光度学和色度学汇总

（对绿色最敏感、红色次之、蓝色最弱，所以常作为三基色） – 人类利用它分辨物体细节。
• 杆状体（柱细胞）---夜视觉（适暗视觉）
– 约75,000,000～150,000,000个； – 对颜色不敏感，适应于低照度；
– 柱细胞主要提供视野的整体视象。
因此看到的物体白天有色彩，夜里看不到色彩
（2）人眼的亮度感觉特性
烛光（Candle Power,c）——1c是指标准蜡烛发出的光。
坎德拉（Candle,cd）——1cd就是“完全辐射体”加温到铂的熔点时从 1cm2表面面积上发出的光的1/60 在实用中可以认为1c=1cd

光通量

光通量是每秒钟内光流量的度量，其单位是流明（lm） 流明是指与1cd的光源相距的单位距离，与入射光相垂直的单位面积上每 秒钟流经的光流量叫1lm
纳克方块是个有歧义性的图，一种诠释方式是在一个较高位置看透明立方体 的俯视图；另一种诠释方式是在一个较低位置看透明立方体的仰视图。 人类的视觉系统在接收这类的图像时，会设法诠释图像的各部份，使整 体的图像没有矛盾之处。有时会用纳克方块来测试人人类视觉系统的电脑 模型，测试电脑模型是否可以像人类视觉系统一样的诠释这个图象。 大多数的人在看纳克方块时，会将左前方的面视为立方体最接近观察者的 一面，也许是因为人们在物体上方俯视物体的机率远高于物体下方仰视物 体的情形，因此大脑倾向以这个的方式来诠释图像。
（2）对比灵敏度
（3）亮度的感觉
dI d ln I I
（4）马赫效应
马赫带效应
（5）同时对比度
（ 6） 空间 错觉 和假 轮廓
纳克方块（Necker cube），或称为内克尔立方体，是一个错视的图像， 由瑞士晶体学家路易斯· 艾伯特· 纳克在其1832年发表的论文中首次提出。 纳克方块是一个由12条线组成的图像，是等大透视的角度绘画一个立方体， 等长的平行线不论其远近，在图中会画成等长的平行线，其中没有任何关于 立体的资讯。因此对于立方体的放置位置及观看角度会有模棱两可的诠释。

反射（reflect） 反射系数

表面反射的流明数 入射到该表面的流明数

透射（transmission） 物质透射的流明数 透射系数 入射到该物质的流明数 灰度 图像从亮到暗之间的亮度层次称为灰度

2.3 色度学
• 为了进行图像的彩色分析，需建立研究彩色计量的学科称 为色度学。它是研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及其 应用的学科。 （1）颜色的三要素
利用错视 生活中可以利用错视的地方： 矮中见高 就是在居室中，其中一部分做吊灯，而另一部分不做，那么没有吊灯的部分 就会显得“高”了。 虚中见实 通过条形或整幅的镜面玻璃，可以在一个实在窨里制造出一个虚的空间， 而虚的空间在视觉上却是实的空间。 冷调降温 例如厨房大面积使用深色时，我们呆在里面，就会觉得温度下降2-3度。 粗中见细 在实木地板或者玻化砖等光洁度比较高的材质会显得较高的材质边上， 放置一些粗糙的材质，例如复古砖和鹅卵石，那么光洁的材质会显得 更光洁，这就是对比形成的视错觉。 曲中见直 一些建筑的天花板往往并不是平的，当弯曲度不是很大的情况下，可以 通过处理四条边附近的平直角，造成视觉上的整体平整感。
② 视觉范围与分辨力
视觉范围：人眼所能感觉到的亮度范围。这一范围非常宽，但是人眼并不
能同时感受这样宽的亮度范围。一般，在人眼适应了某一平均的亮度环境后， 他所能感受的亮度范围要小的多。客观上相同的亮度，当平均亮度不同时，
主观感觉的亮度也不相同。人眼的明暗感觉是相对的，但由于人眼能适应的
平均亮度范围很宽，所以总的视觉范围很宽。 分辨力：指人眼在一定距离上能区分开相邻两点的能力。和环境照度有关，
light光
• 实际上，我们所知的白光光源通过光谱来区分。 –天空是 bluish white. –Tungsten（钨） 丝灯发 yellowish white. –为了能客观的评价颜色，我们定义了一些标准光源以 避免颜色的混淆
object物体
• 在颜色到 达我们的 眼睛之前， 还受到物 体上的着 色剂的影 响： – 颜料 – 染料 – 磷粉等
2.2 光度学
光度学——研究光的强弱的学科称为光度学（包括光的辐射、 吸收、照射、反射、散射、漫射等有关光的度量） 人眼可见的图像可以用光度学来度量， f(x,y)——表示 (x,y)点处，图像的光强度。
几个重要概念：

发光强度I（intensity）
光源发光的功率称为发光强度。其单位主要有两种：
亮度的衡量有两种不同单位 A－以每单位面积上的发光强度来表示的。尼特 1尼特＝1cd/m2 B- 以每单位面积发出的光通量来表示的。朗伯 1朗伯＝1lm/cm2
一些实际情况下的光照度值（单位：lx）

对比度（contrast） 图像中最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之比。
C1 Bmax / Bmin
3.视觉模型
（1）调制传递函数
G u, v H u, v F u, v
光学传递函数：
H u, v G u, v / F u, v
H u, v G u, v / F u, v
调制传递函数：
（2）对数空间响应模型
2 H u, v 1 0.05D2 exp D / 50 , D2 u 2 v2 2
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的印象。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。
亮 度 感 觉
白 亮度
例如：对同一电灯，在白天和黑夜它对人眼产生的相对亮度感觉是不相同的。
明暗感觉的相对性给图像传输和重现带来了方便： 重现图像的亮度不必等于实际图像的亮度，只要保持两者的对比度不 变，就能给人以真实的感觉；

人眼不能感觉出来的亮度差别在重现图像时不必精确地复制出来。
（3）人眼的视觉惰性
光电图像处理
（二）光度学和色度学
电子工程学院光电子技术系
主要内容
2.1 人的视觉特性 2.2 光度学 2.3 色度学
2.4 颜色模型
2.1 人的视觉特性
视觉是外界光刺激作用于人的视觉神经而产生的主观感觉。视觉有 三种特性，从描述视觉特性的心理物理量来看，它们是亮度、主波长、
纯度；从相应的心理量来看，它们是明度、色调、饱和度：
细胞的调节作用。瞳孔根据外界光的强弱调节其大小，使射到视网膜上的光通量尽可
能是适中的。在强光和弱光下，分别由锥状细胞和杆状细胞作用，而后者的灵敏度是 前者的1万倍。在不同的亮度环境下，人眼对于同一实际亮度所产生的相对亮度感觉 是不相同的。例如对同一电灯，在白天和黑夜它对人眼产生的相对亮度感觉是不相同 的。另外，当人眼适应了某一环境亮度时，所能感觉范围将变小。例如，在白天环境 亮度10，000特时，人眼大约能分辨的亮度范围为200～20，000尼特，低于200尼特 的亮度同感觉为黑色。而夜间环境为30尼特时，可分辨的亮度范围为1～200尼特， 这时100尼特的亮度就引起相当亮的感觉。只有低于1尼特的亮度才引起黑色感觉。

照度E（illumination） 入射到某表面的光通量密度。用每单位面积的流明数来表示。 主要单位：勒克司（lx） 1 lx＝1 lm/m2 辐透（phot） 1 phot＝1 lm/cm2

亮度（Brightness）
这个概念用来说明物体表面发光的度量。光可以由一个面光源直接辐射 出来，也可以由入射光照射下的某表面反射出来。亮度对两者均适用。
• 亮度表示光的强度，物体表面或光源的亮度越高，人感觉到的明度就越 高。但两者的关系并不固定； • 光谱是由不同波长的光组成的，不同波长所引起的不同感觉就是色调； • 纯色是指没有混入白色的窄带单色光，在视觉上就是高饱和度的颜色。 可见光谱的各种单色光是最饱和的彩色。当光谱色掺入白光成分越多时， 就越不饱和。
Essential Elements(颜色的三要素)
light光 object被照明物体 observer观察者
light光
• 我们看到的物体颜色由光的强度和它的光谱频率决定。 –光比较暗时，物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ颜色较少（如黑夜） –光比较亮时，可看到更多的颜色
light光
• 可见光谱 白光由所有可见光谱的颜色混合而成
object物体
• 物体对照射光 – 反射 – 吸收 – 折射 • 对着色剂进行混合， 可以控制看到的颜 色 – 反射光的颜色决 定物体颜色 – 着色剂不一样， 反射、吸收不同 波长的光，影响 物体的颜色
observer观察者
2.视觉现象
视觉现象大多起因于人类的主观因素，而这些现象或多或少是相互联系的。
（1）亮度适应力
根据人眼机理及人的视觉模型，人眼感知的主观亮度和实际的客观亮度之间 并非完全相同，但是有一定的对应关系。人眼能够感觉的亮度范围（称为视觉范围） 极宽，从千分之几尼特直到几百万尼特。其所以如此之宽，是由于依靠了瞳孔和光敏
左边是纳克方块，右边是不可能立方体 人类在观看纳克方块时，不会对方块的各部份有不一致的诠释。若有不一致 的诠释，其结果可能会类似不可能立方体，是不可能物体的一种。 由纳克方块可以看出人类视觉系统的一些特性。人类诠释纳克方块的方式可以 说明人脑有类似类神经网络的特性，存在二个不一样，但都可以互换的稳定状 态。西德尼· 布拉德福在出生后10个月就失明，在52岁时接受手术恢复视力， 他观看纳克方块时不会像一般人有模棱两可诠释的情形。