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1、2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測2.1.人眼的視覺特性與模型2.2.圖像探測理論與圖像探測方程2.3.目標(biāo)的探測與識別2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測2.1.人眼的視覺特性與模型人眼的構(gòu)造視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)（桿狀細(xì)胞，錐狀細(xì)胞）視細(xì)胞的分布人眼的視覺特性視覺的適應(yīng)絕對視覺閾閾值對比度光譜靈敏度分辨力視覺系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)2021/10/8視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)桿狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞視細(xì)胞的分布2021/10/8視覺的適應(yīng)明視覺暗視覺中介視覺顏色適應(yīng)3×10-5cd/m23cd/m23×105c
2、d/m2暗視覺明視覺中介視覺2021/10/8人眼的視覺特性絕對視覺閾：全黑視場下，人眼感覺到的最小光刺激值，約10－9lx量級。眩目亮度：與像場亮度相關(guān)。閾值對比度：時間不限，使用雙眼探測一個亮度大于背景亮度的圓盤，察覺概率為50%時，不同背景亮度下的對比度。對比度C：當(dāng)Lt和Lb分別為目標(biāo)與背景的亮度時，對比度表示為：由于背景亮度、對比度和人眼所能探測的目標(biāo)張角三者之間存在制約關(guān)系（Wald定律），特別是在目標(biāo)張角<7’，時，存在Rose定律：2021/10/8人眼的視覺特性光譜靈敏度（光譜光視效率）：人
3、眼對各種不同波長的輻射光有不同的靈敏度（響應(yīng)），對大量正常視力觀察者的實驗表明：在較明亮環(huán)境中，人眼視覺對波長0.555μm左右的綠光最敏感；在較暗條件下，人眼視覺對波長0.512μm左右的黃綠光最敏感；右圖給出不同視場亮度下，人眼的光譜光視效率曲線：人眼的分辨力：人眼能區(qū)分兩發(fā)光點的最小角距離稱為極限分辨角θ，其倒數(shù)為人眼分辨力。從內(nèi)因分析，影響分辨力的因素為眼睛的構(gòu)造。從外因分析，是目標(biāo)的亮度與對比度。人眼會根據(jù)外界條件自動進(jìn)行適應(yīng)，從而可以得到不同的極限分辨角。明視覺暗視覺人眼觀察物體的要求靈敏度：以量
4、子閾值表示時，最小可探測的視覺刺激是58~145個藍(lán)綠光(波長為0.51?m)的光子轟擊角膜引起的，據(jù)估算，這一刺激只有5~14個光子實際到達(dá)并作用于視網(wǎng)膜上。分辨力：對比度：圖案不同，對對比度的要求也不同（如點與點：26％；方波條紋之間：3％）信噪比：人眼觀察物體需要排出干擾，如果干擾太大將影響到人眼的觀察效果。圖案不同，人眼對信噪比的要求不同（如方波圖案：1～1.5左右；余弦圖案：3～3.5左右）10-6lx10-5lx10-4lx10-3lx2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測2.2.圖像探
5、測理論與圖像方程圖像信號與圖像噪聲理想條件下光電成像的圖像探測方程2.3.目標(biāo)的探測與識別理論分析證明：光電成像存在著圖像探測的極限值，這一極限稱為圖像探測靈敏閾。一個景物的細(xì)節(jié)能否被光電成像系統(tǒng)所探測到，即形成一個可以被人眼識別的輸出圖像，與如下三個因素相關(guān)。景物細(xì)節(jié)的輻射亮度（單位面積的輻射強度）；景物細(xì)節(jié)對光電成像系統(tǒng)接收孔徑的張角；景物細(xì)節(jié)與背景之間的輻射對比度。2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測圖像信號與圖像噪聲圖像信號：光電成像系統(tǒng)在有效積分時間內(nèi)接收到兩個相鄰的像元的輻射量子數(shù)的平
6、均值分別為和，此時，系統(tǒng)能否分辨出這兩個像元，取決于與的差異。故圖像信號值可以表示為右式：圖像噪聲（光子噪聲）：各像元所輻射的光子數(shù)的瞬時值n統(tǒng)計平均值的偏差稱為“漲落”，用均方根表示，由于光子發(fā)射服從泊松分布，故其均方根值可表示為右式：圖像信噪比：只有圖像信噪比的值大于閾值信噪比，信號才可以被探測到，閾值信噪比由實驗獲得。2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測理想條件下光電成像的圖像探測方程光電成像所輸出的圖像信號表達(dá)式：式中L、Φ表示兩個邊長為h的正方形相鄰像元的輻射亮度和輻射通量（功率），φ為
7、像元與探測器表面的法線交角。p為像元瞬間發(fā)射出的量子數(shù)，d為像元與成像系統(tǒng)距離，r為成像系統(tǒng)孔徑的半徑，τ為有效積分時間，η為量子效率，Q為每流明光通量在每秒內(nèi)所通過的光子數(shù)。2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測理想條件下光電成像的圖像探測方程光電成像所輸出的圖像信號表達(dá)式：式中L、Φ表示兩個邊長為h的正方形相鄰像元的輻射亮度和輻射通量（功率），φ為像元與探測器表面的法線交角。p為像元瞬間發(fā)射出的量子數(shù)，d為像元與成像系統(tǒng)距離，r為成像系統(tǒng)孔徑的半徑，τ為有效積分時間，η為量子效率，Q為每流明光通
8、量在每秒內(nèi)所通過的光子數(shù)。光電成像系統(tǒng)輸出的圖像信噪比：2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測理想條件下光電成像的圖像探測方程理想探測器圖像探測方程(羅斯方程)夏根方程弗里斯-羅斯定律2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測2.3.目標(biāo)的探測與識別目標(biāo)搜索的一般原理目標(biāo)探測－識別模型約翰遜準(zhǔn)則2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖
