Методика информационной оценки восприятия изображений

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

МЕТОДИКА ИНФОРМАЦИОННОЙ ОЦЕНКИ ВОСПРИЯТИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ П. П. Коваленко Научный руководитель — д.т.н., профессор В.М. Мусалимов
В данной работе предлагается методика информационной оценки различных типов представления изображения. В работе используются достижения теории информации. В частности, для количественной информационной оценки изображений предлагается использовать формулы Хартли и Шеннона для количества информации в сообщении и информационной энтропии сообщения. С помощью данной методики можно оценивать восприятие человеком с точки зрения количества битовой информации.
В основе теории информации лежит открытие, что информация допускает количественную оценку. Эта идея была выдвинута еще в 1928 г. Хартли, но завершенный и общий вид придал ей Шеннон.
Для системного анализа теория информации имеет большое значение. Ее методы позволяют провести ряд количественных исследований информационных потоков в изучаемой или проектируемой системе. Очень важными являются эвристические значения основных понятий теории информации — неопределенности, энтропии, количества информации, избыточности и пропускной способности.
Процесс получения информации о системе можно интерпретировать как изменение неопределенности состояния системы в результате приема сообщения. Исследуем сообщения, состоящие из последовательности элементов, взятых из некоторого набора. Количество информации, передаваемое этой последовательностью, совпадает с ее оригинальностью, или неожиданностью- следует подчеркнуть, что она не является прямой функцией длины последовательности [1]. Итак, информация, или оригинальность, является функцией «невероятности» получаемого сообщения. Рассматривая «невероятность», или «обратную вероятность», как воспринимаемое адресатом физическое возбуждение, можно связать количество информации Н с обратной вероятностью («невероятностью») I. Восприятие, т. е. в данном случае количество информации, или оригинальность, пропорционально логарифму возбуждения, т. е. обратной вероятности I:
H = K logaI.
Невероятность I сообщения есть величина, обратная вероятности его появления а, следовательно,
H = -K loga, а.
Если мы используем логарифмы при основании 2, мы получим ровно одну единицу информации («бит» в терминологии общей теории связи). Таким образом, для количества информации в сообщении получаем выражение
H = - log2 а.
Введем следующее определение: количество информации, передаваемое сообщением, есть двоичный логарифм числа последовательных дилемм, однозначно определяющих сообщение. Такое определение количества информации имеет то преимущество, что оно является весьма общим и поэтому перекрывает все другие, имеющие более конкретную форму. Это в особенности относится к определениям, в основе которых лежит понятие комбинации элементов набора- они выражаются формулой, указанной Винером и приведенной Шенноном к более удобному для использования виду: n
H = -t Z Pi log2 Pi.
i=1
Здесь Pi — вероятности появления символов, выбираемых из набора n символов и упорядоченных в некоторую последовательность [1].
Посчитаем в соответствии с приведенными выше формулами и зависимостями количество информации для плоского изображения. В качестве исходного возьмем изображение картины Н. Рериха «Матерь Мира». Посчитаем количество информации для трех произвольно взятых областей изображения. Обозначим выбранные области как а, Ь, с (рис. 1).
Рис. 1. Области для расчета количества информации
В данном расчете нами будет рассмотрено несколько случаев для различной освещенности. Для этого использованы лампы разной мощности (25, 45, 60 и 70 Вт.) (рис. 2). Положение источника света и наблюдателя относительно плоскости изображения во всех случаях одинаковое.
Л
Рис. 2. Схема эксперимента
Для каждого варианта освещения нами будет посчитана суммарное количество информации для областей а, Ь и с. Расчет будем проводить по формуле Хартли для количества информации в сообщении:
J = Р1 ,
1
здесь Р1 — вероятности появления этих элементов- J — количество информации.
Чтобы воспользоваться данной формулой, посчитаем количество элементов изображения в выделенных областях а, Ь и с, которые мы можем различить невооруженным глазом при данном освещении. Приняв максимальное количество элементов птах ,
которое удалось разглядеть в данной области, за 100%, вычислим вероятности появления элементов п данной области для данного освещения: п
Рг =-•
птах
Результаты вычислений сведены в табл. 1 и 2.
N
а Ь с
25 11 7 12
40 14 10 15
60 23 14 18
75 24 16 20
Таблица 1. Количество элементов изображения
Рг
а Ь с
25 0. 458 0. 438 0. 6
40 0. 583 0. 625 0. 75
60 0. 958 0. 875 0. 9
75 1 1 1
Таблица 2. Вероятности появления элементов изображения
По результатам расчета построим график зависимости количества информации в изображении от мощности источника света (рис. 3).
Т, бит
3,5 1
3 —
2,5 —
2 —
1,5 —
1 —
0,5 —
о —
0 20 40 60 80 Ж, Вт
Рис. 3. Зависимость количества воспринимаемой при просмотре изображения информации от мощности источника света
Нанесем теперь исходное изображение на поверхность цилиндра и заставим его вращаться по этой поверхности с различной скоростью ш (рис. 4). Подробнее о том, как это было реализовано, можно посмотреть в [2].
Рис. 4. Вращение изображения по поверхности цилиндра
Подсчет количества элементов и вероятностей их появления произведем так же, как и в предыдущем расчете количества информации в плоском изображении. Результаты сведем в табл. 3. Для подсчета количества информации также воспользуемся формулой Хартли:
п
3 = -Х ^ 2Р1.
1
W,
Вт ш1 Ш2 ш3 ш4
25 0,521 0,391 0,26 0,217
75 0,565 0,608 0,434 0,391
Р1 0,7
0.6 —
0,5
0,4 —
0,3
0,2 —
0,1
0
Таблица 3. Вероятности появления элементов изображения
при минимальном освещении
при максимальном освещении
0
Рис. 5.
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
Ю, об. /с
Зависимость вероятности появления элементов от скорости вращения изображения по поверхности цилиндра
1, бит 2,5 -1
2 —
1,5 —
при минимальном освещении
1 —
при максимальном освещении
0,5 —
0 -I-1−1-1−1-1-,
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 об. /с
Рис. 6. Зависимость количества информации от скорости вращения изображения
по поверхности цилиндра
Таким образом, в работе была предложена методика информационной оценки различных типов представления изображения. С помощью данной методики можно оценивать восприятие человека с точки зрения количества битовой информации.
1. Моль А. Теория информации и эстетическое восприятие. — М.: Мир, 1966. — 351 с.
2. Коваленко П. П. Визуализация изображений на цилиндре и торе // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. — 2007. — Выпуск 37. Современная физика. Труды молодых ученых.- С. 318−321.
Литература

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой