Kontras (penglihatan)

Kontras ialah perbezaan dalam pencahayaan atau warna yang menjadikan objek (atau perwakilannya dalam imej atau paparan) dapat dibezakan. Dalam persepsi visual dunia nyata, kontras ditentukan oleh perbezaan dalam warna dan kecerahan objek dan objek lain dalam medan pandangan yang sama. Sistem visual manusia lebih sensitif kepada kontras daripada pencahayaan mutlak; kita boleh melihat dunia yang sama tanpa mengira perubahan besar dalam pencahayaan sepanjang hari atau dari satu tempat ke satu tempat. Kontras maksimum imej ialah nisbah kontras atau julat dinamik. Imej dengan nisbah kontras yang hampir dengan nisbah kontras maksimum medium dikatakan mengalami pemeliharaan kontras, di mana sebarang peningkatan kontras di beberapa bahagian imej akan mengakibatkan pengurangan kontras di tempat lain. Mencerahkan imej akan meningkatkan kontras di kawasan gelap, tetapi mengurangkan kontras di kawasan terang, manakala menggelapkan imej akan mempunyai kesan sebaliknya. Pintasan luntur memusnahkan kontras dalam kedua-dua bahagian paling gelap dan terang pada imej sambil meningkatkan kontras kecerahan dalam kawasan kecerahan pertengahan.

Gambar daun dengan beberapa warna—imej bawah diubah dengan peningkatan ketepuan 11% dan peningkatan kontras 10%.

Terdapat banyak definisi kontras yang mungkin. Beberapa takrifan termasuk warna; sementara takrifan lain pula tidak. Travnikova berkata, "Kepelbagaian tanggapan kontras sedemikian amat menyusahkan. Ia merumitkan penyelesaian banyak masalah yang digunakan dan menjadikannya sukar untuk membandingkan hasil yang diterbitkan oleh pengarang yang berbeza."^[1]

Takrifan kontras yang pelbagai ini digunakan dalam situasi yang berbeza. Di sini, kontras kecerahan digunakan sebagai contoh, tetapi formula ini juga boleh digunakan pada kuantiti fizik lain. Dalam kebanyakan kes, takrifan kontras mewakili nisbah jenis

${\displaystyle {\frac {\mbox{Beza kecerahan}}{\mbox{Kecerahan purata}}}.}$

Rasional di sebalik ini ialah perbezaan kecil boleh diabaikan jika kecerahan purata adalah tinggi, manakala perbezaan kecil yang sama dapat dikira penting jika kecerahan purata adalah rendah. Di bawah, beberapa definisi umum diberikan.

Kontras Weber ditakrifkan sebagai

${\displaystyle {\frac {I-I_{\mathrm {b} }}{I_{\mathrm {b} }}},}$

dengan ${\displaystyle I}$ dan ${\displaystyle I_{\mathrm {b} }}$ masing-masing mewakili kecerahan ciri dan latar belakang. Ukuran ini juga dirujuk sebagai pecahan Weber, kerana ia adalah istilah malar dalam hukum Weber. Kontras Weber biasanya digunakan dalam kes di mana ciri-ciri kecil hadir pada latar belakang seragam yang besar, iaitu, di mana kecerahan purata adalah lebih kurang sama dengan kecerahan latar belakang.

Kontras Michelson^[2] (juga dikenali sebagai keterlihatan) biasanya digunakan bagi corak di mana kedua-dua ciri terang dan gelap adalah setara dan mengambil pecahan kawasan yang serupa (cth. parutan gelombang sinus). Kontras Michelson ditakrifkan sebagai

${\displaystyle {\frac {I_{\mathrm {max} }-I_{\mathrm {min} }}{I_{\mathrm {max} }+I_{\mathrm {min} }}},}$

dengan ${\displaystyle I_{\mathrm {max} }}$ dan ${\displaystyle I_{\mathrm {min} }}$ mewakili pencahayaan tertinggi dan terendah. Penyebut mewakili dua kali purata kecerahan maksimum dan minimum.^[3]

Kontras kuasa dua akar (RMS) tidak bergantung pada kandungan frekuensi sudut atau taburan ruangan pada kontras imej. Kontras RMS ditakrifkan sebagai sisihan piawai keamatan piksel:^[4]

${\displaystyle {\sqrt {{\frac {1}{MN}}\sum _{i=0}^{N-1}\sum _{j=0}^{M-1}\left(I_{ij}-{\bar {I}}\right)^{2}}}}$

di mana keamatan, ${\displaystyle I_{ij}}$ adalah unsur ke-${\displaystyle i}$ dan ke-${\displaystyle j}$ bagi imej dua dimensi dengan saiz ${\displaystyle M}$ kali ${\displaystyle N}$. ${\displaystyle {\bar {I}}}$ ialah keamatan purata bagi semua nilai piksel dalam imej. Gambar itu, ${\displaystyle I}$, diandaikan keamatan pikselnya dinormalkan dalam julat ${\displaystyle [0,1]}$.

Kepekaan/Sensitiviti kontras ialah ukuran keupayaan untuk membezakan antara kecerahan tahap yang berbeza dalam imej statik. Kepekaan kontras adalah berbeza-beza antara gambar, mencapai maksimum pada kira-kira 20 tahun, dan pada frekuensi sudut kira-kira 2-5 kitaran setiap darjah. Selain itu, ia boleh merosot mengikut usia dan juga disebabkan oleh faktor lain seperti katarak dan retinopati diabetik.^[5]

Ketajaman penglihatan adalah parameter yang sering digunakan untuk menilai penglihatan seseorang secara keseluruhan. Walau bagaimanapun, kepekaan kontras yang berkurangan boleh menyebabkan penurunan fungsi visual, walaupun dengan ketajaman penglihatan normal.^[6] Sebagai contoh, sesetengah individu yang menghidap glaukoma mungkin mencapai penglihatan 20/20 (darjah penglihatan ideal) dalam peperiksaan ketajaman, namun memiliki masalah dalam aktiviti kehidupan seharianan seperti memandu pada waktu malam.

Seperti yang dinyatakan di atas, kepekaan kontras menerangkan keupayaan sistem visual untuk membezakan komponen terang dan malap bagi imej statik. Ketajaman penglihatan boleh ditakrifkan sebagai sudut yang mana seseorang boleh melihat dua titik sebagai titik berasingan kerana imej ditunjukkan dengan kontras 100% dan ditayangkan ke retina fovea.^[7] Oleh itu, apabila pakar optometri atau oftalmologi menilai ketajaman penglihatan pesakit dengan carta Snellen atau beberapa carta ketajaman lain, imej sasaran dipaparkan pada kontras yang tinggi, cth, huruf hitam yang mengecil pada latar belakang putih. Peperiksaan kepekaan kontras berikutnya mungkin menunjukkan kesukaran dengan kontras yang berkurangan (menggunakan, cth., carta Pelli-Robson, yang terdiri daripada huruf kelabu bersaiz seragam tetapi semakin pucat pada latar belakang putih).

Untuk menilai sensitiviti kontras pesakit, salah satu daripada beberapa peperiksaan diagnostik boleh digunakan. Kebanyakan carta di pejabat pakar oftalmologi atau optometri akan menunjukkan imej kontras dan frekuensi sudut yang berbeza-beza. Bar selari dengan lebar dan kontras yang berbeza-beza, dikenali sebagai parutan gelombang sinus, dilihat secara berurutan oleh pesakit. Lebar bar dan jaraknya dipisahkan mewakili kekerapan sudut, diukur dalam kitaran setiap darjah.

Kajian telah menunjukkan bahawa kekerapan sudut peringkat sederhana, iaitu kira-kira 5-7 kitaran setiap darjah, dapat dikesan secara optimum oleh kebanyakan individu, berbanding dengan frekuensi sudut peringkat rendah atau tinggi.^[8] Ambang kontras boleh ditakrifkan sebagai kontras minimum yang boleh diselesaikan oleh pesakit. Kepekaan kontras adalah sama dengan 1/ambang kontras.