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1、精品文檔人眼的視覺特性1、引言人眼的視覺系統(tǒng)是世界上最好的圖像處理系統(tǒng)，但它遠遠不是完美的。人眼的視覺系統(tǒng)對圖像的認(rèn)知是非均勻的和非線性的，并不是對圖像中的任何變化都能感知。例如圖像系數(shù)的量化誤差引起的圖像變化在一定范圍內(nèi)是不能為人眼所覺察的。因此，如果編碼方案能利用人眼視覺系統(tǒng)的一些特點，是可以得到高壓縮比的。對人眼視覺特性的深入研究及由此而建立的各種數(shù)學(xué)模型，一直是各種圖像數(shù)字壓縮算法的基礎(chǔ)。2、人眼的視覺特性人眼對380～780納米內(nèi)不同波長的光具有不同的敏感程度，稱為人眼的視敏特性。衡量描述人眼視敏特性的物理量為視敏函數(shù)和相對視敏函
2、數(shù)。1）視敏函數(shù)在相同亮度感覺的條件下，不同波長上光輻射功率的倒數(shù)可以用來衡量人眼對各波長光明亮感覺的敏感程度。稱為視敏函數(shù)K(λ)=1/pr(λ)。2）相對視敏函數(shù)實驗表明，人眼對波長為555納米的光最敏感，因此把任意波長的光的視敏函數(shù)與最大視敏函數(shù)值K(555)相比的比值稱為相對視敏函數(shù)。可見光波長實驗表明：視敏涵數(shù)的曲線的最大值位于５５５nm處當(dāng)1歡迎下載。精品文檔光線微弱向左偏移最大值為５０7nm處，兩者相差近５０nm，人眼就相當(dāng)于帶通濾波器，這就表明人眼對亮度變化比較敏感。人眼對于藍光的視覺靈敏度要比紅光和綠光低的多．三條曲線的峰
3、值比為Ｒ：Ｇ：Ｂ＝０．５４：０．５７５：０．０５３（藍光放大２０倍）．三條曲線有相當(dāng)一部分是重疊的．正常觀察條件下，人眼得到的是二者的合成的視覺，不能將他們各自的數(shù)值區(qū)分開來．大腦根據(jù)三者的比例，感知彩色的色調(diào)和飽和度，而三者的和決定了光的總亮度。2.1對比靈敏度人眼對亮度光強變化的響應(yīng)是非線性的，通常把人眼主觀上剛剛可辨別亮度差別所需的最小光強差值稱為亮度的可見度閾值。也就是說，當(dāng)光強I增大時，在一定幅度內(nèi)感覺不出，必須變化到一定值I+ΔI時，人眼才能感覺到亮度有變化，ΔI/I一般也稱為對比靈敏度。因此恢復(fù)圖像的誤差如果低于對比靈敏度，即
4、不會被人眼察覺。此外，高頻部分在相同的靈敏度閾值下，色差信號Y-R空間頻率只有亮度Y的一半，色差信號Y-B空間頻率只有亮度Y的1/4。人眼對于運動圖像的對比靈敏度與時間軸上信息的變化速度有關(guān)，隨著時間軸變化頻率的增加，人眼所能感受到的圖像信息的誤差閾值呈上升趨勢，視覺上的這種動態(tài)對比靈敏度特性表現(xiàn)為圖像序列之間相互掩蓋效應(yīng)。2歡迎下載。精品文檔可見度閾值和掩蓋效應(yīng)對圖像編碼量化器的設(shè)計有重要作用，利用這一視覺特性，在圖像的邊緣可以容忍較大的量化誤差，因而可使量化級減少，從而降低數(shù)字碼率。2.2分辨率當(dāng)空間平面上兩個黑點相互靠攏到一定程度時，
5、離開黑點一定距離的觀察者就無法區(qū)分它們，這意味著人眼分辨景物細節(jié)的能力是有限的，這個極限值就是分辨率。研究表明人眼的分辨率有如下一些特點：①當(dāng)照度太強、太弱時或當(dāng)背景亮度太強時，人眼分辨率降低。②當(dāng)視覺目標(biāo)運動速度加快時，人眼分辨率降低。③人眼對彩色細節(jié)的分辨率比對亮度細節(jié)的分辨率要差，如果黑白分辨率為1，則黑紅為0.4，綠藍為0.19。2.3馬赫效應(yīng)當(dāng)亮度發(fā)生躍變時，會有一種邊緣增強的感覺，視覺上會感到亮側(cè)更亮，暗側(cè)更暗。馬赫效應(yīng)會導(dǎo)致局部閾值效應(yīng)，即在邊緣的亮側(cè)，靠近邊緣像素的誤差感知閾值比遠離邊緣閾值高3~4倍，可以認(rèn)為邊緣掩蓋了其鄰
6、近像素，因此對靠近邊緣的像素編碼誤差可以大一些。3、圖像子采樣對色差信號使用的采樣頻率比對亮度信號使用的采樣頻率低，這種采樣就稱為圖像子采樣（Subsampling）。最簡便的圖像壓縮技術(shù)恐怕就要算圖像子采樣了。這種壓縮方法的基本根據(jù)是人的視覺系統(tǒng)所具有的兩個特性，一是人眼對色度信號的敏感程度比對亮度信號的敏感程度低，利用這個特性可以把圖像中表達顏色的信號去掉一些而使人不易察覺：二是人眼對圖像細節(jié)的3歡迎下載。精品文檔分辨能力有一定的限度，利用這個特性可以把圖像中的高頻信號去掉而使人不易察覺，子采樣就是利用這個特性來壓縮彩色電視信號。子采樣
7、格式：4∶2∶2子采樣格式是指在每條掃描線上每4個連續(xù)的采樣點取4個亮度Y樣本，2個紅色差cr樣本和2個藍色差cb樣本，平均每個像素用2個樣本表示。4∶1∶1子采樣格式是指在每條掃描線上每4個連續(xù)的采樣點取4個亮度Y樣本，1個紅色差cr樣本和1個藍色差cb樣本，平均每個像素用1.5個樣本表示。這是數(shù)字電視磁帶DVC（DigitalVideoCassette）上使用的格式。4∶2∶0子采樣格式是指在水平和垂直方向上每2個連續(xù)的采樣點上取2個亮度Y樣本，1個紅色差Cr樣本和1個藍色差Cb樣本，平均每個像素用1.5個樣本表示。4、變換編碼在圖像數(shù)
8、據(jù)壓縮技術(shù)中，變換編碼（TransformCoding）與預(yù)測編碼（PredictiveCoding）已成為最基本的兩種編碼方法。變換編碼的基本思想是，將空間域描寫的圖像信號變換
