视觉系统原理指导.ppt

视觉系统原理 一．视觉感知: 是视觉的内在表象. 二．视觉的外在表现----视觉现象(视觉特性) （1）相对视敏函数: （2）对比度的灵敏度和同时对比度: （3）马赫带(Mach Bands)和视觉系统的调制传输函 数MTF （4）视觉的瞬时性质(Temporal Properties of Vision) （5）彩色视觉特性 （6）图象逼真度准则 一．视觉感知：是视觉的内在表象 视觉低级感知层次： 视觉系统从外界获取图象，就是在眼睛视网膜上获得周围世界的光学成象， 然后由视觉接收器(杆状体和锥状体在视网膜上作为视觉接收器)，将光图象信息转化为视网膜的神经活动电信息， 最后通过视神经纤维，把这些图象信息传送入大脑,由大脑获得图象感知。 视觉感知的低级感知层次 视网膜上有杆状体和锥状体两类视觉接收器； 视杆体(Rods)：细长而薄，数量上约100 million，它们提供暗视(Scotopic Vision),即在低几个数量级亮度时的视觉响应，其光灵敏度高。 视锥体(Cons)：结构上短而粗，数量少,约6.5 million，光灵敏度较低，它们提供明视(Photopic Vision)，其响应光亮度范围比视杆体要高5～6个数量级。在中间亮度范围是两种视觉细胞同时起作用。视锥体集中分布在视网膜中心。 视觉感知的低级感知层次 图1.1 眼睛的截面图 视觉感知的低级感知层次 光图象激活视杆体或视锥体时,发生光电化学反应，同时产生视神经脉冲，视觉系统散布视神经中有80万神经纤维，视觉系统传播视神经脉冲。许许多多的视杆体和视锥体相互连接到神经纤维上。 视觉系统的可视波长范围为 =350 nm～780 nm; 视觉系统的可响应的亮度范围是:1～或有10个量级的幅度范围。 视觉感知的低级感知层次 生理学已证实，视网膜中有叁种视锥体，具有不同的光谱特性，峰值吸收分别在光谱的红、绿、兰区域，从实测光谱吸收曲线可以看到视锥体主要对兰光响应，灵敏度相对低。而且，吸收曲线有相当多的部分是相互重叠的。这是三基色原理的生理基础。 视觉感知的低级感知层次 视觉感知的高级感知层次 大脑对视神经纤维传送来的图象信息进行分析和理解，通过图象获得对周围世界感知的信息和知识。 人们对大脑的高级感知层次至今知之甚少,仍是生理学、神经科学、生物物理学、生物化学研究的重要课题。 生物视觉通路 二．视觉的外在表现---视觉现象(视觉特性) 图象是周围世界的一种映射,而周围世界是一个能量场,它可以描述为： 其中,x,y,z为空间座标,为光波波长,t为时间. 而图象 是客观世界的一次摄影的结果,是能量场E的一个映射,即 : 二．视觉的外在表现---视觉现象(视觉特性) 对于运动图象,x,y,z都是时间 t 的函数,若在连续的不同时间获取图象,可以获得序列图象 对于按不同波段获取图象,可获得彩色图象或不同波段的图象信号(如遥感图象,医学图象等). 对于按不同视角,即不同的 x,y,z 间相互关系,可以得到不同视角的不同图象. 因此,视觉现象包括有视觉对光强,对各种波长、彩色的光谱效应,对物体边缘等空间频率变化的响应,以及视觉对时间瞬时变化运动的响应. （1）相对视敏函数: 人眼对不同波长的光有不同的敏感度,不同波长而幅射功率相同的光不仅给人以不同的色彩感觉,而且亮度感觉也不同. 设具有光幅射 的空间、波长分布的物体的亮度感觉为: 为视觉系统的相对视敏函数(Relative luminous efficiency function of the Vision System). 对于人眼, 是钟形曲线， （1）相对视敏函数: 视杆体和视锥体的相对视敏曲线有所不同，对视锥体情况，在 =555nm 时绿光亮度最敏感，对视杆体暗视情况,则 =505nm 时最敏感。 图1.2 相对视敏度曲线 （2）对比度的灵敏度和同时对比度 眼睛对光强的响应是非线性的。一块光强为 的小块被背景强度 I 所包围，则可觉察的差值 是I的函数,即对视觉敏感的是对比度，而不是亮度值本身。 韦伯定理(Weber’s Law)：如果一个物体的亮度与其周围背景I有刚刚可觉察得到的差别,则它们的比值是I的函数。其在一定的亮度范围内,近似不变,为常数值 0.02，这称为韦伯比。即： (常数) 人眼视觉系统对亮度的响应具有对数性质，是单调的非线性系统。实验证明，这一非线性接近 的幂指数函数。人眼通过这一对数性质,达到宽达 的视觉亮度范围的。 （2）对比度的灵敏度和同时对比度 图1.3，图