4.人眼的生理特性
人类眼睛的特性与功能
人类眼睛的特性与功能人类眼睛是我们视觉系统中最为重要的一部分，它拥有多种特性和功能。
在本篇文章中，我们将探讨人类眼睛的结构、特性以及其在视觉系统中的作用。
一、人类眼睛的结构人类眼睛是一个复杂的器官，由多个部分组成。
其中最为重要的结构是眼球。
眼球包括巩膜、角膜、虹膜、睫状体、晶状体、玻璃体和视网膜。
这些结构共同协作，使我们能够看到周围的世界。
巩膜是眼球的外层，负责保护眼球并帮助调节眼球的形状。
角膜是一层透明的组织，它是我们视觉系统中最为重要的结构之一，因为大约75%的眼球焦距是通过它来实现的。
虹膜是一个有色环形结构，它负责调节眼球的瞳孔大小。
睫状体是一个环形肌肉，能够调节晶状体的形状，从而帮助我们在不同距离上看清事物。
晶状体是位于眼球内部的透明组织，它的凸面能够改变眼球的焦距。
玻璃体是一个透明的凝胶状物质，填充在眼球后部，它与视网膜一起负责将光线转化为神经信号。
视网膜是眼球的内层，它内涵有视网膜细胞，能够将光能转化为化学能，并在神经元中传递信息。
二、人类眼睛的特性人类眼睛有许多特性，其中最为重要的特性是视角。
视角是指当人类眼睛盯着某个物体时，它所能看到的视野范围。
视角的大小取决于眼睛的焦距和眼球的大小。
人类眼睛的另一个特性是分辨率。
人类眼睛能够分辨出离眼睛最近的两个不同的点之间的大小，称为分辨率。
这种分辨能力取决于眼睛的视网膜，它包含了大约1亿个视网膜细胞。
这些细胞的排列方式，使得人类眼睛在看东西时可以分辨出非常精细的细节。
除了视角和分辨率之外，人类眼睛还具有敏锐的光感。
人类眼睛能够适应不同的光照强度，并在不同的光线条件下调节瞳孔大小和眼球的形状，从而使我们能够在昏暗的场景中看清事物。
三、人类眼睛在视觉系统中的作用人类眼睛在视觉系统中扮演着至关重要的角色。
它能够将可见光转化为神经信号，并将这些信号传送到大脑的视觉皮层。
视觉皮层能够将这些信息解码，使我们能够理解周围的环境，并做出反应。
人类眼睛的作用不仅限于传递信息，它还能够影响我们的行为和情绪。
人眼视觉特性(HVS)
人眼视觉特性(一).com人眼类似于一个光学系统，但它不是普通意义上的光学系统，还受到神经系统的调节。
人眼观察图像时可以用以下几个方面的反应及特性：(1)从空间频率域来看，人眼是一个低通型线性系统，分辨景物的能力是有限的。
由于瞳孔有一定的几何尺寸和一定的光学像差，视觉细胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是无穷的，HVS对太高的频率不敏感。
(2)(4)(5)(6)段，一幅当人眼睛的视网膜受到光的刺激时，所引起的色觉经验具有三种心理性向度，即色彩亮度和饱和度。
色彩之不同，取决于光的波长，而亮度的高低则与光的波幅成正比，但也与光的波长有关。
在白天，波长550nm左右的光最亮，而在夜晚，波长510nm左右的光最亮饱和度是指颜色的纯度。
其饱和度越大，其色彩越鲜艳，反之，越灰暗。
1.2人眼对光谱的灵敏度在人眼的视网膜上有两种视觉细胞，即锥状细胞和杆状细胞。
锥状细胞不但可以接受色彩的刺激，还可以感受亮度的刺激。
所以，在白天书画光下，人眼可以同时识别彩色与非彩色的物体，但到了夜间或暗处，锥状细胞即失去感光作用,视觉功能由杆状细胞取代.此时，人眼便无法感觉彩色，仅能辨别白色和灰色。
1.3明视觉暗视觉与中介视觉明视觉在环境亮度大于10cd.m2时,视觉完全由锥状细胞起作用,最的的视觉响应在光谱蓝绿区间的555nm处,在这样亮度的环境中的视觉特性称为明视觉。
暗视觉在环境亮度低于10-2cd.m-2时,锥状细胞失去感光作用,视觉功能由杆状细胞取代,人眼失去感觉彩色的能力，仅能辨别白色和灰色.在这样亮度的环境中的视觉特性称为暗视觉.中介视觉当景物的亮度增加到10-2cd.m-2以上时,除明亮度增加外,还可以发现三个效应。
首先，中心凹的察觉开始变得和边缘部分的察觉一样容易。
其次，可以感觉到颜色，开始时弱，其后增强。
第三，随着亮度的变化，锥状细胞和杆状细胞对视觉的作用也随之发生变化。
1.4明适应暗适应和比视感度480nm较差。
人眼视觉特性
人眼视觉特性(一)人眼类似于一个光学系统，但它不是普通意义上的光学系统，还受到神经系统的调节。
人眼观察图像时可以用以下几个方面的反应及特性：(1)从空间频率域来看，人眼是一个低通型线性系统，分辨景物的能力是有限的。
由于瞳孔有一定的几何尺寸和一定的光学像差，视觉细胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是无穷的，HVS对太高的频率不敏感。
(2)人眼对亮度的响应具有对数非线性性质，以达到其亮度的动态范围。
由于人眼对亮度响应的这种非线性，在平均亮度大的区域，人眼对灰度误差不敏感。
(3)人眼对亮度信号的空间分辨率大于对色度信号的空间分辨率。
(4)由于人眼受神经系统的调节，从空间频率的角度来说，人眼又具有带通性线性系统的特性。
由信号分析的理论可知，人眼视觉系统对信号进行加权求和运算，相当于使信号通过一个带通滤波器，结果会使人眼产生一种边缘增强感觉一一侧抑制效应。
(5)图像的边缘信息对视觉很重要，特别是边缘的位置信息。
人眼容易感觉到边缘的位置变化，而对于边缘的灰度误差，人眼并不敏感。
(6)人眼的视觉掩盖效应是一种局部效应，受背景照度、纹理复杂性和信号频率的影响。
具有不同局部特性的区域，在保证不被人眼察觉的前提下，允许改变的信号强度不同。
人眼的视觉特性是一个多信道(Multichannel)模型。
或者说，它具有多频信道分解特性(Mutifrequency channel decompositon )。
例如，对人眼给定一个较长时间的光刺激后，其刺激灵敏度对同样的刺激就降低，但对其它不同频率段的刺激灵敏变却不受影响(此实验可以让人眼去观察不同空间频率的正弦光栅来证实)。
视觉模型有多种，例如神经元模型，黑白模型以及彩色视觉模型等等，分别反应了人眼视觉的不同特性。
Campbell和Robosn由此假设人眼的视网膜上存在许多独立的线性带通滤波器，使图像分解成不同频率段，而且不同频率段的带宽很窄。
视觉生理学的进一步研究还发现，这些滤波器的频带宽度是倍频递增的，换句话说，视网膜中的图像分解成某些频率段，它们在对数尺度上是等宽度的。
人眼的视觉特性知识讲解
人眼的视觉特性知识讲解人眼的视觉特性人眼的视觉特性1、引言人眼的视觉系统是世界上最好的图像处理系统，但它远远不是完美的。
人眼的视觉系统对图像的认知是非均匀的和非线性的，并不是对图像中的任何变化都能感知。
例如图像系数的量化误差引起的图像变化在一定范围内是不能为人眼所觉察的。
因此，如果编码方案能利用人眼视觉系统的一些特点，是可以得到高压缩比的。
对人眼视觉特性的深入研究及由此而建立的各种数学模型，一直是各种图像数字压缩算法的基础。
2、人眼的视觉特性人眼对380～780纳米内不同波长的光具有不同的敏感程度，称为人眼的视敏特性。
衡量描述人眼视敏特性的物理量为视敏函数和相对视敏函数。
1）视敏函数在相同亮度感觉的条件下，不同波长上光辐射功率的倒数可以用来衡量人眼对各波长光明亮感觉的敏感程度。
称为视敏函数K(λ)=1/pr(λ) 。
2）相对视敏函数实验表明，人眼对波长为555纳米的光最敏感，因此把任意波长的光的视敏函数与最大视敏函数值K(555)相比的比值称为相对视敏函数。
可见光波长实验表明：视敏涵数的曲线的最大值位于５５５nm处当光线微弱向左偏移最大值为５０7nm处，两者相差近５０nm，人眼就相当于带通滤波器，这就表明人眼对亮度变化比较敏感。
人眼对于蓝光的视觉灵敏度要比红光和绿光低的多．三条曲线的峰值比为Ｒ：Ｇ：Ｂ＝０．５４：０．５７５：０．０５３（蓝光放大２０倍）．三条曲线有相当一部分是重叠的．正常观察条件下，人眼得到的是二者的合成的视觉，不能将他们各自的数值区分开来．大脑根据三者的比例，感知彩色的色调和饱和度，而三者的和决定了光的总亮度。
2.1对比灵敏度人眼对亮度光强变化的响应是非线性的，通常把人眼主观上刚刚可辨别亮度差别所需的最小光强差值称为亮度的可见度阈值。
也就是说，当光强I增大时，在一定幅度内感觉不出，必须变化到一定值I+ΔI时，人眼才能感觉到亮度有变化，ΔI/I一般也称为对比灵敏度。
因此恢复图像的误差如果低于对比灵敏度，即不会被人眼察觉。
人眼特性
人眼特性作者：lymex 转自：牧夫天文论坛一、导言人眼是人身体中最重要的感觉器官，非常完善、精巧和不可思议，是生命长期进化到高级形式的必然产物。
在人感觉的外界信息中，有90%以上是通过眼睛获得的。
我们天天在用自己的眼睛，很多与视觉有关的事情习以为常，往往对其特性反而不了解，或者自认为很简单的知识或问题，但实际上存在误解。
在天文观测中，了解自己的眼睛，尤其是了解人眼的暗光特性，会更好的进行观测。
人眼的特性主要取决于人眼的构造，包括光线如何会聚、如何检测和视觉信号如何传导。
另外，神经系统的特性尤其是人脑对视觉信息的处理过程也起着一定的作用。
本文多次用到亮度的概念，这在上一期《夜空亮度》一文中有详细的定义和描述，这里再简单介绍一下。
亮度是光度学概念，是描述物体表面明暗程度的。
亮度概念与照度、发光强度、光通亮是分别不同的光度学概念，单位也不同。
亮度的单位是尼特。
这个概念就像能量、功率和重力都是不同的概念一样。
一个40W的日光灯，照射在距离其下面2米远的白纸上，白纸的亮度大约为25尼特。
猎户座大星云M42的中心部分，大约是0.02尼特。
满月表面是3000尼特，木星表面是800尼特。
满月照射下的白纸为0.05尼特。
二、人眼的构造人眼的构造相当于一架摄像机或照相机。
前面，是由角膜、晶状体、前房后房、玻璃体所共同组成的具备镜头功能的组合，把物体发出的光线聚焦到后面的相当与胶卷的用于检测光线的视网膜上。
角膜，为一直径11mm的透明膜，镶嵌于巩膜前面圆孔内，其中央部的曲率半径为8mm，周边部比较平坦。
角膜的屈光指数为1.376，为眼球的主要曲光媒质。
晶状体，为一形似双凸透镜的透明组织，由小带纤维悬挂于瞳孔后面，睫状肌收缩时小带松弛，晶状体依靠其本身的弹性而变厚，前后表面的曲度增加，整体屈光度增加，利于看清近处物体，称为调节。
在角膜和水晶体之间为虹膜，中间开有一个可以自动控制大小的孔，让适当的光线进来，称为瞳孔。
前房、后房。
眼的构造及机能
眼的构造及机能公誠國小護理師連敏貝眼的構造及機能眼的構造精巧,機能獨特。
眼的構造可分為眼球、眼瞼、淚器、眼窩、眼肌五大部份。
1公誠國小護理師連敏貝眼為一略圓而偏橢圓形的構造,前後直徑約二十二至二十三毫米。
眼球之解剖構造(圖 1)又可分為1. 結膜:為一層薄而半透明的黏膜,覆蓋眼瞼內層並延伸至角膜周圍。
蓋住眼瞼的部分,叫"瞼結膜";蓋住眼球(鞏膜)的部分,叫2公誠國小護理師連敏貝"球結膜":二者交界形成的皺襞,叫"穹窿"。
結膜含有豐富的微血管,故受刺激或發炎時,容易"眼紅"。
它也含有黏液腺體,可分泌淚液。
2. 角膜:為眼球前方透明的組織。
正常是無色透明的,透過角膜可見虹彩的色澤。
若虹彩色素淡微,則透出"藍色眼珠";若色素含量多(如東方民族)則呈現"黑眼珠"。
一般人所稱的"黑眼珠"的部分即指"角膜"鞏膜:鞏膜即一般人所稱的"眼白"的部分,為眼球壁最外一層,堅韌而不透明。
鞏膜可保護眼球內部,並維持眼球的形狀。
3. 脈絡膜:為眼球壁中層的組織,主要由色素及血管組成,可供應眼球養分並運送廢物。
脈絡膜、虹膜、睫狀體三者合稱為"葡萄膜"。
4. 虹膜:虹膜含有色素及肌肉。
虹膜中心有一圓形開口,稱為"瞳孔"。
瞳孔可變大和縮小,以便控制進入眼內的光線。
5. 睫狀體:位於虹膜與脈絡膜之間。
睫狀體可分泌水樣液稱為"房水"。
房水可營養角膜,並維持眼球內的壓力。
睫狀體可以調節水晶體的形狀及厚度,以取得適當的焦距。
3公誠國小護理師連敏貝 6. 視網膜:為眼球壁最內層,滿佈感光細胞及神經纖維。
其血液由脈絡膜及網膜小動脈供應。
視網膜中心區域,稱為"黃斑部"。
黃斑部含有大量的圓錐細胞。
夜视仪的工作原理
夜视仪的工作原理夜视仪是一种可帮助人类在低光条件下看到物体的仪器。
在不同应用领域，比如军事、科学研究、救援及监控等方面都有广泛应用。
夜视仪的工作原理是依靠光电转换技术和人眼的生理特性实现的。
本文将对夜视仪的工作原理进行详细介绍。
1. 光电转换技术夜视仪的核心是光电转换技术，该技术是将自然环境中的微弱光源转换为人类可见的图像。
光电转换技术有两种，分别是光增强和热成像。
光增强：光增强型夜视仪是最常见的类型。
它的原理是依靠一种称为"光电倍增管"的装置将光子电信号转换为电子信号。
该管内部有数个金属电极和荧光屏，荧光屏表面涂有磷化物，当光子击中荧光屏时，会在荧光屏上产生光电子，光电子会在电场的带动下不断加速撞击到磷化层，导致磷化层内部的电子级不断上升，直至发射光子。
这些光子被反射到荧光屏上，进而形成一个高质量的图像。
热成像：与光增强技术相比，热成像技术是在高清图像上更有保障。
该技术是利用红外线发射器将物体发出的红外线辐射转换为图像。
与光增强不同，热成像没有低光条件限制，因为它可以侦测到物体发出的热量，即使在白天或强光下也可以使用。
2. 人眼的生理特性人眼的生理特性是夜视仪的另一个重要因素。
人眼适应低光条件的方式是瞳孔扩大，以便更多光线进入眼睛。
但是过度扩大瞳孔却会减少视野，这正是夜视仪的目的之一。
此外，人眼的特性还包括眼罩，通过遮住眼睛周围杂乱无序的光线，提供一个相对干净的视野。
有些夜视仪还可能包括其他功能，比如红外光辅助系统，可以通过反射器将光线引导到夜视仪中，提高图像质量。
3. 夜视仪的分类夜视仪可以分为以下几类：（1）镜像型夜视仪：该夜视仪可增强目标被反射光的强度，通过夜视器和红外光源配合使用，使观察到的景象更为清晰及明亮。
（2）红外成像夜视仪：该夜视仪可根据物体的红外光辐射来成像，使用范围更广，而且可以穿透一些特定物体，如树木、云层等。
（3）主动系统夜视仪：该夜视仪可红外光辐照物体面，同时探测反射回来的微弱光信号并增强。
人眼视觉特性HVS
人眼视觉特性(一)人眼类似于一个光学系统，但它不是普通意义上的光学系统，还受到神经系统的调节。
人眼观察图像时可以用以下几个方面的反应及特性：(1)从空间频率域来看，人眼是一个低通型线性系统，分辨景物的能力是有限的。
由于瞳孔有一定的几何尺寸和一定的光学像差，视觉细胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是无穷的，HVS对太高的频率不敏感。
(2)人眼对亮度的响应具有对数非线性性质，以达到其亮度的动态范围。
由于人眼对亮度响应的这种非线性，在平均亮度大的区域，人眼对灰度误差不敏感。
(3)人眼对亮度信号的空间分辨率大于对色度信号的空间分辨率。
(4)由于人眼受神经系统的调节，从空间频率的角度来说，人眼又具有带通性线性系统的特性。
由信号分析的理论可知，人眼视觉系统对信号进行加权求和运算，相当于使信号通过一个带通滤波器，结果会使人眼产生一种边缘增强感觉一一侧抑制效应。
(5)图像的边缘信息对视觉很重要，特别是边缘的位置信息。
人眼容易感觉到边缘的位置变化，而对于边缘的灰度误差，人眼并不敏感。
(6)人眼的视觉掩盖效应是一种局部效应，受背景照度、纹理复杂性和信号频率的影响。
具有不同局部特性的区域，在保证不被人眼察觉的前提下，允许改变的信号强度不同。
人眼的视觉特性是一个多信道(Multichannel)模型。
或者说，它具有多频信道分解特性(Mutifrequency channel decompositon )。
例如，对人眼给定一个较长时间的光刺激后，其刺激灵敏度对同样的刺激就降低，但对其它不同频率段的刺激灵敏变却不受影响(此实验可以让人眼去观察不同空间频率的正弦光栅来证实)。
视觉模型有多种，例如神经元模型，黑白模型以及彩色视觉模型等等，分别反应了人眼视觉的不同特性。
Campbell和Robosn由此假设人眼的视网膜上存在许多独立的线性带通滤波器，使图像分解成不同频率段，而且不同频率段的带宽很窄。
视觉生理学的进一步研究还发现，这些滤波器的频带宽度是倍频递增的，换句话说，视网膜中的图像分解成某些频率段，它们在对数尺度上是等宽度的。
电视基本知识
彩色视觉
亮度－光作用于人眼时所引起的明暗程度的感觉。 色调－颜色的类别，如红、绿、蓝色。 饱和度－彩色的深浅程度，如深红、深绿，浅红、浅绿。 色调和饱和度合称为色度。
任何颜色都可由红、绿、蓝三基色以适当的比例混合而成，称为三基色原理。 空间混色: 红、绿、蓝三个发光点，当它们靠得很近，人眼不能分辩时，这三个发光点便在人眼中产生混色效应。
CRT TV产品基本原理简介
1、人眼的生理特性 2、主要光度参数 3、基本色度概念 4、电视传像原理 5、电视信号制式
人眼的生理特性
视觉惰性与临界闪烁频率 人眼的主观亮度感觉不能瞬间建立瞬间消失，而会滞后一段时间，称为视觉惰性。 光对人眼的刺激大于45.8Hz（30—55次/S）时，人眼不再有闪烁感（100 cd/m2 ）。 日光灯闪光频率是100HZ，我们感觉到他是连续的。 分辨能力 人眼对黑白细节分辨能力强，对彩色细节分辨能力低。对静止画面分辨能力强，对运动画面分辨能力低。 彩色视觉 只需重现彩色视觉，不必恢复彩色光谱。
谢 谢！
逐行扫描方式：可减小行间闪烁，但增加了视频带宽。
隔行扫描方式：可降低视频信号带宽。有行间闪烁。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
通过扫描将图像分割为像素，再转换为电信号，传送到接收端，通过显像器件的扫描，重现图像于显示屏。扫描线越密，分解的像素数愈多，重现图像就愈清晰。
电视传像原理（2）
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9 高压产生电路
9.1 利用行扫描的逆程脉冲通过行回扫变压器进行升压，然后经整流滤波产生2-3万伏左右的直流高压。其作用是向显像管提供阳极高压、聚焦电压和加速极电压，这也是显像管正常显像的基本条件。
9.2 它还向视放输出级提供工作电压和整机使用的低压。
人眼特征及视觉感知资料
• 眼球的结构 • · 视觉是指视觉器官眼睛（或眼球），通过接收及聚合光 线，得到对物体的影象，然后接收到的信息付会传到脑部 进行分析，以作为思想及行动的反应。 • · 要感知外在环境的变化，要靠眼睛及脑部的配合得出来， 以获得外界的信息。人类视觉系统的感受器官是眼球。眼 球的运作有如一部摄影机，过程可分为聚光和感光两个部 分。
• · 当有光线时，人眼睛能辨别物象本体的明暗。物象有了 明暗的对比，眼睛便能产生视觉的空间深度，看到对象的 立体程度。同时眼睛能识别形状，有助我们辨认物体的形 态。此外，人眼能看到色彩，称为色彩视或色觉。此四种 视觉的能力，是混为一体使用的，作为我们探察与辨别外 界数据，建立视觉感知的源头。
• 眼睛除了要辨认物象的特征，还要知道对象的位置，及其活动上的变 化，才可驱使身体其它部位作出相应的动作。 • · 在理解自身与外界之间的距离或深度，人类的知觉，可从视野所得 的资料中，抽出有关空间的提示，从而知识到自己与各种对象的距离。 视网膜是视觉的核心，它是一片平面的薄膜，获得的物象是平板而度的感知。 人类的眼球天赋便有辨别立体深度和距离的本能，因为人类是用双目 平排而视。同时通过外物在视野范围中所形成的物象大小，以及排列 或表现的状态，认知该物与我们的距离。甚至可通过形状及色彩获得 有关距离的资料。 • · 眼睛能看到物体的移动，有助辨别物体的方向和运动的速度。
• 视觉区域 • · 感觉光暗的杆状细胞和感觉色彩的锥状细胞在视网膜表 面并不是平均分布的，在感知中起重要作用的锥细胞大部 分集中在视网膜中的一小片称为黄点的地方。因此我们在 观看景物和阅读时，注意力只是集中在视野范围一半不到 的区域。
• 一个视能正常的人，能分辨在视网膜上来自不同投影的影 像。这种能力称为”视觉敏锐度”。 在接近视网膜的中央， 距离眼角膜最远的地方，这位置称为黄点(fovea) ，是感光 细胞最密集，视觉敏锐度最高的位置。当我们要看清一件 对象时，我们会转动眼球，直至影像聚焦在黄点上。离开 黄点越远，感光细胞越少，影像越不清晰。如影像聚焦在 黄点以外的地方，我们可看见一件对象的存在，但未必知 道这件对象是甚么。
色相的原理
色相的原理色相是色彩的一个重要属性，它是指颜色在视觉上的相对位置，也可以理解为色彩的种类或类别。
在色彩学中，色相是指纯净色彩的名称，如红色、绿色、蓝色等。
色相的原理是色彩学习的重要内容，它涉及到光的物理特性、人眼视觉的生理特性以及心理感受等方面。
下面将从光的物理特性、人眼视觉的生理特性和心理感受三个方面来探讨色相的原理。
首先，光的物理特性对色相产生了重要影响。
根据光的波长不同，人眼对光的感受也不同，从而产生了不同的颜色。
光谱中的不同波长对应着不同的颜色，这就是色相的物理基础。
通过混合不同波长的光，可以产生各种不同的颜色，这为色彩的表现提供了物理基础。
因此，光的物理特性是色相产生的重要前提。
其次，人眼视觉的生理特性也对色相产生了影响。
人眼对不同波长的光具有不同的感受特性，这种感受特性被称为色觉。
在人眼中，存在三种不同类型的色感受细胞，它们分别对应着红、绿、蓝三种基本颜色。
当这三种颜色的感受细胞受到不同波长光的刺激时，就会产生不同的神经信号，从而形成了对不同颜色的感知。
这种生理特性决定了人眼对色相的感知能力，也为色相的表现提供了生理基础。
最后，心理感受也是影响色相的重要因素。
人们对色彩的感受往往是主观的，不同的文化背景、个人经验、情绪状态都会对色相产生影响。
比如，红色在中国文化中代表着喜庆和吉祥，而在西方文化中则代表着危险和激情。
这种心理感受的差异使得色相在不同文化和环境中具有不同的象征意义，这也是色相在艺术和设计中被广泛运用的原因之一。
综上所述，色相的原理涉及到光的物理特性、人眼视觉的生理特性和心理感受三个方面。
光的物理特性决定了色相的物理基础，人眼视觉的生理特性决定了色相的感知能力，而心理感受则决定了色相的主观意义。
这些因素共同作用，使得色相成为了艺术和设计中不可或缺的重要元素，也为我们理解和运用色彩提供了重要的理论基础。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地理解色相的原理，从而更好地运用和表现色彩。
4.人眼的生理特性
1. 眼睛的构造及功能
• 内层：视网膜 约占眼球内表面 2/3，是一层透明的膜，也是视觉形 成的神经信息传递的第一站。 它包含感光细胞（杆体细胞和锥体细胞）、双极细 胞和神经节细胞。
1. 眼睛的构造及功能
• 锥体和杆体细胞
锥体细胞 分布 作用条件 视网膜中央 亮光 杆体细胞 较边缘部分 暗光
功能 颜色辨别
像高： (弧度) 15mm
4. 视敏度和细节视觉
• 视敏度： 人眼分辨物体细节和轮廓的能力，通常以找出两条 线间的最小间隔来说明 1 视角的倒数表示： 视敏度(V)＝ 视角(α) 正常视敏度：可辨视角为1’时的视力为正常视敏度， 此时像高约4μm（视力表：1.0） 视敏度受某些因素影响：距离、亮度、对比度
细节辨别 体积 对光的敏感性
明视觉 能辨别
能辨别 大 弱
暗视觉 不能辨别
不能辨别 小 强（500倍）
神经连接
视紫红质
一பைடு நூலகம்一
无
多对一
有
2. 明视觉、暗视觉光谱光效率函数
在明视觉条件下，人眼能对380～780nm可见光谱范 围的不同波长辐射有感觉。人们对不同色光的感受性 是不同的，可用光谱光效率函数来表征。 光谱光效率函数（视敏函数）：达到同样亮度时不 同波长所需能量的倒数
这些后象有些是有益的，有些是有害的。
英国心理学家Kenneth Craik右眼视网膜有一个永久 的小孔，这是他在注视太阳两分钟时留下的。
5. 临界闪烁频率
• 临界闪烁频率（Critical Flicker Frequency） 当闪光频率增加到一定程度，人眼就不再感觉到是 闪光，而是感到一种固定或连续的光，此时的频率即 为临界闪烁频率（CFF）。 • 视亮度
人眼的生理特征
几何分辨力
时间分辨力
• 时间叠加效果(积分效应):间隔小于20ms时 叠加,大于70ms时独立作用 • 时间频率特性:刺激为明亮光线时,在10几Hz 附近出现感觉峰值,刺激变暗时其峰值向低 频偏移,再变暗时峰值消失 • 闪烁感觉:闪烁感刚消失的临界频率(CFF)随 光强和目标变大而提高颜色分辨力人眼的生理特征介绍
人眼的生理特征
– 明暗适应力 – 几何分辨力 – 时间分辨力 – 颜色分辨力
明暗适应力
• 阳光照射雪地亮度50000cd/㎡—人眼可忍 受的极限亮度 • 人眼可见的最低亮度0.03cd/㎡ • 室内照度下显示器应有70cd/㎡ • 室外照度下显示器应有300cd/㎡ • 电影的亮度约30-45cd/㎡
• 国际标准眼可分辨13000多种颜色,有经验 的人可以分辨120多种颜色
人眼的彩色视觉模型
• 根据实验生物学的研 究结果,认为人眼有三 种锥状色感细胞,分别 感应红、绿、蓝三种 颜色，光对于三种色 感细胞的光通量的比 例决定了人眼的总色 度感觉，三者合成的 总光通量决定了人眼 的总亮度感觉
人眼的混色特性
XYZ制色域图
• 空间混色特性(人眼的黑白视觉分辨角为1’, 彩色视觉分辨角为4’)当三基色点足够近时, 人眼只能看到混合色 • 时间混色特性当三基色变换时间小于人眼 的视觉惰性(约20ms)时人眼只能看到混合 色 • 生理混色特性:当两只眼睛看不同颜色的同 一影象时可以获得混色效果
三基色原理
• 国际照明委员会(CIE)定义的三基色为:波长 700nm的红光（R），波长546.1nm的绿光 （G），波长435.8nm的蓝光（B），等能 白光(5500K黑体辐射颜色) 三基色光的光通 量之比为1.0000: 4.5907: 0.0601,辐射功率 比为: 71.83: 1.37: 1.00 • 根据上述原理任意一点的颜色亮度(视觉效 果)均可由三种基色按照特定的比例和强度 等效模拟得到.
人类视觉生理特点
人类的视觉生理特点主要包括以下几个方面：1.分辨率高：人类视觉系统能够分辨非常小的物体和细节，这是因为眼睛中的视网膜上有大量的感光细胞，能够识别非常微小的光线变化。
2.宽动态范围：人类视觉系统能够适应不同亮度的环境，从非常明亮的阳光下到非常暗淡的夜晚都能够看清物体。
3.颜色感知：人类视觉系统能够感知物体的颜色，这是因为眼睛中的视锥细胞能够感知不同波长的光线，从而产生不同的颜色感知。
4.快速适应：人类视觉系统能够非常快速地适应不同环境下的光线和颜色，例如从室内到室外，从白天到夜晚。
5.空间感知：人类视觉系统能够感知物体的三维空间位置和形状，这是因为眼睛中的两个视网膜能够产生不同的图像，从而产生立体感知。
6.运动感知：人类视觉系统能够感知物体的运动和速度，这是因为眼睛中的视网膜能够感知光线的变化，从而产生运动感知。
7.光谱灵敏度：人眼可识别的电磁波长大约为400-800nm，同时含有400-800nm各色电磁波的光，称为白光。
人眼对不同的颜色的可见光灵敏程度不同，对黄绿色最灵敏，对白光较灵敏。
8.亮度和对比度感知：人眼能感受的亮度范围非常宽泛，可以感知从黑暗到明亮的亮度变化。
对比度感知则是指人眼对不同亮度之间的差异的感知能力。
9.立体视觉：人类的两只眼睛可以协同工作，提供深度感和立体感。
通过两只眼睛接收到的略微不同的视角信息，大脑可以分析出物体的距离和深度。
10.适应性：人眼具有一定的适应性，可以在长时间的相同光照条件下逐渐适应，例如从暗处到亮处或从亮处到暗处。
11.瞳孔调节：瞳孔可以根据光线强度的变化自动调节孔径大小，从而控制进入眼睛的光线量。
12.视觉疲劳：长时间注视同一物体或保持同一姿势会导致视觉疲劳。
适当休息和改变视线可以缓解视觉疲劳。
13.双眼视觉：人类的两只眼睛可以协同工作，提高视觉的分辨率和深度感。
14.眼睛运动：人类的眼睛可以进行快速而精细的运动，如扫视、追踪和聚焦等，以跟踪和理解动态的视觉场景。
人眼特征
人眼视觉延迟
视觉并非是一瞬间的事情，人眼睛的视觉暂留约为每秒1624次左右，因此只要以每秒30次或更短的时间间隔来更新屏 幕画面，就可以骗过人的眼睛，让我们以为画面没有变过。 虽然如此，实际上每秒30次的屏幕刷新率所产生的闪烁现象 我们的眼睛仍然能够察觉从而产生疲劳的感觉。所以屏幕的 场频越高，画面越稳定，使用者越感觉舒适。 一般屏幕刷新 率场频在每秒75次以上人眼就完全觉察不到了，所以建议场 频设定在75Hz-85Hz之间，这足以满足一般使用者的需求了。 为了清楚的看见物体，需要有一定的时间。
与相机一样，如果露光时间不够，则视力下降。一般来讲， 越亮的物体，就可以曝光时间越短。5尼特亮度的物体，至 少需要1/10秒才能达到1.0的视力，曝光1/25秒只能达到一半 的视力，而1/50的曝光视力只有0.1。对于暗物体，一般需要 成反比的加大曝光时间才能够分辨。
视力与明暗适应的关系
我们都有过从亮处突然进入暗处而看不到任何东西的经历（例如， 电影已经开演后才进入电影院内）。这说明，人眼需要一定的时 间的暗适应后才能看清暗物体，称为暗适应。人眼的暗适应分三 种，一个是瞳孔放大，是个相对比较的反映。从2mm放大到5mm 很快，但进一步散大需要长一点的时间。第二是视锥细胞的适应， 中等速度，需要在5分钟的时间才能达到大约0.1尼特的感觉下限。 最后是视杆细胞的适应，速度最慢，需要长达25分钟才能达到或 接近30微尼特的感觉下限。
前方、后房——前房为角膜后面、虹膜和晶状体前面的孔隙，充满着 房水。后房为位于虹膜后面、睫状体、晶状体周边部之间的孔隙，也 充满着房水。房水的主要功能是维持眼内压，并维持晶状体的代谢。
玻璃体——一透明胶样组织，充填于视网膜内的空间。占眼球4/5的容 积。具有保护视网膜、缓冲震动功能。
人眼的生理与色彩视觉
人眼的生理与色彩视觉所有的色彩视觉(包括色相、明度、纯度)都是建立在人的视觉器官的生理基础上的，所以研究色彩还必须了解视觉器官的生理特征及其功能。
1.人眼的构造及功能眼球：人眼的形状像一个小球，通常称为眼球，眼球内具有特殊的折光系统，使进入眼内的可见光汇聚在视网膜上。
视网膜上含有感光的视杆细胞和视锥细胞，这些感光细胞把接受到的色光信号传到神经节细胞，再由视神经传到大脑皮层枕叶视觉神经中枢，产生色感。
眼球壁有三层膜组成。
外层是坚韧的囊壳，保护眼睛的内部，称为纤维膜，它的前1/6为角膜，后5/6为白色不透明的巩膜，中层称葡萄膜(或血素层、血管层)，颜色像黑紫葡萄，由前向后分为三部分：虹膜、睫状体和脉络膜。
内层为视网膜，简称网膜。
角膜：眼球最前端是透明的角膜，它是平均折射率为1.336的透明体，俗称眼白，微向前突出，曲率半径前表面约7.7毫米，后表面约6.8毫米，光由这里折射进入眼球而成像。
虹膜：在角膜后面呈环形围绕瞳孔，也叫彩帘。
虹膜内有两种肌肉控制瞳孔的大小：缩孔肌(即环形肌)收缩时瞳孔缩小；放孔肌(即辐射肌)收缩时则瞳孔放大，其作用如同照相机的自动光圈装置，而瞳孔的作用好似光圈。
它的大小控制一般是不自觉的，光弱时大，光强时小。
晶状体：晶状体在眼睛正面中央，光线投射进来以后，经过它的折射传给视网膜。
所谓近视眼、远视眼、老花眼以及各种色彩、形态的视觉或错觉，大部分都是由于水晶体的伸缩作用所引起。
它像一种能自动调节焦距的凸透镜一样。
晶状体含黄色素，随年龄的增加而增加，它影响对色彩的视觉。
玻璃液体：把眼球分为前后两房，前房充满透明的水状液体，后房则是浓玻璃体。
外来的光线，必须顺序经过角膜、水状液体、晶状体、玻璃体，然后才能到达网膜。
它们均带有色素，随环境和年龄而变化。
黄斑与盲点：黄斑是网膜中感觉最特殊的部分，稍呈黄色。
色觉之所以有很大的个人差异与黄斑是有关系的，位置刚好在通过瞳孔视轴所指的地方，即视锥细胞和视杆细胞最集中的所在，是视觉最敏锐的地方。
眼睛生理学和视觉特性
眼睛生理学和视觉特性我们的眼睛是感知世界的重要器官，而眼睛生理学是研究眼睛结构和功能的学科。
在解析视觉特性之前，我们必须先了解人类眼睛的构造。
眼睛的构造人类眼睛由多个部分组成，包括角膜、瞳孔、水晶体、视网膜和视神经。
这些结构共同工作来帮助我们看到世界。
角膜是清晰透明的涂层，向外凸出，它是我们视野中第一层反射光线的涂层。
瞳孔是一个小孔，它位于虹膜的中央，控制进入眼睛的光量，并通过变化来调节焦距。
水晶体是自然晶体，它的弯曲程度可以根据看到景象的远近来调节，以让物体尽可能地聚焦在视网膜上。
视网膜是眼球的最内层，它主要负责感知光信号并将其转换为神经信号。
视神经传递这些信号到大脑和视觉中枢，使我们能够看到事物。
人类眼睛是配合可调焦长度来完成视觉的。
来自外界的光线通过角膜和晶状体聚焦，穿过透明的玻璃体和到达视网膜来形成图像。
色觉人眼中的感光细胞包括棒状细胞和锥状细胞。
棒状细胞珍贵的是，它们存在于视网膜中央凹附近，并帮助我们看清暗处物体的轮廓。
锥状细胞机遇视网膜的中心，它们感知的视觉透过不同波长的可见光频段来识别特定颜色。
我们的视网膜中共有三种不同类型的锥状细胞，它们对红色、绿色和蓝色敏感，并结合亦曾和比率以识别世界中的大多数颜色。
此外，特定程度的人口还具有色盲的色觉特性，他们不能很好地区分红色和绿色，这是因为两种颜色的色谱重叠过度。
深度感 & 视差就像人类耳朵通过听觉处理语音信号，眼睛也可以通过视觉处理深度感知信息，帮助我们了解物体的三维位置和移动。
这种处理深度感知的能力来源于眼睛之间的视差效果。
当两只眼睛同时看到一个物体时，由于它们位于不同的位置，它们看到的视象点也不同。
大脑使用这些信息来计算任意两个物体之间的距离。
眼部疾病由于眼睛是人类感知世界的窗口，很容易受到一些疾病或障碍的影响，从而影响视力和视觉质量。
常见的眼部疾病包括白内障、近视、远视、散光和眼疲劳等。
如果视觉产生变化，我们应该尽快寻求专业医疗建议。
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锥体细胞适应快，光感提高几十倍；杆体细胞适应 慢，光感提高几十万倍。
• 明适应（light adaptation） 人眼从黑暗到强光下，开始觉得眩晕，睁不开眼睛， 大约1分钟后才能看清楚周围的景物。
在此过程中，眼睛的感受度降低。
3. 明适应与暗适应
• 暗适应的两种基本过程： （主）视网膜感光化学物质变化
1 K ( ) Pr ( ) ————单色光能量
相对视敏函数：
Pr (555) K() K() V() K max K(555) Pr ()
2. 明视觉、暗视觉光谱光效率函数
0.03 3
507 555
3. 明适应与暗适应
• 暗适应（dark adaptation） 人从光亮中进入暗室时，在最初的瞬间什么都看不 见，逐渐才适应了黑暗，从而区分出周围物体的轮廓。 在此过程中眼睛的感受度增高。
9 8
瞳 孔 6 直 5 径 mm 4
7
3 2
1
10-4 10-2 1
102 104
亮度cd/m2
眼睛构造
1. 眼睛的构造及功能
• 外层：由角膜、巩膜组成 眼球外层起维持眼球形状和保护眼内组织的作用。
前1/6为透明的角膜，光线由此射入
其余5/6为白色的巩膜，俗称“眼白”，巩膜为致密 的胶原纤维结构，不透明，呈乳白色，质地坚韧。
1. 眼睛的构造及功能
• 中层：虹膜、睫状体和脉络膜（又称色素膜） 具有丰富的色素和血管，输送养料、滋养眼睛。
虹膜，呈圆环形，脉络膜的最前部分，位于晶体前 面，眼的颜色由虹膜中的色素决定。虹膜中央的小圆 孔叫做瞳孔，控制进入人眼的光强。
睫状体，前接虹膜根部，后接脉络膜通过视网膜睫 状体部及睫状环与玻璃体膜紧密相连，外侧为巩膜， 内侧则通过悬韧带与晶状体赤道部相连。 脉络膜位于巩膜和视网膜之间。脉络膜的血循环营 养视网膜外层，其含有的丰富色素起遮光暗房作用。
课次3：人眼的生理特性
0. 图像与视觉
图像是自然界景物的客观反映，是人类认识世界和 人类本身的重要源泉。
图像最终需要由人活机器来观察、辨别、理解。人 的视觉系统对图形、图像具有高度的识别能力。
• 视觉的相关概念： 感觉：人眼对光刺激的反应，如亮度、颜色等； 知觉：即直觉，对图像形状、大小、运动、颜色等 变化的反应，反映了图像在时间和空间的变化特性； 认识：即识别，对图像内容、含义的理解；
像高： (弧度) 15mm
4. 视敏度和细节视觉
• 视敏度： 人眼分辨物体细节和轮廓的能力，通常以找出两条 线间的最小间隔来说明 1 视角的倒数表示： 视敏度(V)＝ 视角(α) 正常视敏度：可辨视角为1’时的视力为正常视敏度， 此时像高约4μm（视力表：1.0） 视敏度受某些因素影响：距离、亮度、对比度
感情：图像引起的不同情绪
外侧膝状体 视神经束 视放射线 视交叉
大 脑 视 觉 区 域
视神经
视觉皮质
1. 眼睛的构造及功能
• 眼睛的功能——一部精巧的照相机
• 眼球壁：外中内三层
角膜、巩膜
脉络膜、虹膜（瞳孔）、睫状体
视网膜（黄斑、盲点）
• 瞳孔：直径随光强变化 • 晶状体：曲率可变的凸透镜 （18.9～22.7mm）
6. 差别感觉阈限
如果 I 表示最初刺激的强度，以 I+△I 表示刚刚觉察 出变化的较强刺激强度，则△I / I是一个常数。
△I / I=k
对视觉刺激来说，k=1/100。
如果原照度是100lx，那么照度增加1lx，我们才能觉 察出照度的增加；如果原照度是200lx，那么照度增加 2lx，我们才能觉察出照度的增加。 刚刚可觉察出来的刺激物的增加量(差别阈限值)是 感觉的单位，E表示。由上式积分得：E = k· logI +C 由此式知，感觉的大小同刺激强度的对数成正比。
细节辨别 体积 对光的敏感性
明视觉 能辨别
能辨别 大 弱
暗视觉 不能辨别
不能辨别 小 强（500倍）
神经连接
视紫红质
一对一
无
多对一
有
2. 明视觉、暗视觉光谱光效率函数
在明视觉条件下，人眼能对380～780nm可见光谱范 围的不同波长辐射有感觉。人们对不同色光的感受性 是不同的，可用光谱光效率函数来表征。 光谱光效率函数（视敏函数）：达到同样亮度时不 同波长所需能量的倒数
（次） 瞳孔大小变化
• 视紫红质（存在于杆体细胞中）
光 视紫红质 视黄醛＋蛋白质
暗
3. 明适应与暗适应
• 明、暗适应所需时间
眼睛可感受的最强光强是最弱光强的约一万亿倍。
4. 视敏度和细节视觉
• 视角：观看的对象与眼睛所形成的张角 视角大小决定着视网膜上投影的映像大小
视角通常以“分”表示
物体长度(A) 视角(α)＝ ×3438 距离(D)
视后像持续时间的影响因素： 光的强弱、光的作用时间、不同色光
人眼并非完美的记录工具！
5. 临界闪烁频率
• 视觉后象： 左图：当你持续看某个刺激物时,去敏感性的细胞对 观察图形亮的部分更为敏感，但对暗的部分不敏感。 所以当刺激变成白色时，原来最疲劳的细胞的反应比 它邻近细胞更强，产生更亮的后象，好象是一盏点燃 的灯，这是一个正后象。 右图：亮区域变暗，这是一个负后象。
这些后象有些是有益的，有些是有害的。
英国心理学家Kenneth Craik右眼视网膜有一个永久 的小孔，这是他在注视太阳两分钟时留下的。
5. 临界闪烁频率
• 临界闪烁频率（Critical Flicker Frequency） 当闪光频率增加到一定程度，人眼就不再感觉到是 闪光，而是感到一种固定或连续的光，此时的频率即 为临界闪烁频率（CFF）。 • 视亮度
1.22 0 夫琅禾费圆孔衍射，人眼最小视角： 0 nd 0
5. 临界闪烁频率
• 视觉时滞（视觉惰性）： 人眼视觉感受迟于光照开始，也迟于光照结束
• 视觉后像（视觉残留）：
正后像和负后像
视后像不是静止不变的，而是由迅速相互交替的几 个时“相”所组成，即黑暗“相”代替光明“相”， 然后光明“相”又代替黑暗“相”，一直到完全消失。
• 视觉阈限的量子理论： 一个光量子只在一个杆体细胞内分裂一个分子的视 紫红质，要使我们感觉到一个闪光亮仍需要 5-14 个杆 体细胞的效果积累起来才能达到反应的阈值。 实验测定：初次觉察出来的光度变化同这种光度原 有水平的比始终是一个常数。 这种觉察出两个刺激间的最小差别量，叫做差别感 觉阈限，也可叫做最小可觉差。
临界闪烁频率随光强增加而变高：CFF a log I b 弱光下：CFF低到5Hz 强光下：CFF提高到50～55Hz
1 L T
T
0
L(t )dt
5. 临界闪烁频率
临界闪烁频率的影响因素： 刺激的强度
刺激的面积
视网膜的不同部位
不同的刺激色光
不同的背景光 年龄 疲劳程度 缺氧等
6. 差别感觉阈限
1. 眼睛的构造及功能
• 内层：视网膜 约占眼球内表面 2/3，是一层透明的膜，也是视觉形 成的神经信息传递的第一站。 它包含感光细胞（杆体细胞和锥体细胞）、双极细 胞和神经节细胞。
1. 眼睛的构造及功能
• 锥体和杆体细胞
锥体细胞 分布 作用条件 视网膜中央 亮光 杆体细胞 较边缘部分 暗光
功能 颜色辨别