kontur tertutup terlihat meskipun tidak ada kontur seperti itu pada gambar sebenarnya. Akhirnya, kepekaan sistem penglihatan
terhadap tepi juga tampak sebagai bagian dari mekanisme yang terlibat dalam persepsi cahaya. Perhatikan bahwa daerah yang dilingkupi oleh kontur subyektif pada Gambar 7.9 tampak sedikit lebih terang daripada daerah sekitar halaman. Gambar 7.10 menunjukkan interaksi yang berbeda antara edge dan lightness. Dalam hal ini, profil kecerahan tertentu di tepi memiliki efek dramatis pada kecerahan yang tampak dari permukaan di kedua sisi tepi.
Gambar 7.9. Terkadang, sistem visual akan "melihat" kontur subyektif tanpa perubahan kecerahan yang terkait.
Gambar 7.10. Kecerahan yang dirasakan lebih bergantung pada kontras lokal daripada kecerahan di seluruh permukaan. Coba tutupi tepi vertikal di tengah gambar dengan pensil.
Gambar ini adalah contoh dari ilusi Craik-O'Brien-Cornsweet.
Seperti yang ditunjukkan di atas, orang dapat mendeteksi perbedaan kecerahan antara dua wilayah yang berdekatan jika perbedaannya setidaknya 1% dari kecerahan rata-rata. Ini adalah contoh hukum Weber, yang menyatakan bahwa ada rasio konstan antara perbedaan yang nyata (jnd) dalam suatu stimulus dan besarnya stimulus:
Persamaan 7.2
∆𝐼 𝐼 = 𝑘1
di mana I adalah besarnya stimulus, I adalah besarnya perbedaan yang nyata, dan k1 adalah konstanta khusus untuk stimulus. Hukum Weber dipostulasikan pada tahun 1846 dan masih
tetap menjadi karakterisasi yang berguna dari banyak efek persepsi. Hukum Fechner, yang diusulkan pada tahun 1860, menggeneralisasikan hukum Weber dengan cara yang memungkinkan deskripsi kekuatan pengalaman indrawi apa pun, bukan hanya jnd:
Persamaan 7.3
S = k2 log(I),
di mana S adalah kekuatan persepsi dari pengalaman sensorik, I adalah besaran fisik dari stimulus yang sesuai, dan k2 adalah konstanta scalling khusus untuk stimulus. Praktik saat ini adalah memodelkan hubungan antara kekuatan stimulus yang dirasakan dan aktual menggunakan fungsi daya (hukum Stevens):
Persamaan 7.4
S = k3Ib,
di mana S dan I seperti sebelumnya, k3 adalah konstanta scalling lain, dan b adalah eksponen spesifik untuk stimulus. Untuk sejumlah besar kuantitas persepsi yang melibatkan penglihatan, b < 1. Ruang warna CIEL∗a∗b∗, dijelaskan di tempat lain, menggunakan representasi hukum Stevens yang dimodifikasi untuk mengkarakterisasi perbedaan persepsi antara nilai kecerahan.
Perhatikan bahwa dalam dua karakterisasi pertama dari kekuatan persepsi stimulus dan dalam Hukum Stevens ketika b < 1, perubahan stimulus ketika besarnya rata-rata kecil menciptakan efek persepsi yang lebih besar daripada melakukan perubahan fisik yang sama pada stimulus ketika memiliki besaran yang lebih besar.
“Hukum” yang dijelaskan di atas bukanlah batasan fisik tentang bagaimana persepsi beroperasi. Sebaliknya, mereka adalah generalisasi tentang bagaimana sistem persepsi merespon rangsangan fisik tertentu. Di bidang psikologi persepsi, studi kuantitatif tentang hubungan antara rangsangan fisik dan efek persepsinya disebut psikofisika. Sementara hukum psikofisik adalah pengamatan yang diturunkan secara empiris daripada akun mekanistik, fakta bahwa begitu banyak efek persepsi yang dimodelkan dengan baik oleh fungsi kekuatan sederhana sangat mencolok dan dapat memberikan wawasan tentang mekanisme yang terlibat.