Очні руху і декорреляция зображень

Внаслідок явища адаптації око людини не міг би бачити нерухомих об'єктів, якщо б не існував дезадаптационный процес - дрібні коливальні рухи ока. Ці рухи відбуваються весь час, навіть коли спостерігач прагне як можна більш ретельно фіксувати погляд на нерухомому об'єкті малих розмірів.
Розрізняють кілька типів дрібних рухів очей: тремор, стрибки, або саккадические руху очі і дрейф (Adler a. Fliegelman, 1934; Гассовский, Микільська, 1941; Lord а. Wright, 1948; Riggs a. Ratliff, 1950; Barlow, 1952; Ditchburn a. Ginsborg, 1953; Ярбус, 1954; Drischel u. Lange, 1956; Глезер, 19596).
Дрейф - повільне, плавне зсув очних яблук на 1 - 5' зі швидкістю близько однієї кутової хвилини в секунду. Дитчборн (Ditchburn, 1955) і Корнсвит (Cornsweet, 1956) показали, що дрейф не грає якої-небудь спеціальної ролі в механізмах зорового сприйняття і пов'язаний з нестабільністю глазодвигательной системи. Очей, що зміщувався внаслідок дрейфу, повертається потім стрибком. Як показано в дослідах Глезера (19596), проекція точки фіксації блукає в межах «зони нечутливості», всі точки якої рівноцінні для підтримки фіксації. Розмір зони відповідає величині рецептивного поля в центрі фовеа. Однак зважаючи на те, що фіксація може здійснюватися різними рецептивными полями центру фовеа поперемінно, фактично зона блукання точки зображення на сітківці має діаметр 10', а в деяких випадках навіть 20' (Ditchburn, 1956).
Саккадические руху очей, або стрибки, які відбуваються з великою швидкістю. Окремий стрибок завершується за час порядку 0.025 сек. Амплітуда стрибків може змінюватися в значних межах - від 1 до 20 і навіть більше, до 50'. Гістограма розподілу величин стрибків несиметрична і має максимум при значенні, близькому до максимальної величиною рецептивного поля в центрі фовеа. Час між стрибками змінюється від 0.03 до 5 сек., але найбільш часто зустрічається величина 0.3 сек.
Нахміас (Nachmias, 1959) зазначає, що дрейф і спрямовані протилежно йому скачки відбуваються переважно в певному напрямку, яке по-різному у різних випробуваних.
Кутові амплітуди тремору мають порядок хвилини і менше і порівняти з кутовими розмірами фоторецепторів сітківки.
Зазвичай для частоти тремору вказують діапазон від 30 до 80 періодів в секунду. За новими даними Дитчборна з співавторами (Ditchburn, Fender а. Маупі, 1959), нормальний тремор очі характеризується безперервним спектром частот від 1 до, принаймні, 150 Гц.
У ряді робіт оцінювався вплив дрібних рухів очних на зорові функції за допомогою описаного вище оптичного пристрою, що дозволяв не тільки нерухомо фіксувати зображення на сітківці, але і переміщати його відносно сітківки за того чи іншого закону. Ріггс і співавтори (Riggs, Ratliff, Cornsweet a. Cornsweet, 1953) вивчали зміна гостроти зору в залежності від часу пред'явлення в нормальних умовах, при стабілізованому зображення на сітківці і при збільшенні амплітуди рухів зображення на сітківці в два рази але порівняно з нормальними умовами. При експозиціях менше критичної тривалості (менше, ніж 0.1 сек.) найбільша гострота зору досягалася при стабілізованому зображення на сітківці. Рухи очей, існуючі в нормальних умовах, в цьому випадку зменшують гостроту зору. При збільшенні амплітуди переміщень зображення гострота зору стає ще менше. Однак при експозиціях, що перевищують критичну тривалість, все змінюється: найбільша гострота зору тепер спостерігається при збільшенні амплітуди переміщень, а найменша - при стабілізованому зображенні.
Ці дані можна пояснити наступним чином. При великих длительностях дрібні очні рухи викликають додаткову імпульсацію (крім тієї, яку викликає спалах світла). Навпаки, при часу пред'явлення, меншому, ніж критична тривалість, тобто меншому, ніж час формування відповіді нервової клітини, зсув очей може призвести лише до того, що рецептор буде освітлено менший час, ніж якщо б зображення не переміщалися щодо сітківки. Іншими словами, виникає змазування зображення.
Краускопф (Krauskopf, 1957), переміщаючи стабілізовану зображення з різною частотою, показав, що низькі частоти (1, 2 і 5 Гц) вигідні для підтримання видимості об'єкта, в той час як відносно високі (10, 20 і 50 Гц) невигідні. Більш детально досліджуючи це питання, Дитчборн, Фендер і Мейн (Ditchburn, Fender а. Mayne, 1959) знайшли, що викликається штучно рух, що імітує дрейф, має мало впливу на запобігання зникнення зображення. Основним фактором, що відновлює зображення, є скачки. Крім стрибків, певну роль відіграють також низькочастотні компоненти тремору.
Всі ці роботи свідчать, що однією з функцій очних рухів є дезадаптація, тобто відновлення ефектів включення і виключення.
Завдяки дрібним руху очей виділяються ділянки зображення, що несуть основну інформацію про об'єкти. Схематично це показано на рис. 40. Там зображена група рецепторів, на яку проектується кордон темного і світлого ділянок. При треморі кордон переміщується щодо» рецепторів (напрямок переміщення показано стрілками). Освітленість рецепторів, що лежать в зоні переміщення кордону, безперервно змінюється. В цій зоні слід очікувати появи on - і off-ефектів. Навпаки, поза цієї зони освітленість не змінюється, і через адаптації сигнали з цих ділянок подаватися не будуть. Отже, будуть виділені межі об'єктів (контури і дрібні деталі), за якими можна відновити все інше методом інтерполяції, або, іншими словами, ті елементи зображення, де помилка передбачення перевершує деяку порогову величину.
Виділення контурів відбувається за всіма напрямами. Це забезпечується тим, що очні руху мають вертикальну, горизонтальну і навіть обертальну компоненти.

Рис. 40. Схема виділення контуру при треморі.