《人眼构造》PPT课件

Y10 Y11 Y12 Y13 Y20 Y21 Y22 Y23
U10 U11 U12 U13 U20 U21 U22 U23
U10 U11 U20 U21
V10 V11 V12 V13
V20 V21 V22 V23
4:4:4
每条扫描线每4个连 续的采样点取4个Y、 4个Cr、4个Cb样本, 每一个像素用3个样 本表示。 不是子采样格式
视 觉
的视觉信息，经视神经传送到大脑。
基• 视路是指从视网膜接受视信息到大脑视
础 皮层形成视觉的整个神经冲动传递的路径。
知
识4.
眼附属器
眼附属器包括眼睑、结膜、泪器、眼外肌和眼
眶。
聚精 会神 地盯 着中 央的 十字 看， 你会 发现？
动画
第
人眼的成像过程
二
章 • 人眼的成像过程：
视 • 光线→角膜→前室水状液→瞳孔→水晶体→后室玻璃体→成像于视网膜
dS.cos d.dS.cos
(cd / m2，坎德拉/平方米，尼特）
该亮度是客观亮度，和观察的角度无关。
亮度
第 二 章 视 觉 基 础 知 识
第
2.3色度学
二
章 1．彩色视觉
视 • 明视觉过程；暗视觉过程。
觉 • 彩色三要素：明亮度、色调和饱和度。
基
础
知 识
明亮度：彩色光引起的人眼对明暗程度的
3.亮色表示法
觉 基 础 知 识
Y 0.299
U
0.1687
V 0.5
0.587 0.114 R 0.3313 0.5 G 0.4187 0.0813B
Y 0.3 0.6 0.1 R Y 0.3R 0.6G 0.1B
U
0.3
0.6
0.9
G
U
BY
V 0.7 0.6 0.1B V R Y
第
发光强度
二
章 4．发光强度
视
觉
物体发出的光通量大，不一定发光强度大。定义发光强度为：光源在单位
基
立体角内发出的光通量，简称光强。
础
知
识
I dF (cd，坎德拉）
d
1流明指1cd的光源相距单位距离，并与入射光垂直的单位面积上每秒钟流经的 光通量。
第
照度
二
章
视 5．照度（illumination）
觉•
如果以流明为单位，上式可改写为：
基
础
知
识
780
F 680 380 p()vs ()d
40瓦钨丝灯→468流明，40瓦日光灯→2100流明。
光通量
第 二• 对可见光以外的电磁波，无论辐射功率有多大，光通量都为零。光通量与人 章 眼的特性有关，相同的光通量表示视觉的亮度感觉相同。因此，可用光通量 视 对可见光的亮度进行计量。 觉 基 础 知 识
第 二
2.1 人眼的构造
章
视 觉
人的眼睛近似球形，直径约23mm。眼球包括
基 眼球壁、眼内腔和内容物、视神经和视路、眼附
础 属器等组织。
知
识 1.眼球壁
主要分为外、中、内三层。
外层
由角膜、巩膜组成。前1/6为透明的角膜，其余 5/6为白色的巩膜，俗称"眼白"。眼球外层起维持 眼球形状和保护眼内组织的作用。
可见光
第
二
章
白光：太阳辐射出来的是包含有各种单色光的波
视 觉 基
谱带，其中只有波长为380～780纳米的电磁波 能为人眼所感知，并给人以白光的综合感觉。
础 又叫消色光，仅有亮度，用灰度级来描述。
知
识
第
2.2 光度学基本概念
二
章 2．相对视敏函数(相对视敏度)
视
(Relative Luminous Efficiency)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
觉 人眼感受到的光辐射功率不仅与光本身辐射的功率大小有关，还和人眼对
基
不同波长光的视敏度有关。定义人眼接受的总的光通量为：
础
知
识
780
F 380 p()vs ()d
(光瓦）
第
光通量
二
章 • 定义光通量的单位为流明（lumin，lm）。
视
国际照明协会（CIE）定义：辐射功率为1W的波长为555nm的单色绿光产 生的光通量为680流明，则有1W=680lm。
视
觉 • 定义相对视敏函数为：
基 础
k ( ) max k (555)
知
识
vs ()
k()
k (555)
p(555)
p()
0 v() 1
汽车防雾灯和道路照明中采用能发出黄绿光的光源 。
视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线
第 二 章 视 觉 基 础 知 识
第 二
光通量
章 视
3.光通量(Luminous Flux)
阴天 阴天 晴天 晴天 室内 室外 室内 室外
知 识
照 度 0.001
（lx） -0.02
0.02 -0.2
5-50
50500
1001000
1000100000
第
亮度
二
章
视 6．亮度
觉
亮度是用来说明发光表面的明亮程度的，定义为：光源单位面积在法线方
基 向上的发光强度，称为光源亮度，即
础
知
识
B I dF
又能分辨光的颜色，白天的视觉过程主
要由它完成，称为白昼视觉或锥状视觉。
第
2.1 人眼的构造
二
章 杆状细胞：
视 觉
分布于整个视网膜，约7600万 -15000万个。若干个杆细
基 胞同时连接在一根视神经上，因此，只能感受多个杆细
础 胞的平均光刺激，灵敏度高，分辨细节的能力差，只能
知 识
感知物体的概貌。另外，杆细胞也不能感觉颜色。总之，
•可能是世界上最早的包含三基色的诗句： 日出江花 红 胜火，春来江水 绿 如 蓝 。
—— 白居易《忆江南》
• 去掉带色彩的字，以下诗句将成何情形： 春风又绿江南岸 两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天。 白日依山尽，黄河入海流。
V10
V20
4:1:1
每条扫描线每4个连 续的采样点取4个Y、 1个Cr、1个Cb样本, 每一个像素用1.5个样 本表示。 是子采样格式
V（12）0 V（12）1
4:2:0
在水平和垂直方向每2个连 续的采样点取4个Y、 1个Cr、1个Cb样本, 每一个像素用1.5个样 本表示。 是子采样格式
第
亮色表示法
础 • 房水由睫状突产生，有营养角膜、晶体及玻璃
知 体，维持眼压的作用。 识 • 晶体为富有弹性的透明体，形如双凸透镜，位
于虹膜、瞳孔之后、玻璃体之前。
• 玻璃体为透明的胶质体，充满眼球后4/5的空 腔内。主要成分为水。玻璃体有屈光作用，也 起支撑视网膜的作用。
第
2.1 人眼的构造
二章3•.视视神经神和经视路是中枢神经系统的一部分。视网膜所得到
第
亮色表示法
二
章
视 觉 基 础 知 • 优点： 识 （1）把图像的能量集中到亮度上，色度上只有很少的能量。
（2）YUV三元素间的相关性很小，Y、U、V三个分量可以单独编码、处理。
第
亮色表示法
二
章 （3）利用人眼对色度分辨力差的特点，
视 觉
对色度信号进行亚抽样。
基
础
知
识
Y10 Y11 Y12 Y13 Y20 Y21 Y22 Y23
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 和暗房作用。
第
2.1 人眼的构造
二
章 内层
视 觉
锥状细胞：
基 础
分布于视轴与视网膜交点的黄斑区内，
知 识
约600 - 700万个。一个锥状细胞和一个
视神经末梢相连，有较高的分辨力，能
够识别图像的细节。既能分辨光的强弱，
觉 基
的黄斑区→刺激光敏细胞→产生电脉冲→视神经纤维→视神经中枢→在 大脑中形成景物的映象。
础
知
识
第
2.2 光度学基本概念
二
章 • 光度学是研究光的辐射能量与人眼亮度感觉之间关系的学科，他结合人眼的
视
特性对光进行了定量的分析和测量。
觉 1.电磁波与可见光谱
基
础
知
识
非植被区
第 二
植被区
章
视 觉 基 础 知 识
杆细胞对低照度的物体敏感，对彩色不敏感，所以，夜
晚看到的景物只有黑白、浓淡之分，而看不清颜色的差
别。夜晚的视觉过程主要由杆细胞来完成，又称为夜视
觉或杆状视觉。
人眼结构图
第 二 章 视 觉 基 础 知 识
第
2.1 人眼的构造
二
章 2.眼内腔和内容物
视 觉 基
• 眼内容物包括房水、晶体和玻璃体。三者均透 明，与角膜一起共称为屈光介质。
G 1 Y, R 1 G, B 1 R
2
2
3
第
三基色原理
二
章 含义是1lm白光=0.299lm红光
视 觉 基 础
+0.587lm绿光+0.114lm蓝光， 表明当红、绿、蓝的主观亮度 比例分别为0.299、0.587、
知 0.114时（此时三者的客观亮度
识 相同），混合的结果便得到标
准的白光。
感觉，它取决于光的能量或强度。
彩色三要素色
调：光的颜色，改变光的光谱成分就改 变了光的颜色，与光的波长有关。
饱和度：彩色光所呈颜色的深浅程度，与光
谱的纯度有关。
第
三基色原理
二
章 2．三基色原理
视
不同波长的单色光会引起不同的彩色感
觉 觉，而相同的彩色感觉可以由不同的光谱成分
基 础
混合而成。如红+绿=黄。实际上，我们只需要 红、绿、蓝三种光即可合成自然界常见的各种
V10 V11
V20 V21
4:2:2
每条扫描线每4个连 续的采样点取4个Y、 2个Cr、2个Cb样本, 每一个像素用2个样 本表示。 是子采样格式
Y10 Y11 Y12 Y13 Y20 Y21 Y22 Y23
Y10 Y11 Y12 Y13 Y20 Y21 Y22 Y23
U10 U20
U（12）0 U（12）1
注1：由Grassman定律知，任何一 幅彩色图像，只需用三幅单色 图像即可表示，是彩色电视的 依据。
第
三基色原理
二
章 注2：在绘画、电影胶片中存在相减混色。利
视 用颜料的吸光性质，从白光中减去某种成分，
觉 即可得其它颜色，其三基色是黄、青、紫。
基 础
黄=白-蓝，紫=白-绿，青=白-红；
知 黄+紫=白-蓝-绿=白-（绿+蓝）=白-青=红；
色光，因此把红、绿、蓝称为三基色。
知
识
Hermann Gűnter Grassmann 1809-1877
第
三基色原理
二
章 Grassman定律：人眼的视觉响应取决于
视 觉
红、绿、蓝三分量的代数和，即他们
基 的比例决定了彩色感觉，其亮度在数
础 量上等于三基色亮度的总和。亮度为：
知
识
Y 0.299R 0.587G 0.114B
识 形象以外的视觉特性。
• 即色是一种物理刺激作用于人眼的视觉特性，而
人的视觉特性是受大脑支配的，也是一种心理反
映。所以，色彩感觉不仅与物体本来的颜色特性
有关，而且还受时间、空间、外表状态以及该物
体的周围环境的影响，同时还受各人的经历、记 忆力、看法和视觉灵敏度等各种因素的影响。
第
亮色表示法
二
章 视
第
可见光
二
章
1666年，牛顿以三棱镜
视 分解太阳光，发现其由许多
觉 基 础 知
不同色光诸如红、橙、黃、 绿、蓝、靛 (indigo)、紫 等等所组成。
识 单色光：只含有单一波长成
分的光称为单色光。
复合光：包含有两种或两种 以上波长成分的光称为复合 光。复合光给人眼的刺激呈 现为混合色。
(Issac Newton 1643～1727)
二
章
（4） 视
从频带上讲，直接传送RGB，需要传送三个与黑白电视信号带宽相同
觉
的信号，而传送YUV则只需一个黑白信号的带宽，色差信号的带宽很窄，可
基
以插入亮度信号中。
础
知
识
第
亮色表示法
二
章
视 觉 基 础 知 识
•色彩产生情绪，引发好感和反感， 色彩操纵印象，影响人们的决策， 色彩控制思想，引导个人的行为， 色彩使人致病，也可以治愈病人， 色彩无时不在，色彩也无处不在。
识
绿
青 白
蓝 紫
相加混色三角形
黄 红
颜色的定义
第
二
章 • 美国光学学会（Optical Society of America）色度
视 觉 基 础 知
学委员会：颜色是除了空间的和时间的不均匀性 以外的光的一种特性，即光的辐射能刺激视网膜 而引起观察者通过视觉而获得的景象。
• 我国国标GB5698-85：色是光作用于人眼引起除
觉 基
受光源照射的面上的照度是指光通量与被照射表面面积之比，即光通量的 密度或单位面积上的光通量，表示为：
础
知 识
照度为1勒克司是指在1m2的面积上照射1流明的光通量。它是描述环境受光源 照射情况的量。
E dF (lx，lux，勒克司）
dS
第
照度
二
章 不同环境的照度如下：
视
觉 基 础
环境
黑夜
月夜
觉 • 在辐射功率相同的情况下，不同波长的光不仅
基 给人以不同的色彩感觉，给人的亮度感觉也不
础 同。
知 识
• 视敏度：在亮度感觉相同时，测出各种波长光
的辐射功率P(λ)，则波长为λ的光的视敏度
定义为：
k() 1 p()
第
相对视敏函数
二
章 • 实践表明，人眼对波长为555nm的绿光的灵敏度最大，即。
眼内腔和内容物 眼附属器
人眼结构图
眼球壁 视神经和视路
第
2.1 人眼的构造
二
章
视 中层
觉 又称葡萄膜，色素膜，具有丰富的色素和血管，
基 包括虹膜、睫状体和脉络膜三部分。
础
知 虹膜：呈环圆形，位于晶体前，有辐射状皱褶，
识 中央有一2.5～4mm的圆孔，称瞳孔。
睫状体：前接虹膜根部，后接脉络膜，外侧为巩 膜,内侧通过悬韧带与晶体赤道部相连。