Просторна фреквенција

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на прегледникот Прејди на пребарувањето
Green Sea Shell image
Слика на Зелена морска школка
Spatial frequency representation of the Green Sea Shell image
Претставување на просторната фреквенција на Зелена морска школка
Слика и просторните фреквенција: големината на фреквенцијата зависи логаритамски, нултата фреквенција е во центарот. Забележливо е групирањето на содржината при ниски фреквенции, вообичаено својство на природните слики.

Во математиката, физиката и инженерството, просторна фреквенција е карактеристика на било која структура која е периодична во положбата во просторот. Просторната фреквенција е мерка за тоа колку често синусоидните компоненти (како што е определено со Фуриевата трансформација) на структурата се повторуваат по единица дистанца. Единица во SI на просторна фреквенција е циклуси по метар. Во апликациите за обработка на слики, просторна фреквенција често се изразува во единици на циклуси по милиметар или еквивалентни линии на парови по милиметар.

Во бранова механика, просторна фреквенција најчесто се означува со [1] или понекогаш , иако таа исто така се користи [2]за да претставува временска фреквенција. Таа е поврзана со брановата должина со формулата

Исто така, бројот на аголен бран , мерено во радијани по метар, е поврзан со просторна фреквенција и бранова должина со

Визуелна перцепција[уреди | уреди извор]

Во студијата за визуелна перцепција, синусоидните мрежи често се користат за испитување на способностите на визуелниот систем. Во овие стимули, просторната фреквенција се изразува како број на циклуси по степен на визуелен агол. Сигналните решетки, исто така, се разликуваат една од друга во амплитудата (големината на разликата во интензитетот помеѓу светлината и темните ленти) и аголот..

Теорија на просторни фреквенции [уреди | уреди извор]

Теоријата на просторни фреквенции се однесува на теоријата дека визуелниот кортекс работи на код од просторна фреквенција, а не на кодот на директни рабови и линии што ги претпоставуваат Хубел и Визел врз основа на раните експерименти на V1 невроните во мачката.[3][4] Во поткрепа на оваа теорија експерименталното набљудување е дека невроните на визуелниот кортекс реагираат уште посилно на синусните бранови кои се поставени на специфични агли во нивните рецептивни полиња отколку на рабовите или баровите. Повеќето неврони во примарниот визуелен кортекс најдобро реагираат кога синусната решетка на одредена фреквенција е претставена со одреден агол на одредена локација во видното поле.[5] Сепак, како што забележа Телер (1984),[6] веројатно не е мудро да се третира највисоката стапка на отпуштање на одреден неврон како посебно значење во однос на нејзината улога во перцепцијата на одреден стимул, со оглед на тоа што Знаеме дека нервниот код е поврзан со релативните стапки на отпуштање. На пример, во боја кодирање од страна на три конуси во човечката мрежница, не постои посебно значење за конусот што отпушта најсилно - важна е релативната стапка на отпуштање на сите три истовремено. Телер (1984) слично истакна дека силната стапка на отпуштање како одговор на одреден стимул не треба да се толкува како укажување на тоа дека невронот е специјализиран за тој стимул, бидејќи постои неограничена класа на еквивалентност на стимули кои можат да произведат слични стапки на отпуштање.

Теоријата за визуелна фреквенција на визуелизација се базира на два физички принципи:

1. Секој визуелен стимул може да се претстави со заговор на интензитетот на светлината по должината на линиите низ неа.

 2. Секоја крива може да се разложи во составните синусни бранови со анализа на Фурье.

Теоријата (за која допрва треба да се развие емпириска поддршка) наведува дека во секој функционален модул на визуелниот кортекс, Фуриевата анализа се изведува на приемното поле и се смета дека невроните во секој модул селективно одговараат на различни ориентации и фреквенции на синус брановидни мрежи.[7] Кога сите визуелни кортексни неврони кои се под влијание на одредена сцена одговараат заедно, перцепцијата на сцената е создадена од збирката на различни синусни бранови. (Оваа постапка, сепак, не го опфаќа проблемот на организација на производите од збир на бројки, основи и така натаму. Ефикасно ја обновува оригиналната (пред-Фуриева анализа) дистрибуција на интензитет на фотон и бранови должини преку проекција на мрежницата, но не додава информации за оваа оригинална дистрибуција. Значи, функционалната вредност на таквата хипотезирана постапка е нејасна. Некои други приговори на "теоријата на Фурие" се дискутираат од Вестхајмер (2001)[8] ). Еден генерално не е свесен за индивидуалните компоненти на просторната фреквенција, бидејќи сите елементи во суштина се помешани заедно во една мазна застапеност. Сепак, компјутерски-базирани процедури за филтрирање може да се користат за деконструирање на сликата во нејзините поединечни просторни фреквентни компоненти.[9] Истражувањата за откривање на просторни фреквенции од визуелни неврони ги надополнуваат и продолжуваат претходните истражувања користејќи директни рабови, наместо да го отфрлат.[10]

Понатамошните истражувања покажуваат дека различни просторни фреквенции пренесуваат различни информации за појавата на стимул. Високите просторни фреквенции претставуваат ненадејни просторни промени во сликата, како што се рабовите, и генерално кореспондираат со подвижни информации и фини детали. Бар (2004) предложил ниски просторни фреквенции да претставуваат глобални информации за обликот, како што се општата ориентација и пропорции.[11]Познато е дека брзата и специјализирана перцепција на лица повеќе се потпира на информации за ниска просторна фреквенција.[12] Во општата популација на возрасни, прагот за дискриминација во просторна фреквенција е околу 7%. Често е посиромашен кај лицата со дислексија.[13]

Синусоидни решетки и Мајкелсонова равенка[уреди | уреди извор]

Постои важен квантитативен концепт поврзан со просторната фреквенција, позната како равенка на Микелсон:

Во смисла на Лаик, ова е односот на растојанието на врвот до максимумот од него, што е двојно повеќе од просекот. Еден степен на визуелното поле претставува четири циклуси на бранот..[14]

Поврзано[уреди | уреди извор]

Наводи[уреди | уреди извор]

  1. SPIE Optipedia article: "Spatial Frequency"
  2. Како на пример Планковата равенка.
  3. Complex receptive fields in primary visual cortex. „Neuroscientist“ том  9 (5): 317–31. doi:10.1177/1073858403252732. PMID 14580117. 
  4. De Valois, R. L.; De Valois, K. K. (1988). Spatial vision. New York: Oxford University Press. 
  5. Issa N=P, Trepel C, Stryker MP. Spatial frequency maps in cat visual cortex. „The Journal of Neuroscience“ том  20 (22): 8504–8514. PMID 11069958. 
  6. Teller, D. "Linking Propositions"
  7. Barghout, Lauren (2014). Vision: How Global Perceptual Context Changes Local Contrast Processing (Ph.D. Dissertation 2003). Updated for Computer Vision Techniques. Scholars' Press. ISBN 978-3-639-70962-9. https://www.morebooks.de/store/gb/book/vision/isbn/978-3-639-70962-9. 
  8. Westheimer, G. "The Fourier Theory of Vision"
  9. Blake, R. and Sekuler, R., Perception, 3rd ed. Chapter 3.
  10. Pinel, J. P. J., Biopsychology, 6th ed. 293–294.
  11. Bar M (август 2004 г). Visual objects in context. „Nat. Rev. Neurosci.“ том  5 (8): 617–29. doi:10.1038/nrn1476. PMID 15263892. „
    Box 2: Spatial frequencies and the information they convey“.
     
  12. Faster, stronger, lateralized: Low spatial frequency information supports face processing. „Neuropsychologia“ том  49 (13): 3583–3590. doi:10.1016/j.neuropsychologia.2011.08.027. PMID 21939676. 
  13. Sequential spatial frequency discrimination is consistently impaired among adult dyslexics. „Vision Res.“ том  44 (10): 1047–63. мај 2004 г. doi:10.1016/j.visres.2003.12.001. PMID 15031099. 
  14. "Vision" McGraw-Hill Encyclopedia of Science & Technology, vol. 19, p.292 1997