Contraste (visión)

El contraste de Weber se define como ^{[ 6 ]}

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

con${\displaystyle I}$y${\displaystyle I_{\mathrm {b} }}$Representa la luminancia de los detalles y del fondo, respectivamente. Esta medida también se conoce como fracción de Weber , ya que es el término constante en la Ley de Weber . El contraste de Weber se utiliza comúnmente en casos donde hay detalles pequeños sobre un fondo uniforme extenso, es decir, donde la luminancia promedio es aproximadamente igual a la luminancia del fondo.

Fotografía de una hoja con varios colores: la imagen inferior tiene un aumento de saturación del 11 % y un aumento de contraste de alrededor del 10 %.

El contraste de Michelson ^{[ 8 ]} (también conocido como visibilidad ) se usa comúnmente para patrones donde las características brillantes y oscuras son equivalentes y ocupan fracciones similares del área (por ejemplo, rejillas de onda sinusoidal ). El contraste de Michelson se define como ^{[ 6 ]}

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

con${\displaystyle I_{\mathrm {max} }}$y${\displaystyle I_{\mathrm {min} }}$representando la luminancia más alta y más baja. El denominador representa el doble del promedio de las luminancias máxima y mínima. ^{[ 9 ]}

Esta forma de contraste es una manera eficaz de cuantificar el contraste para funciones periódicas.${\displaystyle f(x)}$y también se conoce como modulación${\displaystyle m_{f}}$de una señal periódica${\displaystyle f}$. La modulación cuantifica la cantidad relativa por la cual la amplitud (o diferencia)${\displaystyle (f_{\text{máx}}-f_{\text{mín}})/2}$de${\displaystyle f}$destaca del valor promedio (o fondo)${\displaystyle (f_{\text{máx}}+f_{\text{mín}})/2}$.

En general,${\displaystyle m_{f}}$se refiere al contraste de la señal periódica${\displaystyle f}$relativo a su valor promedio. Si${\displaystyle m_{f}=0}$, entonces${\displaystyle f}$no tiene contraste. Si dos funciones periódicas${\displaystyle f}$y${\displaystyle g}$tienen el mismo valor promedio, entonces${\displaystyle f}$tiene más contraste que${\displaystyle g}$si${\displaystyle m_{f}>m_{g}}$. ^{[ 10 ]}

El contraste cuadrático medio (RMS) no depende del contenido de frecuencia espacial ni de la distribución espacial del contraste en la imagen. El contraste RMS se define como la desviación estándar de las intensidades de los píxeles : ^{[ 6 ]}

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

donde intensidades${\displaystyle I_{ij}}$son los${\displaystyle i}$-th${\displaystyle j}$-ésimo elemento de la imagen bidimensional de tamaño${\displaystyle M}$por${\displaystyle N}$.${\displaystyle {\bar {I}}}$es la intensidad promedio de todos los valores de píxeles en la imagen. La imagen${\displaystyle I}$Se supone que tiene sus intensidades de píxeles normalizadas en el rango${\displaystyle [0,1]}$Esto equivale a dividir la desviación estándar de las intensidades de los píxeles por la media (con o sin normalización).

Se han desarrollado métricas alternativas de medición del contraste, como la métrica de neblina, ^{[ 11 ] para cuantificar el contraste (o la falta de contraste) con nociones más intuitivas de contraste: la capacidad de diferenciar diferentes regiones de la imagen.}

La agudeza visual es un parámetro que se usa frecuentemente para evaluar la visión general. Sin embargo, la disminución de la sensibilidad al contraste puede causar una disminución de la función visual a pesar de una agudeza visual normal. ^{[ 13 ]} Por ejemplo, algunas personas con glaucoma pueden lograr una visión de 20/20 en los exámenes de agudeza visual, pero tener dificultades con las actividades cotidianas , como conducir de noche.

Como se mencionó anteriormente, la sensibilidad al contraste describe la capacidad del sistema visual para distinguir los componentes brillantes y tenues de una imagen estática. ^{[ 14 ]} La agudeza visual se puede definir como el ángulo con el que se pueden resolver dos puntos como separados ya que la imagen se muestra con un 100 % de contraste y se proyecta sobre la fóvea de la retina. ^{[ 15 ]} Por lo tanto, cuando un optometrista u oftalmólogo evalúa la agudeza visual de un paciente utilizando una tabla de Snellen u otra tabla de agudeza , la imagen objetivo se muestra con alto contraste, por ejemplo, letras negras de tamaño decreciente sobre un fondo blanco. Un examen posterior de sensibilidad al contraste puede demostrar dificultad con un contraste reducido (utilizando, por ejemplo, la tabla de Pelli-Robson, que consiste en letras grises de tamaño uniforme pero cada vez más pálidas sobre un fondo blanco).

Para evaluar la sensibilidad al contraste de un paciente, se pueden utilizar diversos exámenes diagnósticos. La mayoría de las tablas en el consultorio de un oftalmólogo u optometrista muestran imágenes con diferentes niveles de contraste y frecuencia espacial . El paciente observa secuencialmente barras paralelas de distinto ancho y contraste, conocidas como rejillas sinusoidales. El ancho de las barras y la distancia entre ellas representan la frecuencia espacial, medida en ciclos por grado.

Los estudios han demostrado que la sensibilidad al contraste es máxima para frecuencias espaciales de 2 a 5  cpd, disminuyendo para frecuencias espaciales más bajas y decreciendo rápidamente para frecuencias espaciales más altas. El límite superior para el sistema de visión humana es de aproximadamente 60  cpd. La identificación correcta de letras minúsculas requiere que el tamaño de la letra sea de aproximadamente 18 a 30  cpd. ^{[ 16 ]} El umbral de contraste se puede definir como el contraste mínimo que el paciente puede resolver. La sensibilidad al contraste se expresa típicamente como el recíproco del umbral de contraste para la detección de un patrón dado (es decir, 1 ÷ umbral de contraste). ^{[ 17 ]}

Utilizando los resultados de un examen de sensibilidad al contraste, se puede trazar una curva de sensibilidad al contraste, con la frecuencia espacial en el eje horizontal y el umbral de contraste en el eje vertical. También conocida como función de sensibilidad al contraste (FSC), la gráfica muestra el rango normal de sensibilidad al contraste e indicará una sensibilidad al contraste disminuida en pacientes que se encuentren por debajo de la curva normal. Algunas gráficas contienen "equivalentes de agudeza de sensibilidad al contraste", donde los valores de agudeza más bajos se encuentran dentro del área bajo la curva. En pacientes con agudeza visual normal y sensibilidad al contraste reducida concomitante, el área bajo la curva sirve como representación gráfica del déficit visual. Esta alteración en la sensibilidad al contraste puede ser la causa de que los pacientes tengan dificultades para conducir de noche, subir escaleras y realizar otras actividades cotidianas en las que el contraste se reduce. ^{[ 18 ]}

Estudios recientes han demostrado que los patrones sinusoidales de frecuencia intermedia son detectados de manera óptima por la retina debido a la disposición centro-periferia de los campos receptivos neuronales. ^{[ 19 ]} En una frecuencia espacial intermedia, el pico (barras más brillantes) del patrón es detectado por el centro del campo receptivo, mientras que los valles (barras más oscuras) son detectados por la periferia inhibitoria del campo receptivo. Por esta razón, las frecuencias espaciales bajas y altas generan impulsos excitatorios e inhibitorios mediante la superposición de picos y valles de frecuencia en el centro y la periferia del campo receptivo neuronal . ^{[ 20 ]} Otros factores ambientales, ^{[ 21 ]} fisiológicos y anatómicos influyen en la transmisión neuronal de patrones sinusoidales, incluida la adaptación . ^{[ 22 ]}

La disminución de la sensibilidad al contraste se debe a múltiples etiologías, incluyendo trastornos de la retina como la degeneración macular asociada a la edad (DMAE), la ambliopía , anomalías del cristalino, como las cataratas , y disfunción neuronal de orden superior, incluyendo el accidente cerebrovascular y la enfermedad de Alzheimer . ^{[ 23 ]} En vista de la multitud de etiologías que conducen a la disminución de la sensibilidad al contraste, las pruebas de sensibilidad al contraste son útiles para la caracterización y el seguimiento de la disfunción, y menos útiles para la detección de la enfermedad.