《视觉与电视原理.ppt

第二章 视觉和电视显示基本原理 显示器显示的信息是供人眼观看的，人的眼睛是人类视觉系统的重要组成部分，它是很复杂的器官。人眼的生理特性对制订显示规范有很大的影响。 视觉信息的产生 图像处理的许多目标，最终要通过人眼来判断所处理的结果。有必要研究人类视觉系统的特点，并研究它的等效数学—物理模型。 人 眼 视觉特性 ??? 人眼的视网膜上有大量的光敏细胞，按其形状可分为杆状细胞和锥状细胞。这两种细胞在视觉特性上有着不同的性能和作用，两者给出的视觉效应是不一样的。 杆状细胞的感光灵敏度很高，在低照度时，主要靠它分辨明暗，但对彩色不敏感。杆状细胞从中央凹开始向四周慢慢减少，体积大，约有75,000,000～150,000,000个，分布面大且几个到几十个柱细胞连到同一个神经末梢，使得分辨率比较低；主要提供视野的整体视象，不感受颜色并对低照度较敏感，形成具有高灵敏度的无色觉功能的暗视觉。例如在日光下鲜艳的彩色物体在月光下变得像无色的，就是由于只有柱细胞在工作。 锥状细胞感光灵敏度较低，在微弱的光线下不起作用，但在光线较为明亮时既能感知各种明暗层次又能辨别出光的颜色。锥状细胞主要分布在视网膜的中央凹，体积小，排列密度很高，每个眼内约有6,000,000～７,000,000个锥细胞，一个锥状细胞就连接一个神经末梢,感光灵敏度低，对颜色很敏感。锥细胞视觉称为明视觉或亮光视觉。 (动物有些只有一种感光细胞) ??? ?电视画面都是在有一定亮度的环境下拍摄的，屏幕上呈现的图像也有相当的亮度。所以，在电视系统中只需考虑锥状细胞的视觉特性即可。 明适应与暗适应 暗适应：人眼从光亮中进入到暗室时，在最初的瞬间什么都看不见，逐渐地才适应了黑暗，从而区分出周围物体的轮廓,在最初的5-10min内杆状细胞和锥状细胞一起暗适应,但后者更快适应 。前者的感受度增加的更高，杆状细胞感受度增加可达几十万倍。 明适应：由暗环境到亮环境的过程,眼的感受度降低; 包括两种基本过程：瞳孔大小的变化和视网膜感光化学物质的变化。主要机制是视觉的双重作用，即在黑暗中由中央视网膜转化为边缘视网膜的作用。视觉的暗适应程度是与视紫红质的合成程度相对应。视紫红质是杆状细胞内的一种化学物质，在爆光时便被破坏褪色； 二、视觉灵敏度 同一波长的光，当其强度不同时，给人的亮度感觉是不同的，相同强度而波长不同的光，给人的亮度感觉也是不同的,即不同的色光具有不同的感受性。 人眼的灵敏度因人而异，通过对大量视力正常者的实验统计，可得到如 图1-3? 相对视敏函数曲线所示的相对视敏函数曲线。由图可见，在亮视觉下，当辐射功率相同时，人眼感觉555nm的草绿光最亮，波长自555nm起向左和向右逐渐减小和增大时，亮度感觉逐渐下降。 三、人眼的色度视觉 视觉三色原理的假设：锥状细胞分为三类, 分别称为红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞，它们分别只对红色、绿色和蓝色光谱能量的刺激产生视觉反映。三种细胞对可见光的反应灵敏度曲线如下图三种锥状细胞的相对视敏函数曲线所示。 图中的峰值分别出现在580nm，540nm和440nm处。 不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的，产生的彩色视觉各异，人眼因此能分辨出五光十色的颜色。电视技术利用这一原理，在图像复现过程中，不是重现原来景物的光谱分布，而是利用3种相似于红、绿、蓝锥状细胞特性的3种光源进行配色，在色感上得到相同的效果。 四、人眼的分辨力 人眼在感知外界景物时，并非景物的所有信息都能被看到，在一定距离之外，景物中一些过小、过细的内容就无法被觉察。这说明人眼分辨景物细节的能力是有限的。人眼分辨景物细节的能力称为分辨力，用分辨角的倒数来定义。??? 分辨角，是指在被观察物体上，人眼能分辨出的最近两个相邻点对眼睛形成的张角。测试方法如 图1-4? 人眼的分辨力 所示，图中设人眼刚能分辨出白色屏幕上的两个黑点a和b，这时a和b之间的距离为d，a和b对眼睛形成的张角为? ，则? 就是分辨角。分辨角越小，说明人眼的分辨力越高，也即视力越好。 （1）分辨力很大程度上取决于景物细节的亮度和对比度（最大亮度和最小亮度的比值）。亮度过低或过高，视力下降；细节对比度越小，也越不易分辨。 （2）人眼对彩色细节的分辨力要远低于对黑白细节的分辨力。根据这一特性，在彩色电视中只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节，以减少色信号的带宽，这就是大面积着色原理的依据。 五、视觉