阈值是指某一效应开始出现的最低值或最小刺激量,广泛应用于多个学科领域。其核心概念和特点如下:
一、基本定义
绝对阈值 指刚刚能引起感觉的最小刺激量。例如,视觉系统中能分辨的最小光线强度,或听觉中能听到的最小声音强度。
相对阈值
指能够引起差别感觉的最小刺激变化量。例如,100g砝码增加1g或减少1g通常无法被感知,而需增加或减少3g才能察觉变化。
二、应用领域
心理学与生理学
- 感觉阈限(绝对/差别阈)用于研究人类感官的灵敏度,如韦伯定律和费希纳定律。
- 差别阈与刺激强度呈对数关系,适用于中等强度刺激的量化分析。
工程与信号处理
- 噪声门(阈值调节): 通过调整门限电平截断噪声,避免有用信号被干扰。例如,水库水闸控制淤泥与清水的流量。 - 信号压缩感知
图像处理与计算机视觉 - 边缘特征二值化:在保留边缘信息的同时自动选择阈值,避免引入额外边缘特征。
三、相关概念
韦伯定律:
描述差别阈与原刺激强度的比例关系($\Delta I = kI$),适用于中等强度刺激。
费希纳定律:说明感觉强度与刺激强度的对数关系($S = k\log R$),同样适用于中等强度范围。
最大熵阈值法:通过计算目标与背景的熵差来确定最佳分割阈值,常用于图像二值化。
四、文化与哲学意义
“阈”字在汉语中从“门槛”演变为“界限”或“临界点”,体现了中文对抽象概念的包容性。例如,系统阈值表示功能启用的临界条件,压限器则象征在保留有效成分中去除冗余的智慧。
综上,阈值是理解感官感知、信号处理及系统控制的关键概念,其研究方法和技术不断推动相关领域的创新。