人眼視覺(jué)特性(hvs)

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1、人眼視覺(jué)特性人眼視覺(jué)特性(一)2248671769@qq.com人眼類似于一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，但它不是普通意義上的光學(xué)系統(tǒng)，還受到神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。人眼觀察圖像時(shí)可以用以下幾個(gè)方面的反應(yīng)及特性：(1)從空間頻率域來(lái)看，人眼是一個(gè)低通型線性系統(tǒng)，分辨景物的能力是有限的。由于瞳孔有一定的幾何尺寸和一定的光學(xué)像差，視覺(jué)細(xì)胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是無(wú)窮的，HVS對(duì)太高的頻率不敏感。(2)人眼對(duì)亮度的響應(yīng)具有對(duì)數(shù)非線性性質(zhì)，以達(dá)到其亮度的動(dòng)態(tài)范圍。由于人眼對(duì)亮度響應(yīng)的這種非線性，在平均亮度大的區(qū)域，人眼對(duì)灰度誤差不敏感。(3)人眼對(duì)亮度信號(hào)的空間分辨率大于對(duì)色度信號(hào)的空間分辨率。(4)由于

2、人眼受神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，從空間頻率的角度來(lái)說(shuō)，人眼又具有帶通性線性系統(tǒng)的特性。由信號(hào)分析的理論可知，人眼視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行加權(quán)求和運(yùn)算，相當(dāng)于使信號(hào)通過(guò)一個(gè)帶通濾波器，結(jié)果會(huì)使人眼產(chǎn)生一種邊緣增強(qiáng)感覺(jué)一一側(cè)抑制效應(yīng)。(5)圖像的邊緣信息對(duì)視覺(jué)很重要，特別是邊緣的位置信息。人眼容易感覺(jué)到邊緣的位置變化，而對(duì)于邊緣的灰度誤差，人眼并不敏感。(6)人眼的視覺(jué)掩蓋效應(yīng)是一種局部效應(yīng)，受背景照度、紋理復(fù)雜性和信號(hào)頻率的影響。具有不同局部特性的區(qū)域，在保證不被人眼察覺(jué)的前提下，允許改變的信號(hào)強(qiáng)度不同。人眼的視覺(jué)特性是一個(gè)多信道(Multichannel)模型?；蛘哒f(shuō)，它具有多頻信道分解特性(Muti

3、frequencychanneldecompositon)。例如，對(duì)人眼給定一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的光刺激后，其刺激靈敏度對(duì)同樣的刺激就降低，但對(duì)其它不同頻率段的刺激靈敏變卻不受影響(此實(shí)驗(yàn)可以讓人眼去觀察不同空間頻率的正弦光柵來(lái)證實(shí))。視覺(jué)模型有多種，例如神經(jīng)元模型，黑白模型以及彩色視覺(jué)模型等等，分別反應(yīng)了人眼視覺(jué)的不同特性。Campbell和Robosn由此假設(shè)人眼的視網(wǎng)膜上存在許多獨(dú)立的線性帶通濾波器，使圖像分解成不同頻率段，而且不同頻率段的帶寬很窄。視覺(jué)生理學(xué)的進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，這些濾波器的頻帶寬度是倍頻遞增的，換句話說(shuō)，視網(wǎng)膜中的圖像分解成某些頻率段，它們?cè)趯?duì)數(shù)尺度上是等寬度的。視覺(jué)生

4、理學(xué)的這些特征，也被我們對(duì)事物的觀察所證實(shí)。一幅分辨率低的風(fēng)景照，我們可能只能分辨出它的大體輪廓；提高分辨率的結(jié)果，使我們有可能分辨出它所包含的房屋、樹木、湖泊等內(nèi)容；進(jìn)一步提高分辨率，使我們能分辨出樹葉的形狀。不同分辨率能夠刻畫出圖像細(xì)節(jié)的不同結(jié)構(gòu)。人眼在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的視覺(jué)靈敏度是不均勻的,它隨波長(zhǎng)的變化而變化。15/15人眼視覺(jué)特性1.1色覺(jué)向度光波具有三種可以量化的物理學(xué)向度，那就是波長(zhǎng)波幅和純度。所謂純度是指同一束光所含光波的種類數(shù)。如果該束光只含有一種光波，即為同質(zhì)光。若含兩種以上的光波，就稱為異質(zhì)光或多彩光。當(dāng)人眼睛的視網(wǎng)膜受到光的刺激時(shí)，所引起的色覺(jué)經(jīng)驗(yàn)具有三種心理性向

5、度，即色彩亮度和飽和度。色彩之不同，取決于光的波長(zhǎng)，而亮度的高低則與光的波幅成正比，但也與光的波長(zhǎng)有關(guān)。在白天，波長(zhǎng)550nm左右的光最亮，而在夜晚，波長(zhǎng)510nm左右的光最亮飽和度是指顏色的純度。其飽和度越大，其色彩越鮮艷，反之，越灰暗。1.2人眼對(duì)光譜的靈敏度在人眼的視網(wǎng)膜上有兩種視覺(jué)細(xì)胞，即錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞。錐狀細(xì)胞不但可以接受色彩的刺激，還可以感受亮度的刺激。所以，在白天書畫光下，人眼可以同時(shí)識(shí)別彩色與非彩色的物體，但到了夜間或暗處，錐狀細(xì)胞即失去感光作用,視覺(jué)功能由桿狀細(xì)胞取代.此時(shí)，人眼便無(wú)法感覺(jué)彩色，僅能辨別白色和灰色。1.3明視覺(jué)暗視覺(jué)與中介視覺(jué)明視覺(jué)在環(huán)境亮度大于1

6、0cd.m2時(shí),視覺(jué)完全由錐狀細(xì)胞起作用,最的的視覺(jué)響應(yīng)在光譜藍(lán)綠區(qū)間的555nm處,在這樣亮度的環(huán)境中的視覺(jué)特性稱為明視覺(jué)。暗視覺(jué)在環(huán)境亮度低于10-2cd.m-2時(shí),錐狀細(xì)胞失去感光作用,視覺(jué)功能由桿狀細(xì)胞取代,人眼失去感覺(jué)彩色的能力，僅能辨別白色和灰色.在這樣亮度的環(huán)境中的視覺(jué)特性稱為暗視覺(jué).中介視覺(jué)當(dāng)景物的亮度增加到10-2cd.m-2以上時(shí),除明亮度增加外,還可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)效應(yīng)。首先，中心凹的察覺(jué)開(kāi)始變得和邊緣部分的察覺(jué)一樣容易。其次，可以感覺(jué)到顏色，開(kāi)始時(shí)弱，其后增強(qiáng)。第三，隨著亮度的變化，錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞對(duì)視覺(jué)的作用也隨之發(fā)生變化。15/15人眼視覺(jué)特性1.4明適應(yīng)暗適應(yīng)

7、和比視感度明適應(yīng)人由暗處走到亮處時(shí)的視覺(jué)適應(yīng)過(guò)程，稱為明適應(yīng)。當(dāng)人由暗處走到亮處時(shí)，人眼一時(shí)無(wú)法辨認(rèn)清物體，需要大約一分鐘的調(diào)整適應(yīng)時(shí)間，其調(diào)整過(guò)程分為三個(gè)階段：(1)瞳孔縮小，減少光線的進(jìn)入。(2)錐狀細(xì)胞敏感度逐漸增加。(3)桿狀細(xì)胞敏感度迅速降低。暗適應(yīng)人由亮處走到暗處時(shí)的視覺(jué)適應(yīng)過(guò)程，稱為暗適應(yīng)。當(dāng)人由亮處走到暗處時(shí)，人眼一時(shí)無(wú)法辨認(rèn)物體，需要大約三十分鐘的調(diào)整適應(yīng)時(shí)間，其調(diào)整過(guò)程也分為三個(gè)階段：(1)瞳孔放大，增加光線的進(jìn)入。(2)錐