Contraste
Contraste é a diferença de luminância ou cor que nos permite distinguir um objeto do seu entorno. Na nossa percepção visual do mundo real, o contraste é determinado pela variação de cor e brilho entre um objeto e os demais no mesmo campo de visão. O sistema visual humano é notavelmente mais sensível ao contraste do que à luminância absoluta, o que nos permite perceber o mundo de forma consistente, mesmo com grandes mudanças na iluminação ao longo do dia ou em diferentes ambientes. O contraste máximo que uma imagem pode ter é conhecido como taxa de contraste ou faixa dinâmica.
Pontos-chave
- Contraste é a diferença de luminância ou cor que torna um objeto distinguível.
- O sistema visual humano é mais sensível ao contraste do que à luminância absoluta.
- A sensibilidade ao contraste permite perceber o mundo de forma consistente, apesar das variações de iluminação.
- A taxa de contraste ou faixa dinâmica representa o contraste máximo de uma imagem.
- Existem diversas definições e fórmulas para calcular o contraste, dependendo da situação.
A função de sensibilidade ao contraste humano, conforme observado por Campbell e Robson (1968), exibe um comportamento típico de filtro passa-banda, com um pico de sensibilidade em torno de quatro ciclos por grau. Isso sugere que o sistema visual humano é mais eficaz na detecção de diferenças de contraste que ocorrem nessa frequência espacial, ou seja, somos capazes de perceber contrastes mais baixos nessa frequência do que em outras. No entanto, a ideia de que a sensibilidade é estritamente ligada à frequência é complexa, pois, por exemplo, mudanças na distância não parecem afetar os padrões perceptivos relevantes, como notado por Solomon e Pelli (1994) em relação a letras. A relativa insensibilidade dos efeitos do contraste à distância (e, consequentemente, à frequência espacial) pode ser observada ao inspecionar uma grade de varredura paradigmática.
Existem múltiplas definições de contraste, algumas incluindo cores e outras não, o que pode ser inconveniente e dificultar a comparação de resultados entre diferentes estudos, como lamentado por Travnikova. As diversas definições são aplicadas em situações distintas. Aqui, o contraste de luminância é usado como exemplo, mas as fórmulas podem ser adaptadas para outras quantidades físicas. Em muitos casos, as definições de contraste são expressas como uma proporção.
Contraste de Weber
O Contraste de Weber é calculado pela fórmula (I - I_b) / I_b, onde 'I' representa a luminância do objeto e 'I_b' a luminância do plano de fundo. Também conhecido como fração de Weber, este termo é constante na lei de Weber. É frequentemente utilizado quando pequenos elementos estão presentes em um fundo grande e uniforme, onde a luminância média é aproximadamente igual à luminância do fundo.
Contraste de Michelson
O Contraste de Michelson (ou visibilidade) é ideal para padrões com características claras e escuras equivalentes, que ocupam proporções semelhantes da área (como redes de ondas senoidais). Sua fórmula é (I_max - I_min) / (I_max + I_min), onde 'I_max' e 'I_min' são as luminâncias máxima e mínima. O denominador corresponde ao dobro da média das luminâncias máxima e mínima. Esta medida é eficaz para quantificar o contraste de funções periódicas f(x) e é também conhecida como modulação m_f de um sinal periódico f. A modulação quantifica o quanto a amplitude (ou diferença) (f_max - f_min)/2 de f se destaca do seu valor médio (ou de fundo) (f_max + f_min)/2. Em geral, m_f refere-se ao contraste do sinal periódico f em relação ao seu valor médio. Se m_f = 0, f não tem contraste. Se duas funções periódicas f e g têm o mesmo valor médio, f terá mais contraste que g se m_f > m_g.
Contraste do Valor Eficaz (RMS)
O Contraste do Valor Eficaz (RMS) é independente do conteúdo da frequência angular ou da distribuição espacial do contraste na imagem. Ele é definido como o desvio padrão das intensidades de pixel: a raiz quadrada de (1/(MN) * ΣΣ(I_ij - Ī)²), onde I_ij são as intensidades de pixel do i-ésimo e j-ésimo elemento de uma imagem bidimensional de tamanho M por N. Ī é a intensidade média de todos os pixels na imagem. As intensidades de pixel da imagem I são geralmente normalizadas no intervalo [0, 1].
A sensibilidade ao contraste é a capacidade de distinguir diferentes níveis de luminância em uma imagem estática. Essa sensibilidade varia entre as pessoas, atingindo seu pico por volta dos vinte anos de idade e em frequências angulares de aproximadamente dois a cinco ciclos por grau. Com o envelhecimento, ou devido a condições como catarata e retinopatia diabética, a sensibilidade ao contraste pode diminuir.
Sensibilidade ao Contraste vs. Acuidade Visual
A acuidade visual é um parâmetro comum para avaliar a visão geral. No entanto, uma diminuição na sensibilidade ao contraste pode prejudicar a função visual, mesmo com acuidade visual normal. Por exemplo, pacientes com glaucoma podem ter visão 20/20 em testes de acuidade, mas ainda enfrentar dificuldades em atividades diárias como dirigir à noite. Enquanto a sensibilidade ao contraste descreve a capacidade de distinguir componentes claros e escuros em uma imagem estática, a acuidade visual é definida como o menor ângulo no qual dois pontos podem ser resolvidos como separados, sob 100% de contraste e projeção na fóvea. Assim, em exames de acuidade (como o gráfico de Snellen), a imagem alvo é exibida em alto contraste (por exemplo, letras pretas em fundo branco). Um exame de sensibilidade ao contraste subsequente (usando, por exemplo, o gráfico Pelli-Robson, com letras de tamanho uniforme, mas cada vez mais pálidas em um fundo branco) pode revelar dificuldades com contraste diminuído.
