التباين (الرؤية)

يُعرَّف تباين ويبر على النحو التالي ^{[ 6 ]}

${\displaystyle {\frac {I-I_{\mathrm {b} }}{I_{\mathrm {b} }}},}$

مع${\displaystyle I}$و${\displaystyle I_{\mathrm {b} }}$يمثل هذا المقياس سطوع العناصر والخلفية على التوالي. ويُعرف أيضًا باسم نسبة ويبر ، لأنه الحد الثابت في قانون ويبر . يُستخدم تباين ويبر عادةً في الحالات التي توجد فيها عناصر صغيرة على خلفية موحدة كبيرة، أي عندما يكون متوسط ​​السطوع مساويًا تقريبًا لسطوع الخلفية.

صورة لورقة شجر بألوان متعددة - الصورة السفلية تحتوي على زيادة في التشبع بنسبة 11% وزيادة في التباين بنسبة 10% تقريبًا.

يُستخدم تباين ميكلسون ^{[ 8 ]} (المعروف أيضًا باسم الوضوح ) بشكل شائع للأنماط التي تتساوى فيها العناصر الساطعة والداكنة وتشغل نسبًا متقاربة من المساحة (مثل شبكات الموجة الجيبية ). يُعرَّف تباين ميكلسون على النحو التالي ^{[ 6 ] .}

${\displaystyle {\frac {I_{\mathrm {max} }-I_{\mathrm {min} }}{I_{\mathrm {max} }+I_{\mathrm {min} }}},}$

مع${\displaystyle I_{\mathrm {max} }}$و${\displaystyle I_{\mathrm {min} }}$يمثل أعلى وأدنى مستوى إضاءة. ويمثل المقام ضعف متوسط ​​أعلى وأدنى مستوى إضاءة. ^{[ 9 ]}

يُعد هذا النوع من التباين طريقة فعالة لتحديد التباين كميًا للدوال الدورية${\displaystyle f(x)}$ويُعرف أيضًا باسم التعديل${\displaystyle m_{f}}$إشارة دورية${\displaystyle f}$. يحدد التعديل المقدار النسبي الذي تتغير به السعة (أو الفرق)${\displaystyle (f_{\text{max}}-f_{\text{min}})/2}$ل${\displaystyle f}$يبرز عن القيمة المتوسطة (أو الخلفية)${\displaystyle (f_{\text{max}}+f_{\text{min}})/2}$.

على العموم،${\displaystyle m_{f}}$يشير إلى تباين الإشارة الدورية${\displaystyle f}$مقارنة بقيمتها المتوسطة. إذا${\displaystyle m_{f}=0}$، ثم${\displaystyle f}$لا يوجد تباين. إذا كانت دالتان دوريتان${\displaystyle f}$و${\displaystyle g}$إذا كان لهما نفس القيمة المتوسطة، فإن${\displaystyle f}$يتميز بتباين أكبر من${\displaystyle g}$لو${\displaystyle m_{f}>m_{g}}$[ ^{10 ]​}

لا يعتمد تباين الجذر التربيعي المتوسط ​​(RMS) على محتوى التردد المكاني أو التوزيع المكاني للتباين في الصورة. يُعرَّف تباين RMS بأنه الانحراف المعياري لشدة البكسل : ^{[ 6 ]}

${\displaystyle {\sqrt {{\frac {1}{MN}}\sum _{i=0}^{N-1}\sum _{j=0}^{M-1}\left(I_{ij}-{\bar {I}}\right)^{2}}}}$

حيث الشدة${\displaystyle I_{ij}}$هي${\displaystyle i}$-ذ${\displaystyle j}$العنصر رقم - من الصورة ثنائية الأبعاد ذات الحجم${\displaystyle M}$بواسطة${\displaystyle N}$.${\displaystyle {\bar {I}}}$يمثل متوسط ​​شدة جميع قيم البكسل في الصورة. الصورة${\displaystyle I}$يُفترض أن تكون شدة البكسلات مُعايرة في النطاق${\displaystyle [0,1]}$وهذا يعادل قسمة الانحراف المعياري لشدة البكسل على المتوسط ​​(مع أو بدون تطبيع).

تم تطوير مقاييس قياس التباين البديلة، مثل مقياس الضبابية، ^{[ 11 ]} لتحديد التباين (أو انعدام التباين) بمفاهيم أكثر بديهية للتباين: القدرة على التمييز بين مناطق مختلفة من الصورة.

حدة البصر هي أحد المعايير الشائعة لتقييم الرؤية بشكل عام. مع ذلك، قد يؤدي انخفاض حساسية التباين إلى تراجع وظائف البصر رغم سلامة حدة البصر. ^{[ 13 ]} على سبيل المثال، قد يحقق بعض المصابين بالجلوكوما حدة بصر 20/20 في فحوصات حدة البصر، ومع ذلك يواجهون صعوبة في أداء أنشطة الحياة اليومية ، مثل القيادة ليلاً.

كما ذُكر سابقًا، تُشير حساسية التباين إلى قدرة الجهاز البصري على تمييز المكونات الساطعة والخافتة في صورة ثابتة. ^{[ 14 ]} ويمكن تعريف حدة البصر بأنها الزاوية التي يُمكن من خلالها تمييز نقطتين منفصلتين عند عرض الصورة بتباين 100% وإسقاطها على نقرة الشبكية. ^{[ 15 ]} وبالتالي، عندما يُقيّم أخصائي البصريات أو طبيب العيون حدة بصر المريض باستخدام لوحة سنيلين أو أي لوحة أخرى ، تُعرض الصورة المستهدفة بتباين عالٍ، مثل حروف سوداء متناقصة الحجم على خلفية بيضاء. وقد يُظهر فحص حساسية التباين اللاحق صعوبةً في الرؤية عند انخفاض التباين (باستخدام، على سبيل المثال، لوحة بيلي-روبسون، التي تتكون من حروف رمادية باهتة متجانسة الحجم على خلفية بيضاء).

لتقييم حساسية التباين لدى المريض، يمكن استخدام أحد الفحوصات التشخيصية العديدة. تعرض معظم لوحات الفحص في عيادة طبيب العيون أو أخصائي البصريات صورًا ذات تباين وتردد مكاني متفاوتين . يُشاهد المريض تباعًا خطوطًا متوازية ذات عرض وتباين متفاوتين، تُعرف باسم شبكات الموجة الجيبية. يُمثل عرض الخطوط والمسافة بينها التردد المكاني، الذي يُقاس بالدورات لكل درجة.

أظهرت الدراسات أن حساسية التباين تكون في أقصى حالاتها عند الترددات المكانية من 2 إلى 5  دورات/درجة، ثم تتناقص عند الترددات المكانية الأقل، وتتناقص بسرعة عند الترددات المكانية الأعلى. الحد الأعلى لقدرة نظام الرؤية البشري هو حوالي 60  دورة/درجة. يتطلب التعرف الصحيح على الأحرف الصغيرة أن يكون حجم الحرف حوالي 18-30  دورة/درجة. ^{[ 16 ]} يمكن تعريف عتبة التباين بأنها الحد الأدنى للتباين الذي يمكن للمريض تمييزه. تُعبر حساسية التباين عادةً عن مقلوب عتبة التباين اللازمة للكشف عن نمط معين (أي 1 ÷ عتبة التباين). ^{[ 17 ]}

باستخدام نتائج فحص حساسية التباين، يمكن رسم منحنى حساسية التباين، حيث يُمثل المحور الأفقي التردد المكاني، والمحور الرأسي عتبة التباين. يُعرف هذا المنحنى أيضًا باسم دالة حساسية التباين (CSF)، ويُظهر النطاق الطبيعي لحساسية التباين، ويُشير إلى انخفاض حساسية التباين لدى المرضى الذين تقل قيمهم عن النطاق الطبيعي. تحتوي بعض الرسوم البيانية على "مكافئات حدة حساسية التباين"، حيث تقع قيم الحدة المنخفضة في المنطقة أسفل المنحنى. في المرضى الذين يتمتعون بحدة بصرية طبيعية مع انخفاض متزامن في حساسية التباين، تُمثل المنطقة أسفل المنحنى تمثيلًا بيانيًا للعجز البصري. قد يكون هذا الضعف في حساسية التباين هو ما يُسبب صعوبة القيادة ليلًا، وصعود السلالم، وغيرها من أنشطة الحياة اليومية التي يقل فيها التباين. ^{[ 18 ]}

أظهرت دراسات حديثة أن أنماط الموجات الجيبية متوسطة التردد تُكتشف على النحو الأمثل بواسطة الشبكية نظرًا لترتيب الحقول الاستقبالية العصبية من المركز إلى المحيط. ^{[ 19 ]} عند التردد المكاني المتوسط، تُكتشف ذروة النمط (الأشرطة الأكثر سطوعًا) بواسطة مركز الحقل الاستقبالي، بينما تُكتشف قيعانه (الأشرطة الأكثر قتامة) بواسطة محيطه المثبط. ولهذا السبب، تُثير الترددات المكانية المنخفضة والعالية نبضاتٍ استثارية وتثبيطية من خلال تداخل ذروات وقيعان التردد في مركز ومحيط الحقل الاستقبالي العصبي . ^{[ 20 ] وتؤثر عوامل بيئية [ 21 ]} وفيزيولوجية وتشريحية أخرى على النقل العصبي لأنماط الموجات الجيبية، بما في ذلك التكيف . ^{[ 22 ]}

ينشأ انخفاض حساسية التباين من أسباب متعددة، بما في ذلك اضطرابات الشبكية مثل التنكس البقعي المرتبط بالعمر ، والغمش ، وتشوهات العدسة مثل إعتام عدسة العين ، واختلالات عصبية عليا، بما في ذلك السكتة الدماغية ومرض الزهايمر . ^{[ 23 ]} ونظرًا لتعدد الأسباب المؤدية إلى انخفاض حساسية التباين، فإن اختبارات حساسية التباين مفيدة في تحديد طبيعة الخلل ومراقبته، ولكنها أقل فائدة في الكشف عن المرض.