DVIP01数字图像基本.ppt

考虑图1.2(a) 所示情况，其中环境亮度为 ，图的中间有一个张角为 、亮度为 的环，环内包围着一个亮度为 的小区域。调节的 大小使其刚好能被察觉到与 有所不同，则 为视觉阈，或者称为临界对比度。它与背景亮度和环境亮度，以及背景和环境的尺寸大小有关。如图1.2(b)所示。在 的情况下，视觉阈 几乎随 线性增长，即 为常数，这就是韦伯定律（Weber’s law）。 另一方面，图1.3的亮度感觉曲线还表明人眼的视觉范围是非常宽阔的，它能感觉亮度低至千分之几cd/m2的光，也能感受亮度高至百万cd/m2的光，差别达 这样大的视觉范围是由于眼睛有适应性。这是人眼适应性的第一种表现 在实际条件下观看某一景象时，眼睛已适应于景象的某一平均亮度，也就是说已调节到某一平均灵敏度，这时视觉范围就小多了。这是人眼适应性的第二种表现，它说明人眼是绝不可能同时观看图1.3所示那么大的视觉范围的. 实验证明，在平均亮度一定时，人眼能观察到亮度差别（即景象层次）的范围如图1.4中虚线所示，图中按不同的平均亮度给出了相应的范围。可见，当平均亮度 为一定值时，大约在它周围 的范围内，对比度阈保持在比较小的数值，人眼有区别亮度层次的能力。 图1.4的曲线还表明，由于人眼的适应性，对于明暗的感觉是相对的，同一个亮度，在某种平均亮度下可能给人以白的感觉，但在更高的平均亮度下却可能给人以黑的感觉。因此，对于一副景象，重要的是体现其相对的明暗层次。利用这一原理，电视实现了比自然景象亮度范围小得多的景象视觉。 空间频率的感知特性 空间频率是指单位视角 ( ) 内所含黑或白的条纹数，单位是线/度。假设人眼的视觉系统是一个线性系统，如果已知该系统的冲击响应或者传输函数，则可以计算出给定背景亮度下的视觉阈值 。如果用不随时间变化的空间正弦光栅作为人眼的测试信号，即 (1.4) 则可以得到视觉阈随空间频率变化的函数 。例如图1.5所示的曲线是在背景亮度为500cd/m2的条件下得到的。这个函数被称为对比度灵敏度函数(Contrast Sensitivity Function)。它具有特定的形状，空间频率在3-4.5 Cycles/degree时有最大值，即最小对比度阈。 值得说明的是，图1.5实际上不是视觉阈对空间频率的函数，而是对比度灵敏度对空间频率的函数。对比度灵敏度的定义是，平均背景亮度 与测试信号达到视觉阈时的调制电平 的比；或者说是对比度阈 的倒数。 在(1.4)式中， 是背景亮度， 是正弦光栅的空间频率， 是空间频率偏离纵轴的角度， 是调制电平， 是时间频率。对于给定的 ，通过调整 得到在 、 和 的各种取值情况下的视觉阈。图1.6(a)给出一种测试光栅图样，图1.6(b)是前人的各种实验得出的对比度灵敏度函数曲线。 可得到如下结论: (1)给定光栅的 和 ，视觉阈主要取决于调制深度 ，而不单单取 决于背景亮度 或调制电平 。 (2)对比度灵敏度，即达到视觉阈时 的值，随着空间频率 从低频到中 频近似线性地增大，并在中频区段取得最大值。从图1.6(b)可见，在空间 频率的方向上，人眼对亮度的作用相当于一个带通或低通滤波器 (3)对比度灵敏度还与光栅的角度 有关。它在垂直或水平光栅时取得最 大值，随着光栅偏离水平或垂直轴而减小，在 角时大约减小3dB。 (4)图1.7给出了视觉对彩色变化的频率响应。由图可见，人眼对亮度的空 间分辩力明显地比对色度的空间分辨力要高。因此，在图像及视频传输时 就可以使用较少的比特数来传输色度信号，以达到压缩数据量、节省带宽 资源的目的 。 视觉的空间掩蔽 (spatial masking) 效应也发生在空间频域。实验发现，背景亮度变化（不均匀性）剧烈时，对比度灵敏度就会下降，即视觉阈增大。这被称为空间掩蔽效应。图1.8、1.9给出了典型的实验结果。在该试验中，一条很细的垂直光线出现在有一条垂直亮度边界的背景的不同位置上，这条光线在不同位置上的视觉门限（即光线刚好能被识别时的亮度值）曲线如图1.8所示。