东南大学-交通基础设施检测技术课件-第2章图像信息.ppt

第二章? 图像信息基本知识 一、 人眼视觉特性 引起视觉的外周感受器官是眼，它由含有感光细胞的视网膜和作为附属结构的折光系统等部分组成。人眼的适宜刺激是波长370-740nm的电磁波；在这个可见光谱的范围内，人脑通过接受来自视网膜的传入信息，可以分辨出视网膜像的不同亮度和色泽，因而可以看清视野内发光物体上反光物质的轮廓、形状、颜色、大小、远近和表面细节等情况。　 自然界形形色色的物体以及文字、图形等形象，通过视觉系统在人脑得到反映。据估计，在人脑获得的全部信息中，大约有95%以上来自视觉系统，因而眼无疑是人体最重要的感觉器官。 1．??? 人眼构造简介 　　人眼的基本结构如下图所示。 人眼的结构和照相机相似：瞳孔的直径可在2-8毫米间调节--光圈；扁球形弹性透明体（晶状体）--透镜；使不同距离的景物在视网膜上成像，视细胞受到光的刺激产生电脉，电脉冲沿着神经纤维传递到视神经中枢，由于各细胞产生的电脉冲不同，大脑就形成了景象的感觉。 当用光学原理分析眼的折光特性时，首先遇到的一个困难是，眼球并非一个薄透镜或单球面折光体，而是由一系列曲率半径和折光指数都不相同的折光体所组成的折光系统。 研究表明，正常成人眼处于安静而不进行调节的状态时，它的折光系统的后主焦点的位置，正好是其视网膜所在的位置。 这一解剖关系对于理解正常眼的折光成像能力十分重要。它说明，凡是位于眼前方6m以外直至无限远处的物体，由于由它们发出或反射出的光线在到达眼的折光系统时已近于平行，因而都可以在视网膜上形成基本清晰的像，这正如放置于照相机主焦点处的底片，可以拍出清晰的远景一样。 造成后一限制的原因有二： 一是，如果来自某物体的光线过弱，或它们在空间传播时被散射或吸收，那么它们到达视网膜时已减弱到不足以兴奋感光细胞的程度，这样就不可能被感知； 二是，如果物体过小或它们离眼的距离过大，则它们在视网膜上形成的大小，将会小到视网膜分辨能力的限度以下，因而也不能感知。 如果安静状态的眼的折光能力正好把6m以外的物体成像在视网膜上，那么来自较6m为近的物体的光线将是不同程度呈辐射状的，它们在折射后的成像位置将在主焦点，亦即视网膜的位置之后；由于光线到达视网膜时尚未聚焦，因而物像是模糊的，由此也只能引起一个模糊的视觉形象。 但正常眼在看近物时为什么也十分清楚？ 这是由于眼在看近物时已进行了调节，使进入眼内的光线经历较强的折射，结果也能成像在视网膜上。人眼的调节亦即折光能力的改变，主要是靠晶状体形状的改变。 瞳孔和瞳孔对光反应 　　瞳孔指虹膜中间的开孔，是光线进入眼内的门户；它在亮光处缩小，在暗光处散大。 　　瞳孔大小随光照强度而变化的反应，是一种神经反射，称为瞳孔对光反射。引起此反射的感受器就是视网膜，传入纤维在视神经中，但这部分纤维在进入中枢后不到达外侧膝状体，而在在中脑的顶盖前区换神经元，然后到同侧和对侧的动眼神经核，传出纤维主要是动眼神经中的副交感纤维，效应器也主要是瞳孔约肌。 有关“视网膜的结构和两种感光换能系统 ”、“视杆细胞的感光换能机制 ”、“视锥系统的换能和颜色视觉 ”、“视网膜的信息处理 ”等不作介绍，感兴趣的同学可查阅相关文献 2．???? 人眼视觉模型 （1）?? 点扩展函数和调制转移函数 冲激函数经过光学系统后的成像　　　　　称为点扩展函数（PSF）或冲激响应函数； 经线性移不变系统后得到的图像　　　是原图像 　　　　与点扩展函数　　　的卷积； 　　　　称为光学系统的调制转移函数（MTF）； 　　　　和　　　可以表征一个线性移不变的光学系统 （2）? 人眼视觉模型 　　人眼类似一个光学系统。由于神经系统的调节，它又不是普通意义上的光学系统。建立视觉模型就是力图用线性光学系统的概念来解释某些视觉特性，并可进行一些定量的分析和预测。 1）作为一个光学器件，从空间频率的角度来说，是一个低通型线性系统。表明：人眼的分辨力是有限的。（瞳孔一定的几何尺寸及视细胞有一定的大小。） 2）人眼对于亮度的响应具有对数性质。人眼正是通过这一对数性质来接受宽达　　倍的亮度范围。人所能觉察到的亮度增量的度量是以B为底的对数增量形式，而不是线性增量： 3）由于神经系统的作用，从空间频率的角度来说，人眼又具有带通型线性系统的特性，又称为侧抑制效应。加权求和运算将有带通滤波器的效应。 4）从时间上说，人眼对亮度的响应有一定的延时。这是由神经系统时间响应上的限制引起的。 人从亮处进入暗室时，最初看不清楚任何东西，经过一定时间，视觉敏感度才逐渐增主，恢复了在暗处的视力，这称为暗适应。相反，从暗处初来到亮光处，最初感到一片耀眼的光亮，不能看清物体，只有稍待片刻才能恢复视觉，这称为明适应