人眼视觉原理

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
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运动视频分析系统
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1.1. 人眼的视觉特性与模型
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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
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视频应用
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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）
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：
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：
视网膜的结构
杆状细胞 锥状细胞
视细胞的分布
视网膜
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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
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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
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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
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
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光波与颜色
由红绿蓝三色组成的颜色
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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
饱和度：纯度 该频率的颜色表现
二次色
品红（magenta）：红+蓝 青（cyan）：蓝+绿 黄（yellow)：红+绿
补色
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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。
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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。
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：
10-4lx
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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
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
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运动视频分析系统
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视频应用
图像与视频信号处理无所不在
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视频应用
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目标的检测与识别
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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。
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。
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暗视觉
明视觉
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