光栅的生成及其参数的意义.doc

光栅的生成及其参数的意义刘新玉2011-1-12空间频率(spatFreq)( 罗四维等.视觉感知系统信息处理理论M.电子工业出版社.2006-02)当信号在空间距离上有着周期性变化时，可以用空间频率来衡量。但空间变化周期固定时，该周期的倒数就表示为频率。在图像中，这个周期性变量就是图像明暗变化的快慢。空间频率高的部分主要表征图像的细微变化或细节内容；空间频率低的部分则表征图像中大的物体轮廓或变化趋势。通常在视觉研究中，度量空间的单位称为视角(Visual Angle)。可以用下面的方式来体会一下视角的大小。伸直一只胳膊并竖起大拇指，这时拇指宽度对应的视角大约为2，它的一半就是1视角。图像在空间发生变化的是其明暗程度，或称为灰度。因此，灰度的变化快慢，可以用一定视角范围内灰度变化的次数与该视角的比值来代表，或者说每单位视角内灰度有几次变化(cycles/degree)，这就是空间频率的单位。为了更直观地理解，有时也可以用每幅图像的灰度变化次数(cycles/image)作为图像空间频率的单位。从空间频率的概念和定义可以看出，图像的空间频率越高，其空间相关性越低。以为空间频率越高，单位视角内灰度的变化次数越多，像素点间的亮度差异就越大，即相关性越低；反之，空间频率越低，图像的相关性也就越高。时间频率(tempFreq) ( 罗四维等.视觉感知系统信息处理理论M.电子工业出版社.2006-02)时间频率不是用来描述单个静止图像的参数，它是用来描述运动的或图像序列的参数。图像序列的时间频率是指每秒钟图像明暗变化的次数，单位是Hz或者cycles/second。速度( 罗四维等.视觉感知系统信息处理理论M.电子工业出版社.2006-02)速度(images/second) =。对比度(摘自Michelson, A. (1927). Studies in Optics. U. of Chicago Press.)对比度的定义有很多种，常用的也就是比较经典的视觉光学对比度是Michelson对比度，定义如下：其中，和代表亮度的最大值和最小值。分母表示了两次的平均亮度。根据以上定义，我们所做系统对比度最小值是0，即，最大值为1，即。测试距离(dist) 测试距离是指大鼠眼睛与刺激显示器屏幕的距离。尺寸(size)由空间频率和测试距离可以计算出一个周期的光栅的物理尺寸，如右图。即其中，把空间频率的倒数表示为一个周期所占的视角。图1 尺寸的计算示意图由一个周期所占的物理尺寸的大小可以计算出铺满整个屏幕需要的周期数(nums_cycle)，即其中，long是指屏幕的长度。朝向(ori)光栅的朝向主要是通过旋转坐标轴来完成的。图2 朝向的改变其中，坐标轴的旋转主要由下式完成：x_new=x*sin(ori)+y*cos(ori)ori的单位是弧度。光栅的生成刺激的光栅使用的是正弦光栅。所以要实现光栅的正确显示，首先要理解y=Asin(x+)+k在光栅图像中所传达的意义。对于式y=Asin(x+)+k，其中A表示振幅，在光栅图像中这个参数能够改变图像的对比度；表示周期或频率，在光栅图像中这个参数能够改变图像在一个固定区域内显示的周期数，也即其由光栅的空间频率决定；表示初始相位，在光栅图像中这个参数能够改变光栅的移动速度，也即其主要由空间频率、时间频率和帧频共同决定；k表示光栅上下移动的大小，这个参数在光栅图像中主要是为了保证光栅所有的值都为正值。图3 y=Asin(x+)+k性质图 从尺寸那一节我们已经知道了光栅图像的空间频率是如何显示的；从朝向那一节我们知道了朝向是如何产生的；下面我们将说明空间频率的速度是如何产生的。速度主要是通过正弦光栅的相位来体现的，下面我们表明其是如何在光栅图像中表达的。由时间频率(cycles/second)和空间频率(cycles/degree)，我们已经知道了：又由速度我们可以得出每帧图像移动的视角大小(visualAngle)，也即相邻两帧图像相差视角的大小为：其中，帧频为每秒移动的帧数。所以我们visualAngle可以得出每帧图像移动的相位，也即每帧图像增加的相位为：相位(phase_inc，)=visualAngel空间频率360所以，由以上的分析我们可以得出光栅的计算公