视觉与图像的生成.pdf

第4章 视觉与图像的生成 人类的视觉系统是一个出色的非常复杂的系统，我们研究图像处理，一方面可以向 人的视觉系统学习，设计出合理的图像处理系统；另一方面处理结果很多还是给人看的， 所以要处理得让人看得清楚，看得舒服，也得了解人的视觉特性。 人的视觉系统是对亮度、颜色的感受和对图像信息获取的系统。与视觉有关的知识， 包括人眼成像的结构和机理，眼睛适应亮度变化和区分不同亮度的能力，对颜色的感受 和区分能力等。 4.1 视觉系统的基本构造 人的眼睛是 1 个平均直径约 20mm 的球体，前端有 1 个晶状体（lens ），内壁有 1 层 视网膜（retina ）。见下图： 睫状肌 虹膜 角膜 睫状小带 中央凹 物 景 房 前 体 状 晶 视轴 玻璃体 睫状体 视网膜 脑 大 往 经 送 神 号 信 脉络膜 巩膜 图 4－1 视觉系统结构示意图 景物的光线通过角膜射进眼球，瞳孔起调节进光量的作用，相当于光圈，再进入晶 状体（相当于透镜），最后在视网膜上成像。 4.1.1 视网膜 视网膜是眼睛的感觉神经层，它将输入光转换成电信号，通过视神经送到视觉皮层。 视网膜上有五种从事信息处理的细胞：1.杆(柱)状细胞和锥状细胞，2.水平细胞， 3.双极细胞，4.无足细胞，5.神经结细胞。 其中杆状细胞和锥状细胞 （统称为视细胞）是感光器件。杆状细胞（又称杆状体） 长而薄，锥状细胞（又称锥状体）短而厚。 数字视音频技术基础讲义 77 每个人眼内锥状细胞约有 700 万个，杆状细胞约 1.25 亿个。在视网膜的中心为中央 凹（fovea ），锥状细胞分布密度最多，但没有杆状细胞，在中央凹外面，锥状细胞急速 下降，而杆状细胞却开始增加，在视轴 20 °处达最大，然后下降。 数 盲点 锥状细胞 胞 细 杆状细胞 米 毫 方 平 每 耳侧 鼻侧 图 4－2 锥状细胞和杆状细胞在视网膜上的分布 杆状细胞比锥状细胞感光灵敏度高，在低照度下，杆状细胞提供视觉响应，且对形 状敏感，通常称为暗视觉，而锥状细胞只在高照度下提供视觉，称为明视觉。能识别景 物细节的是锥状细胞，故在观察物体细节时，眼睛要盯在要看的地方，使景物在中央凹 附近成像。锥状细胞对颜色敏感，而杆状细胞却没有色感。所以在暗的地方，只能观察 到物体的轮廓形状，且呈灰色，无法判断颜色。 研究表明，锥状细胞中存在分别对蓝光（峰值为 445nm ），绿光（峰值为 535nm ） 和红光（峰值为 575nm ）敏感的感光色素，这给后面要讲的三基色理论提供了生理学基 础。 视网膜中的其它细胞，如水平细胞、双极细胞、无足细胞、神经结细胞，处理来自 杆状和锥状细胞的信息，构成一个复杂的神经网络，最后通过视觉通路送达大脑。 4.1.2 视觉通路 两眼出来的视神经，在视交叉处进行部分交叉，一半交叉