第一节 人眼的视觉特性

第一节人眼的视觉特性

一、人眼的亮度感觉

1．人眼的光亮感觉

光也是一种电磁辐射，人眼对780～380纳米之间电磁波的刺激有光亮的感觉，故波长在这个范围内的电磁波称为可见光。

2．人眼的彩色感觉

人眼对780～380纳米之间的光还有彩色感觉，具体如图1-1所示。

3．人眼的视敏特性

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。

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，

记为：

如图1－2所示，左边的曲线是暗视觉曲线，右边的是明视觉曲线。

二、人眼亮度感觉的特性（描述人眼对光亮差别的感觉特性）

1．亮度：光源或反射面的明亮程度，亮度的单位为（坎德拉/平方米）。

2．亮度视觉的范围：人眼总的感光范围极其宽广，明视觉的亮度感觉范围为到量级，

而暗视觉的感觉范围为千分之几到几个。

3．光亮感觉的特点：

1）人眼的主观亮度感觉与周围环境亮度有关。

2) 主观亮度感觉S与亮度值B的对数成比例关系：，其中和K是常数。

3) 主观亮度感觉是心理量而不是物理量，故其单位是以实验得出的变化级数（S）来表征的。实验表明，在不同的亮度B值下，人眼能觉察的最小亮度变化并非定值。B大，也大；B小，也

小，但是/B的值是大致相同的。

将可觉察的最小相对亮度变化 /B称为对比度灵敏度阈，用标记，其值通常在0.005～0.05之间。

人眼的亮度感觉并非决定于绝对亮度变化，而是决定于相对亮度变化。故重现景物的亮度无须等于实际景物的亮度，而只需保持最大亮度与最小亮度之比值相同，就能给人以真实感。

4．对比度和亮度层次

1) 对比度：指光源或发光面的最大亮度与最小亮度之比值。

用下式表示：。外界景物的对比度不超过100：1，显象管图像的对比度为30：1。

实际观看图象时，其对比度会受到环境光的影响而下降，图像实际的对比度为：

。

2) 亮度层次

概念：亮度层次指画面最大亮度和最小亮度之间可分辨的亮度级差数，也称为灰度层次，用n标记，

。

亮度层次是图像质量的重要参数。亮度层次多，图像显得明暗层次丰富，柔和细腻；反之，亮度层次少，图像会显得单调生硬。

三、人眼的视觉惰性和闪烁感觉（描述人眼对光亮变化连续性感觉的特性）

1. 视觉惰性

当有光脉冲刺激人眼时，视觉的建立和消失都需要一定的过程，即具有一定的惰性。光源消失以后，景物影响会在视觉中保留一段时间，称为视觉暂留或视觉惰性现象。视觉暂留时间在0.05～0.2秒。

实验表明，若景物以间歇性光亮重复呈现，只要重复频率大于20赫兹，视觉上始终保留有景物存在地印象。该重复频率可称为融合频率。人眼感觉的连续性是活动画面有连续感的前提。在荧光屏上，电视图像是几十万个象素按一定顺序轮流发光形成，然而人们看到的是每幅完整的画面在整体的发光，获得一幅幅连续画面印象的感觉，正是视觉暂留效应的结果。

2. 闪烁感觉和临界闪烁频率

1）闪烁感觉

如果周期性重复的脉冲光源作用到视网膜上，当脉冲光的重复频率不够高时，人眼会对之产生一明一暗交替变化的闪烁感觉。这是因为光源在有光和无光间变化时，人眼在亮度感觉上能辨识出它们的差异所致。

2) 临界闪烁频率

把不再引起闪烁感觉的光源的最低重复频率称为临界闪烁频率，常用表示。临界闪烁频率的值与很

多因素有关。其中，脉冲光源亮度、背景亮度和明亮时间占空比三者的影响较为明显。有如下经验

公式：，其中，a和b是和许多因素有关的常数。对于电视荧光屏，a=9.6, b=26.6，得出＝45。8Hz，这就是电视图像不闪烁的最低重复频率。这个值对电视场频的选择提出了基本的要求。图1-3给出了不同频率的闪烁情况。

四、人眼的分辨力

1. 视角、分辨角和分辨力

1) 视角：观看物体时，人眼对该物体所张的角度。（能清晰的观看出视场区域所对应的双眼视角大约是

）

2) 分辨力人眼分辨图象的细节能力称为分辨力，可用分辨角来衡量。它也反映了人眼的视力。在量值上，

分辨角用表示，由图1-4可知：，因为实际的很小，它大致和可分辨的紧邻的两点间距成正比，和观看距离L成反比，

即（弧度）＝3438(分)。分辨角的倒数为分辨力。分辨力还和照度及景物相对对比度有关。

正常视力的人，在中等亮度和对比度下，。这个值对电视系统扫描行数的选择提出了基本要求。

2. 分辨力和景物运动的连续感的关系人眼对运动景物的分辨力要低于对静止景物的分辨力，其分辨角值

约是静止景物时的5倍，即＝7.5'。这个数值关系到人眼对运动景物的连续平滑感，要求图像在相继两次呈现之间运动景物的相对位移对人眼的张角不超过7.5'。从而对图象的换幅频率提出了要求。