|
|
Contrast sensitivity of the human visual system 5599
Murav'eva S.V. Associate Researcher of the Laboratory of Physiology of I. P. Pavlov
Institute of Physiology, RAS e-mail: mlanka@freemail.ru Pronin S.V. Associate of the Laboratory of Physiology of Vision, I.P. Pavlov Institute of Physiology, RAS, Russia e-mail: Pronins@sbor.net Shelepin Yu.E. MD, Head of the Laboratory of Physiology of Vision, I.P. Pavlov Institute of Physiology, RAS, St.Petersburg, Russia e-mail: yshelepin@yandex.ru
This study outlines the history of human contrast sensitivity studies that are paramount in psychophysics. It shows the significance of contrast sensitivity measurements for interpretation of perception processes, their role in the discovery of psychophysics laws, and also significance for evolution of television technology and medicine. It gives a short review of research in basic fundamental factors limiting humans contrast sensitivity, such as external interference and internal noise.
Keywords: contrast sensitivity, thresholds contrast, photometry, additive noise, internal noise, psychophysical law
Column: Psychophysics
- Bardin K. V. Problema porogov chuvstvitel'nosti i psihofizicheskie metody.
M.: Nauka, 1976.
- Bojko Je. V., Volkov V. V., Kolesnikova L. N., Shelepin Ju. E. Issledovanie
mehanizmov narushenija zritel'nogo vosprijatija pri rabote cheloveka s
videoterminalami // Sensornye sistemy. 1989. T. 3. № 3. S. 307–313.
- Buger P. Opticheskij traktat o gradacii sveta / Perev. N. A. Tolstogo i P.
P. Feofilova. M.-L.: Izd-vo AN SSSR. 1950.
- Bondarko V.M., Danilova M.V., Krasil'nikov N.N., Leushina L.I., Nevskaja
A.A., Shelepin Ju.E. Prostranstvennoe zrenie. SPb.: Nauka. 1999.
- Volkov V. V., Kolesnikova L. N., Shelepin Ju. E. Metody klinicheskoj
vizokontrastometrii // Vestn. oftal'mol.. 1983 a. № 3. S. 59–61.
- Volkov V. V., Kolesnikova L. N., Levkovich Ju. I., Mjalo N. M., Shelepin
Ju. E. Metody vizokontrastomet-rii // Fiziologija cheloveka. 1983 b. T. 9. № 6.
S. 1030–1035.
- Volkov V. V., Shelepin Ju. E., Kolesnikova L. I. Atlas i posobie po
vizokontrastometrii. L.; CVMU. 1987.
- Volkov V. V., Luizov A. V., Ovchinnikov B. V., Travnikova N. P. Jergonomika
zritel'noj dejatel'nosti cheloveka. L.: Mashinostroenie. 1989.
- Glezer V. D., Cukkerman I. I. Informacija i zrenie. M.-L.: Izd-vo AN SSSR.
1961. Zvorykin V. K. Televidenie pri pomowi katodnyh trubok. M.: Jenergoizdat.
1933.
- Koskin S. A., Bojko Je. V., Sobolev A. F., Shelepin Ju. E. Mehanizmy
raspoznavanija konturnyh «ischezajuwih» optotipov // Rossijskij
fiziologicheskij zhurnal im. I. M. Sechenova. 2005. T. 91. № 10. S.
1080–1090.
- Koskin S. A., Shelepin Ju. E. Vizokontrastometrija // Sovremennaja
oftal'mologija /Pod red. V. F. Danilicheva. SPb.: Izd-vo «Piter». 2000. Gl. 5.
S. 195–209.
- Kotel'nikov V. A. O propusknoj sposobnosti jefira i provoloki v
jelektrosvjazi // Materialy k I Vsesojuznomu s'ezdu po voprosam tehnicheskoj
rekonstrukcii dela svjazi i razvitija slabotochnoj promyshlennosti. M.:
Vsesojuznyj jenergeticheskij komitet. 1933. Kravkov S. V. Glaz i ego rabota.
M.-L.; Izd-vo AN SSSR. 1950.
- Krasil'nikov N. N. Vlijanie shumov na kontrastnuju chuvstvitel'nost' i
razreshajuwuju sposobnost' priemnoj televizionnoj trubki // Tehnika
televidenija. 1958. T. 25. S. 26–43.
- Krasil'nikov N. N. Pomehoustojchivost' televizionnyh ustrojstv. M.:
Gosjenergoizdat. 1961.
- Krasil'nikov N. N. O verojatnosti pravil'nogo opoznavanija izobrazhenij,
peredannyh malokadrovymi televizionnymi sistemami, v prisutstvii shuma //
Radiotehnika. 1970. T. 25. № 6. S. 10–15.
- Krasil'nikov N. N. Teorija peredachi i vosprijatija izobrazhenij. M.: Radio
i svjaz'. 1986.
- Krasil'nikov N. N., Shelepin Ju. E. Chastotno-kontrastnaja harakteristika
zritel'noj sistemy pri nalichii pomeh // Fiziologija cheloveka. 1996 a. T. 22.
№ 4. S. 33–38.
- Krasil'nikov N. N., Shelepin Ju. E. Maskirovka kak rezul'tat soglasovannoj
fil'tracii v zritel'noj sisteme cheloveka // Fiziologija cheloveka. 1996 b. T.
22. № 5. S. 99–103.
- Krasil'nikov N. N., Shelepin Ju. E. Funkcional'naja model' zrenija //
Opticheskij zhurnal. 1997. T. 64. № 2. S. 72–82.
- Krasil'nikov N. N., Krasil'nikova O. I., Shelepin Ju. E. Model'
formirovanija chastotno-kontrastnoj harakteristiki zritel'noj sistemy v
zavisimosti ot osvewennosti setchatki // Sensornye sistemy. 1997. T. 11. № 3.
S. 333–339.
- Krasil'nikov N. N., Shelepin Ju. E., Krasil'nikova O. I. Fil'tracija v
zritel'noj sisteme cheloveka v uslovijah porogovogo nabljudenija // Opticheskij
zhurnal. 1999 a. T. 66. № 1. S. 5–14.
- Krasil'nikov N. N., Shelepin Ju. E., Krasil'nikova O. I. Primenenie
principov optimal'nogo nabljudatelja pri modelirovanii zritel'noj sistemy
cheloveka // Opticheskij zhurnal. 1999 b. T. 66. № 9. S. 17–24.
- Kremeshnyj A. I., Korochkin A. A., Berdochnik A. D. Teoreticheskie osnovy
raschetov na osvewenie nazemnyh (morskih) ob'ektov // Sbornik nauchnyh trudov.
HUVS. Har'kov: 2009. Vyp. 1 (19). S. 137–140.
- Lazarev A. N., Nikolaev A. G., Hrunov E V. Opticheskie issledovanija v
kosmose. L.: Gidrometeoizdat. 1978.
- Leonov Ju. P. Teorija statisticheskih reshenij i psihofizika. M.: Nauka.
1977.
- Makashova N. V., Erohina E. V. Chastotno-kontrastnaja harakteristika glaza
i kriticheskaja chastota slijanija mel'kanij (KChSM) u bol'nyh retrobul'barnym
nevritom // Mezhoblastnaja konf. oftal'mologov. Pskov: 1981. T. 2. S.
233–234.
- Mitov D. L., Vasilev A. G. Ob'edinenie prostranstvennyh fil'trov pri
izvlechenii konturov izobrazhenij // Opticheskij zhurnal. 1999. T. 66. № 9. S.
73–80.
- Murav'eva S. V.,. Shelepin Ju. E., Deshkovich A. A. Zritel'nye vyzvannye
potencialy cheloveka na shahmatnyj pattern raznogo kontrasta v uslovijah pomehi
pri rassejannom skleroze // Rossijskij fiziol. zhurn. im. I. M. Sechenova.
2004. T. 90. № 4. S. 463–473.
- Murav'eva S. V., Deshkovich A. A., Shelepin Ju. E. Magno- i parvosistemy
cheloveka i izbiratel'nye narushenija ih raboty // Rossijskij fiziol. zhurn.
im. I. M. Sechenova. 2008. T. 94. № 6. S. 637–649.
- Nesterov V. K., Tibilov A. S., Shelepin Ju. E. Sravnenie harakteristik
polja zritel'nyh receptorov i matric fotojelektricheskih priemnikov pri
predel'no nizkih osvewennostjah // Opticheskij zhurnal. 2009. T. 76. № 7. S.
61–69.
- Ostrovskaja M. A. Chastotno-kontrastnaja harakteristika glaza //
Optiko-mehanicheskaja promyshlennost'. 1969. № 2. S. 51–54.
- Pavlov N. N., Danilova M. V., Shelepin Ju. E. Optimizacija sistemy chelovek
– displej // Tehnika kino i televidenija. 1989. № 11. S. 8–14.
- Polosin L .L., So I. A. O trebovanijah k chetkosti vosproizvedenija
izobrazhenij // Teleradiovewanie. 2008. № 1. S. 35–39.
- Ryftin A. Ja. Televizionnaja sistema. M.: Sovetskoe radio. 1967.
- Travnikova N. P. Jeffektivnost' vizual'nogo poiska. M.: Mashinostroenie.
1985.
- Trifonov M. I., Sharevich V. G., Shelepin Ju. E. Issledovanie
chastotno-kontrastnoj harakteristiki zritel'noj sistemy v uslovijah pomeh //
Fiziologija cheloveka. 1990. T. 16. № 2. S. 41–45.
- Cukkerman I. I. O soglasovanii prostranstvenno-chastotnyh fil'trov
zritel'nogo analizatora so statistikoj izobrazhenij // Biofizika. 1978. T.
XXIII. Vyp. 6. S. 1108–1109.
- Cukkerman I. I., Shostackij N. N. Anizotropija prostranstvenno-chastotnoj
harakteristiki zrenija // Fiziologija cheloveka. 1978. T. 4. № 1. S.
17–20.
- Shade O. G. Novaja sistema opredelenija i izmerenija chetkosti
izobrazhenija. Ocenka kachestva opticheskogo izobrazhenija // Sto let
nacional'nogo bjuro standartov SShA. 1959. S. 243–274.
- Shelepin Ju. E., Kolesnikova L. N., Mjalo N. M. Kontrastnaja
chuvstvitel'nost' normal'noj i patologicheski izmenennoj zritel'noj sistemy
cheloveka // Mezhoblastnaja konf. oftal'mologov. Pskov: 1981. T. 2. S.
146–147.
- Shelepin Ju. E., Kolesnikova L. I., Levkovich L. N. Vizokontrastometrija.
L.: Nauka. 1985. Shelepin Ju. E.. Makulov V. B. Pauk V. N. Novye optotipy dlja
oftal'mojergonomiki // Mater. simpoz. «Oftal'mojergonomika operatorskoj
dejatel'nosti». L.: VMA . 1986.
- Shelepin Ju. E.,Pavlov N. N., Makulov V. B., Pauk V. N., Volkov V. V.,
Somov E. E. Centr komp'juternoj videometrii. Princip organizacii, rezul'taty
raboty, perspektivy razvitija // 2-oe sovewanie «Medicinskie aspekty fiziologii
sensornyh sistem», M.: Institut himicheskoj fiziki AN SSSR. 1987.
- Shelepin Ju. E., Makulov V. B., Krasil'nikov N. N., Chihman V. N., Pronin
S. V., Danilichev V. F., Koskin S. A. Ikonika i metody ocenki funkcional'nyh
vozmozhnostej zritel'noj sistemy // Sensornye sistemy. 1998. № 3. S.
319–328.
- Shelepin Ju. E., Glezer V. D., Bondarko V. M., Pavlovskaja M. B.
Prostranstvennoe zrenie. Rukovodstvo po fiziologii / Pod red. A.L. Byzova, M.:
Nauka. 1992. Gl. 10. Zrenie. S. 528–585.
- Shelepin Ju. E. Prostranstvenno-chastotnye harakteristiki i ostrota zrenija
cheloveka // Biofizika sensornyh sistem: Uchebnoe posobie / Pod red. V. O.
Samojlova. SPb.: InformMed. 2007. S.60–101.ki izmenennoj zritel'noj sistemy
cheloveka // Mezhoblastnaja konf. oftal'mologov. Pskov: 1981. T. 2. S.
146–147.
- Shelepin Ju. E., Kolesnikova L. I., Levkovich L. N. Vizokontrastometrija.
L.: Nauka. 1985.
- Shelepin Ju. E.. Makulov V. B. Pauk V. N. Novye optotipy dlja
oftal'mojergonomiki // Mater. simpoz. «Oftal'mojergonomika operatorskoj
dejatel'nosti». L.: VMA . 1986.
- Shelepin Ju. E.,Pavlov N. N., Makulov V. B., Pauk V. N., Volkov V. V.,
Somov E. E. Centr komp'juternoj videometrii. Princip organizacii, rezul'taty
raboty, perspektivy razvitija // 2-oe sovewanie «Medicinskie aspekty fiziologii
sensornyh sistem», M.: Institut himicheskoj fiziki AN SSSR. 1987.
- Shelepin Ju. E., Makulov V. B., Krasil'nikov N. N., Chihman V. N., Pronin
S. V., Danilichev V. F., Koskin S. A. Ikonika i metody ocenki funkcional'nyh
vozmozhnostej zritel'noj sistemy // Sensornye sistemy. 1998. № 3. S.
319–328.
- Shelepin Ju. E., Glezer V. D., Bondarko V. M., Pavlovskaja M. B.
Prostranstvennoe zrenie. Rukovodstvo po fiziologii / Pod red. A.L. Byzova, M.:
Nauka. 1992. Gl. 10. Zrenie. S. 528–585.
- Shelepin Ju. E. Prostranstvenno-chastotnye harakteristiki i ostrota zrenija
cheloveka // Biofizika sensornyh sistem: Uchebnoe posobie / Pod red. V. O.
Samojlova. SPb.: InformMed. 2007. S.60–101.
- Arden G. B. Recent development in clinical contrast sensitivity testing //
Advances in diagnostic visual optics. Berlin: Springer Verlag. 1983.
- Barlow H. B. Retinal Noise and Absolute Threshold // JOSA. 1956. V. 46. №
8. P. 634–639.
- Barlow H. B. Temporal and Spatial Summation in Human Vision at Different
Background Intensities // J. Physiol. I958. V. I41. P. 337–350.
- Barten Peter G. J. Contrast Sensitivity of the human eye and its effects on
image quality // The International Society for Optical Engineering, Bellingham.
Washington: SPIE Optical Engineering Press. 1999. P. 47–50.
- Berry G. A. On central amblyopia // Ophthalmic Hospital Reports. 1880. V.
10. P. 44–55.
- Bjerrum J. Untersuchungen über den Lichsinn und den Raumsinn bei
verschiedenen Augenkranheiten. Albrecht von Graefe´s Archiv für Ophthalmologie.
1884 (See Ophalmic Review (1886) 5: 170–172 for a précis in English.).
- Blackwell H. R. Contrast thresholds of the human Eye // JOSA. 1946. V. 36.
№ 11. P. 624–643.
- Blakemore C., Campbell F. W. Adaptation to spatial stimuli // J. Physiol.
1969 а. 200. P. 11–13.
- Blakemore C., Campbell F.W. On the existence of neuron’s in the human
visual system selectively sensitive to the orientation and size of retinal
images // J. Physiol. 1969 b. 203. P. 237–260.
- Bodis-Wollner I. Visual acuity and contrast sensitivity in patients with
cortical lesions // Science. 1972. V. 178. P. 769–771.
- Bouguer P. Traité d´Optique sur la gradation de la lumiére. Paris: M l´Abbé
de la Caille. 1760.
- Campbell F. W. The Human Eye as an Optical Filter // Proc. of IEEE. 1968.
V. 56. № 6. P. 1009– 1014.
- Campbell F. W. The Transmission of Spatial Information through the Visual
System // Neuroscience. 1974. P. 95–103.
- Campbell F. W., Cleland B. G., Cooper G. F., Enroth-Cugell Christina. The
angular selectivity of visual cortical cells to moving gratings // J. Physiol.
1968. 198(1). P. 237–250.
- Campbell F. W., Cooper G. F., Enroth-Cugell Chr. The spatial selectivity of
the visual cells of the cat // J. Physiol. 1969 а. 203(1). P. 223–235.
- Campbell F. W., Cooper G. F., Robson J. G. The spectral selectivity of
visual cells of the cat and squirel monkey // J. Physiol. 1969 b; V. 204(1). P.
120–121.
- Campbell F. W., Green D. G. Optical and retinal factors affecting visual
resolution // J. Physiol. 1965 a. V. 181. P. 576–593.
- Campbell F. W., Green D. G. Monocular versus Binocular Visual Acuity //
Nature. V. 208. 1965 b. P. 191–192.
- Campbell F. W., Gubisch R. W. Optical quality of the human eye // J.
Physiol. 1966. V. 186. P. 558–578.
- Campbell F. W. and Robson J. G. Application of Fourier analysis to the
visibility of gratings // J. Physiol. 1968. V. 197. P. 551–566.
- Conner J. P. and Ganoung R. E. An experimental determination of the visual
thresholds at low values of illumination // JOSA. 1935. V. 25. № 9. P.
287–294.
- Donders F. C. On the anomalies of accommodation and refraction of the eye.
New Sydenham Society. London: 1864.
- Fechner G. Elemente der Psychophysik. Leipzig: 1860.
- Fridenwald J. S. A new astigmatic chart // J. Opthalm. 1924. V. 7. P.
8–15.
- Ginsburg A. P. A new contrast sensitivity vision tests chart // American J.
of Optometry and Physiological Optics. 1984. V. 61. P. 403–407.
- Herbart J. Psychologie als Wissenschaft, neu gegrundet auf Erfahrung.
Metaphysik and Mathematik. Konigsberg: 1824.
- Kotel’nikov V. A. English edition: Kotel’nikov V.A. 1933. The Theory of
Optimum Noise Immunity. McGraw-Hill Book Co. 1959.
- Krasilnikov N. N., Krasilnikova O. I., Shelepin Y. E. Perception of
achromatic, monochromatic, pure chromatic and chromatic noisy images by real
human-observer under threshold conditions // SPIE. 2000. V. 3981. P.
113–121.
- Маch E. Über den physiologischen Effect räumlich verheitler Lichtreize //
II Sitzungsberichte der Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der
Wissenschaften. 1866. V. 52. P. 303–322.
- Masson A. Études de photometrie électrique // Annales de Chemie et de
Physique. 1845. V. 14. P. 129–195.
- Muravyova S. V., Krasilnikov N. N., Shelepin Y. E., Deshkovich A. A. Does
internal noise increased in the visual system of the patients with multiple
sclerosis? // Perception. 2001. V. 30. Suppl. P. 113.
- Muravyova S. V., Deshkovich A. A., Fokin V. A., Shelepin Y. E. The
properties of internal noise in the visual system of patients with multiple
sclerosis // Perception. 2006. V. 30. Suppl. P. 130.
- Nesterov V. K., Tibilov A S., Shelepin Yu. E. How the field characteristics
of photoreceptors compare with those of photoelectric-detector arrays under
ultra low illuminance // J. of Optical Technol. 2009. V. 76. № 7. P.
423–429.
- Olzak L. A., Wickens D., Thomas J. P. Why we can’t see the forest for the
trees: Serial processing of disparate spatial-frequency bands // Perception.
1993. V. 22. Suppl. P. 5.
- Pelli D. G., Robson J. G., Wilkins A. J. The design of a new letter chart
for measuring contrast sensitivity // Clinical Vision Sciences. 1988. V. 2. P.
187–199.
- Regan D., Silver R., Murray T. J. Visual acuity and contrast sensitivity in
multiple sclerosis – hidden visual loss // Brain. 1977. V. 100. P.
563–579.
- Regan D. and Neima D. Low-contrast letter charts as a test of visual
function // Ophthalmol. 1983. V. 90. P. 1192–1200. Rushton W. H. Light and dark
adaptation // Invest. Ophthalmol. 1972. V. 11. № 6. P. 503–517.
- Schade O. H. Optical and photo-electric analog of the eye // J. of the Opt.
Society of America. 1956. V. 46. № 9. P. 721–739.
- Shelepin Y. E., Danilichev V. F., Aleksandrov A. S, Kolesnikova L. N.
Damage of the extra striate cortex depresses contrast sensitivity for low
spatial frequencies // Perception. 1992. V. 21. Suppl. P. 36.
- Shelepin Y. E., Gilmartin B., Makulov V. B. Astigmatic chart of the
contrast sensitivity // Perception. 1996 a. V. 25. Suppl. P. 109.
- Shelepin Yu. E., Danilichev V. F., Makulov V. B., Koskin S. A., Krasilnikov
N. N. Concussion of the brain and spatial-frequency contrast sensitivity //
Perception. 1996 b. V. 25. Suppl. P. 80.
- Shelepin Yu. E., Krasilnikov N. N. Contrast sensitivity of the visual
system in the presence of external noise // Perception. 1996 c. V. 25. Suppl.
P. 110.
- Shelepin Y. E., Krasilnikov N. N., Krasilnikova O. I., Chihman V. N. What
Visual Perception Model is Optimal in Terms of Signal-to-Noise Ratio? // SPIE.
2000. V. 3981. P. 161–169.
- Shelepin Y. E., Pronin S. V. The foveola pixel discrimination and
information capacity // Perception. 2006. V. 35. Suppl. P. 52.
- Snellen H., Landolt E. Ophthalmometrologie. Functionsprüfungen des Auges //
Handbuch der gesammten Augenheilkunde. 1874. V. 3. P. 1–248.
- Storch R. L., Bodis-Wollner I. Overview of contrast sensitivity and
neuro-opthalmic disease // Glare and Contrast Sensitivity for Clinicians.
Heidelberg: Springer-Verlag. 1990.
- Swanzy H. R. A handbook of the diseases of the eye and their treatment.
London: Lewis. 1895.
- Swets J. A., Tanner W. P., Birdsall T. G. Dicision. Processes in Perception
// Psychol. Review. 1961. Vol. 68. № 5. P. 197–209.
- Swets J. A. Signal detection and recognition by human observers. N. Y.:
John Wiley & Sons Inc. 1964.
- Young G. Suggested clinical tests of the threshold of light and color.
Transactions of the Ophthalmological Society of the United Kingdom. 38. 1918 a.
P. 279–281.
- Young G. Threshold tests // British J. of Ophthalm. 1918 b. V. 2. P.
384–392; 430–433. Weber E. H. De pulsu, resorptione, auditu et tactu:
Annotationes anatomical et physiological. Leipzig: 1834.
|
|