人眼视觉原理.2

饱和度：纯度 该频率的颜色表现
能量分布
能量E
频率
红
紫
白色光
纯度 依赖于Ed与Ew差别
Ew=0 纯度100%
Ed=Ew
Ed
纯度0
Ew
红
紫
某主频光
RGB三基色
RGB三基色 基本颜色 可用来生成其他颜色的两种或三种颜色 Blue=435.8nm Green=546.1nm Red=700nm
第一章 数字视频基础
1.0. 视频应用 1.1. 人类视觉系统与模型 1.2. 彩色模型 1.3. 数字视频基础 1.4. 多维随机信号分析
视频应用
视频应用
图像与视频信号处理无所不在
视频应用
目标的检测与识别
图像与视频拼接
普通相机视场：50×350 人眼视场：200×1350 全景拼接（Panoramic Mosaic）：360×1800
3. RGB颜色模型
R（红）G（绿）B（蓝） （0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色
一种颜色 CrR gG bB
3. RGB颜色模型
R（红）G（绿）B（蓝）
0.8 0.7
0.1
0.2
0.7
CMY(青、品红、黄)、CMYK (青、品红、黄 、黑）
运用在大多数在纸上沉积彩色颜料的设备，如彩 色打印机和复印机
视细胞的分布
视网膜
视觉的适应
明视觉 暗视觉 中介视觉 颜色适应
暗视觉
中介视觉
3×10-5cd/m2
明视觉
3cd/m2
3×105cd/m2
人眼的视觉特性
绝对视觉阈：全黑视场下，人眼感觉到的最小光刺激值，约10－9 lx量级。
阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的 圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。
在较明亮环境中，人眼视觉对波长0.555μm左右的绿光最敏感；
在较暗条件下，人眼视觉对波长0.512μm左右的黄绿光最敏感；
右图给出不同视场亮度下，人眼的光谱光视效率曲线：
人眼的分辨力：人眼能区分 两发光点的最小角距离称为 极限分辨角θ，其倒数为人 眼分辨力。
从内因分析，影响分辨力的 因素为眼睛的构造。
运动视频分析系统
运动视频分析系统
运动视频分析系统
1.1. 人眼的视觉特性与模型
1.1. 人眼的视觉特性与模型
人眼的构造
视网膜的结构（杆状细胞，锥
状细胞）
视细胞的分布
人眼的视觉特性
视觉的适应
绝对视觉阈
阈值对比度
光谱灵敏度
分辨力
视觉系统的调制传递函数
视网膜的结构
杆状细胞 锥状细胞
标准基色和色度图
XYZ颜色模型 CIE(国际照度委员会)
X,Y,Z表示产生一种颜色所
需要的三基色的量
C xX yY zZ x y z1
x X X Y Z
y Y X Y Z
z Z X Y Z
X=0.4902R+0.3099G+0.1999B Y=0.1770R+0.8123G+0.0107B Z=0.0000R+0.0101G+0.9899B
二次色
品红（magenta）：红+蓝 青（cyan）：蓝+绿 黄（yellow)：红+绿
补色
标准基色和色度图
原色：如果将X,Y,Z三种颜色适当混合即可产生 白 色效果，而其中两种颜色组合不能产生第三种颜色， 这三种颜色称为原色。即红、绿、兰为原色。
CrR gG bB
实验发现，很多颜色的光无 法用RGB三种原色组合获得。 例如，500nm颜色=G+B-R RGB彩色监视器无法获得
CMYK
打印中的主要颜色是黑色 等量的CMY原色产生黑色，但不纯 在CMY基础上，加入黑色，形成CMYK彩色空间
4. CMY颜色模型
RGB是加色模型，CMY是减色模型
C 1 R
M
1
G
Y 1 B
R 1 C
G
1
M
B 1 Y
5. HSI颜色模型
• 面向视觉感知的颜色模型 • HSI(色调hue、饱和度saturation、亮度intensity）
10-4lx
10-3lx
光波与颜色
波长与颜色关系
无
次
线
红红
声声 电 微 外色
波波 波 波 线光
可 见 光
紫紫 色 外射 光 线线
X
可见光频率范围：红 橙 黄 绿 兰 紫 4.3X1014Hz----7.5X1014
光波与颜色
由红绿蓝三色组成的颜色
光的特征
色调：主频率 决定颜色
亮度
单位时间、单位角度、单位投射面上光源幅射能量
对比度C：当Lt和Lb分别为目标与背景的亮度时，对比度表示为：
C Lt -Lb Lb
由于背景亮度、对比度和人眼所能 探测的目标张角三者之间存在制约关 系 （ Wald 定 律 ） ， 特 别 是 在 目 标 张 角<7’，时，存在Rose定律：
LbC2α2 const
人眼的视觉特性
光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同 的灵敏度（响应），对大量正常视力观察者的实验表明：
x, y, z：色系数
CIE色度图 作用：为不同基色组比较整个颜色范围
标识互补颜色 确定颜色主波长和纯度
2. 标准基色和色度图
2. 标准基色和色度图
2. 标准基色和色度图（续）
3. RGB颜色模型
R（红）G（绿）B（蓝） （0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色
一种颜色 CrR gG bB
两个特点： ➢ I分量与图像的彩色信息无关 ➢ H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的 • 将亮度(I)与色调（H）和饱和度（S）分开，避 免颜色受到光照明暗(I)等条件的干扰, 仅仅分 析反映色彩本质的色调和饱和度 • 广泛用于计算机视觉、图像检索和视频检索
5. HSI颜色模型
从外因分析，是目标的亮度 与对比度。
人眼会根据外界条件自动进行 适应，从而可以得到不同的 极限分辨角。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
暗视觉
明视觉
人眼观察物体的要求
灵敏度：以量子阈值表示时，最小可探测的视觉刺激是58~145个 蓝绿光(波长为0.51m)的光子轰击角膜引起的，据估算，这一刺 激只有5~14个光子实际到达并作用于视网膜上。 分辨力： 对比度：1图0-6lx案不同，对对比度的要求也不同（如点与点：26％； 方波条纹之间：3％） 信噪比：人眼观察物1体0-5lx需要排出干扰，如果干扰太大将影响到人 眼的观察效果。图案不同，人眼对信噪比的要求不同（如方波图 案：1～1.5左右；余弦图案：3～3.5左右）