Механізми декорреляции з допомогою дрібних очних рухів і за допомогою індукційних відносин, мабуть, частково дублюють, а частково доповнюють один одного. Можна припустити, що декорреляция за рахунок індукційних явищ починає відігравати основну роль при розгляданні швидко мінливих або короткочасно пред'являються зображень, коли періоди низькочастотних компонентів очних рухів (значення яких вже було зазначено вище) виявляються більше часу розглядання.
Є дані, побічно свідчать про існування в зоровому аналізаторі більш складної системи декорреляции пророкуванням, ніж просте передбачення рівності сусідніх (або наступних один за одним у часі) елементів.
Можна побудувати систему з лінійним передбаченням, засновану на припущенні про найбільшу ймовірність того, що різниці яскравостей між сусідніми елементами дорівнюють один одному,
Тп+1-Вп = Вп-Вп-1 . ( 43)
Роботу такої системи можна пояснити за допомогою рис. 41. Нехай яскравість розподілена вздовж якої-небудь лінії на зображенні, як показано на рис. 41, а. Виділимо ті точки кривої У(х), де нахил кривої змінюється більш або менш значно, або, іншими словами, друга похідна"(х) перевищує деякий поріг обмеження. На рис. 41 відзначені ці точки. Їх можна назвати кутовими точками. У кутових точках виникає помилка передбачення. Тут нахил кривої різко відрізняється від передбаченого попереднього значення. Для відновлення зображення (з тією точністю, яка визначається граничним значенням другої похідної) слід провести лінійну інтерполяцію, як показано на рис. 41, б.
Такий метод відновлення зображення але кутових точок було змодельовано за допомогою електронно-лічильної машини (Julesz, 1959). На вхід електронної машини подавали електричний сигнал, пропорційний яскравості елементів вихідного зображення (сигнал зображення), яка послідовно сканували, як в телевізійній системі. Машина обчислювала кінцеві різниці між значеннями сигналів дискретних елементів. Якщо друга кінцева різниця, (відповідна другої похідної) перевершувала поріг обмеження, відзначалася кутова точка. Потім машина виробляла сигнал, лінійно інтерполюючий ділянки між послідовними кутовими точками. Цей сигнал подавався в електронно-променеву трубку, на екрані якої відтворювалося интерполированное зображення. Пороги обмеження вибиралися дуже грубо. Перші кінцеві різниці, які відповідали першим похідним, були проквантованы всього лише на три значення (-1, 0, +1), тобто «спад», «відсутність змін», «підйом». Незважаючи на це, зображення, отримані при інтерполяції, здаються настільки ж високоякісними, що і вихідні.
Це, можливо, є наслідком того, що око реагує не стільки на перші різниці (перші похідні), скільки на другі і більш високі похідні. Тому залишалися непоміченими досить грубі зміни У(х) при лінійній інтерполяції.
Ще до цієї роботи на роль вищих похідних у виділенні контурів вказував Грін (Green, 1957).
Яскравість, розподілена, як показано на верхній кривий рис. 42, суб'єктивно сприймається так, як схематично зображено на нижній кривий того ж малюнка. На ділянках А і В, де абсолютні значення другої похідної У ' (x) помітно відрізняються від нуля, з'являються темна і світла смужки, що підкреслюють переходи. При цьому ділянці, де друга похідна позитивна (В), відповідає темна смужка - D1D2, а ділянки, де друга похідна від'ємна (А), - світла смужка СгС2. Завдяки такому виділення контурів темна майданчик перед переходом (В) як би підкреслена темним, а перехід до світлої майданчику (А) -світлим. Якщо ділянки А і В дуже малі (крива зазнає круті злами), то смужки D1D2 і С1С2 стають вже. Важливе значення має також швидкість переходу від ділянки А до ділянки, тобто більш високі похідні від У(х). Чим ближче вигин А до вигину, тим помітніше контури.
Механізми такої складної системи передбачення ще не ясні. Було б цікаво зіставити ефект виділення контурів з індукційними явищами в сітківці, гарною ілюстрацією яких служить досвід Хартлайна з маскою. Можливо також, що виділення контурів відбувається дещо інакше, шляхом вирахування нечіткого зображення з чіткого. Такого роду процеси легко моделюються і вже були використані в експериментах з телевізійним зображенням (Kretzmer, 1956). Пояснимо це з допомогою рис. 43. Верхня крива (а) відповідає ходу У(х) у чіткому вихідному зображенні з різкими переходами. Нехай тепер ця крива «згладжується» у фільтрі та у її спектрі залишені тільки нижні частоти. Ця згладжена низькочастотна крива показана на рис. 43, б. Нарешті, нижня крива () являє собою різницю між цими кривими. В результаті виходять контури того ж виду, що і при взятті другої похідної. Коважный і Джозеф (Kovacznay, Joseph, 1955) показали, що ці операції практично тотожні. Можливо, що такий спосіб подання зображень здійснюється і в зоровій системі. Накладання рецептивные поля здаються відповідними пристроями для таких операцій. При фотопических яркостях їх невеликі центральні зони оточені широкими гальмівними кільцями.
Гальмування на периферії рецептивного поля природно зіставити з вирахуванням низькочастотної складової спектру зображення.
На користь того, що можливий такий спосіб представлення зображень, кажуть досліди, в яких досліджувалось сприйняття перетворених телевізійних зображень. Шрейбер,. Кнапп і Кей (Shreiber, Кпарр a. Key, 1959) складали контурні зображення, отримані шляхом вирахування сигналу нечіткого зображення (після фільтра нижніх частот) з сигналу чіткого зображення і грубо проквантованные на кілька градацій, з нечітким зображенням. Синтезовані таким чином зображення не відрізнялися за виглядом від вихідних.
Цікаво, що в дослідах з перетворення телевізійних зображень побічно підтверджували існування інтерполяції між контурами (новими значеннями) у зоровій системі. Зображення з кілька підкресленими контурами здається більш контрастним, навіть якщо ці контури виділені лише в одному напрямку, впоперек рядків телевізійного розкладання (Kretzmer, 1956). Можна для поліпшення сприйняття підкреслювати контур в обох напрямках; при цьому можуть бути навіть помітні спотворення, але розрізнення об'єктів загалом покращується. До цього вдаються ретушери, підкреслюють переходи саме так, як показано на рис. 42, тобто підсилюють чорний контур на темному ділянці і білий - на світлому.
Прямим доказом існування інтерполяції в зоровій системі є те, що ми не бачимо «сліпої плями» - ділянки на сітківці, де проходять волокна зорового нерва і судини, що харчують очей. Ця ділянка займає досить велику площу, його кутові розміри мають 6 порядок° (Кравков, 1950). Він знаходиться порівняно недалеко від центральної частини сітківки, на відстані близько 15° від фовеа. В «сліпій плямі» немає фоторецепторів. Як відомо, його існування можна виявити по зникненню невеликого об'єкта на рівному тлі, зображення якого падає на цю ділянку при монокулярний розгляданні. При цьому замість об'єкта видно фон. В реальних умовах розглядання на ділянці «сліпої плями» також проводиться інтерполяція.
Ще один доказ існування інтерполяції в зоровій системі дають досліди Ярбуса (1957а, 19576). У цих дослідах з допомогою присоски, закріпленої на очному яблуці, на сітківку проектували зображення чорної мітки. Як вже зазначалося, через короткий час спостерігач переставав розрізняти мітку і бачив тільки «порожнє поле». «Порожнє поле» було б штучним «сліпим плямою». Якщо цю мітку спостерігали на якомусь кольоровому тлі, то «порожнє нулі» на місці мітки заповнювалося цим фоном.
Інтерполяція може проводитися на дуже великій площі і навіть на всьому полі зору. Так відбувається, коли все поле зору однорідно освітлено (наприклад, при розгляданні безхмарного неба). Обмеження поля зору (повіки, ніс) та очних рухів на краях поля формується зоровий сигнал, по якому проводиться інтерполяція.
Значення контурів у процесі сприйняття зображень пояснюється тим, що контур несе основну інформацію про об'єкті. Саме на контурних елементах виникає помилка передбачення. Контурний елемент менш імовірний, тому з ним пов'язаний більший приріст інформації. Посилення контурів дозволяє надійніше виділити більшу частину інформації з шумів.
Не всі точки контуру інформаційно рівноцінні. Більша кількість інформації пов'язано з тими точками, де зміни напрямку контуру відбуваються швидше (Attneave, 1954).
Основна частина інформації про багатьох об'єктах, мабуть, зосереджена в контурах. Знання контурів часто виявляється достатнім для розпізнавання зорових образів.
Цікаво, що малюнки первісної людини були, по суті, контурними зображеннями.
Значення підкреслення контурів для сприйняття ілюструє ефект, описаний у книзі Вірною (Vernon, 1952). Якщо якась фігура без нанесених контурів знаходиться на фоні рівною з нею яскравості і відрізняється тільки кольором, то ця фігура буде здаватися бляклої, слабо вираженою і флуктуючої. Якщо нанести контури навколо фігури, то вона відразу стане добре помітною, більш контрастною і яскраво вираженою.
У техніці передачі зображень розробляються спеціальні методи виділення контурів (Kovacznay a. Joseph, 1955).
На рис. 44 показаний приклад контурного зображення. Такий характер мають і зображення, отримані іншими методами передбачення (Harrison, 1952). У всіх випадках спостерігаються відносно рідкісні «значущі» елементи на однорідному фоні.
Рис. 41. Представлення розподілу яскравості «кутовими» точками.
Рис. 42. Суб'єктивне сприйняття перепадів яскравості.
Рис. 43. Отримання контурів вирахуванням нечіткого зображення з чіткого.
Рис. 44. Виділення контурів. а - вихідне зображення; б - чорні і білі контури.
