视觉与成像课程学习.pptx
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1、会计学1视觉视觉(shju)与成像与成像第一页,共43页。2.12.1视觉视觉视觉视觉(shju)(shju)过程过程过程过程3神经处理过程 每个视网膜接收单元都与一个神经元细胞借助突触(synapse)相连每个神经元细胞借助其它的突触与其它细胞连接,从而构成光神经(optical nerve)网络光神经进一步与大脑中的侧区域(side region of the brain)连接,并到达(dod)大脑中的纹状皮层(striated cortex)对光刺激产生的响应经过一系列处理最终形成关于场景的表象,从而将对光的感觉转化为对景物的知觉 第3页/共43页第2页/共43页第二页,共43页。2.1
2、2.1视觉视觉视觉视觉(shju)(shju)过程过程过程过程 整体视觉(shju)过程视觉(shju)“视”“觉”第4页/共43页第3页/共43页第三页,共43页。2.22.2光度学和亮度光度学和亮度光度学和亮度光度学和亮度(lingd)(lingd)视觉视觉视觉视觉2.2.1 2.2.1 光度学光度学2.2.22.2.2一个简单的成象模型一个简单的成象模型(mxng)(mxng)2.2.32.2.3视觉系统对光的感知特视觉系统对光的感知特点点 2.2.4 2.2.4 光度学和亮度视觉光度学和亮度视觉第5页/共43页第4页/共43页第四页,共43页。2.2.2.1 2.1 光度学光度学光度学
3、光度学辐射辐射(fsh)(fsh)度量学度量学研究各种电磁辐射研究各种电磁辐射(fsh)(fsh)强弱的学科强弱的学科光是一种电磁辐射光是一种电磁辐射(fsh)(fsh)光度学光度学研究光的强弱的学科研究光的强弱的学科光通量的单位:光通量的单位:lmlm(流明)(流明)第6页/共43页第5页/共43页第五页,共43页。2.2.2.1 2.1 光度学光度学光度学光度学点光源点光源线度足够小,或距离线度足够小,或距离(jl)(jl)观察者足够远观察者足够远发光强度发光强度I I:点光源沿某个方向上单位:点光源沿某个方向上单位 立体角立体角d d 内发内发出的光通量出的光通量dFdF 单位:单位:c
4、dcd(坎)(坎)1 cd=1 lm/sr 1 cd=1 lm/sr第7页/共43页第6页/共43页第六页,共43页。2.2.2.1 2.1 光度学光度学光度学光度学点光源点光源立体角(立体角(solid anglesolid angle)是从一点(称为立体角的顶点)出发通过一条闭合曲线上所有点的射线围成的空间部分,所以立体角表示由顶点看闭合曲线时的视角。是从一点(称为立体角的顶点)出发通过一条闭合曲线上所有点的射线围成的空间部分,所以立体角表示由顶点看闭合曲线时的视角。可以可以(ky)(ky)取一立体角在以其顶点为球心所作的球面上截出部分的面积与球面半径的平方之比作为对该立体角的度量。立体角
5、的单位是球面度,取一立体角在以其顶点为球心所作的球面上截出部分的面积与球面半径的平方之比作为对该立体角的度量。立体角的单位是球面度,记为记为srsr。一个球面度对应在球面上所截取的面积等于以球半径为边长的正方形面积时的立体角。一个球面度对应在球面上所截取的面积等于以球半径为边长的正方形面积时的立体角。第8页/共43页第7页/共43页第七页,共43页。2.2.2.1 2.1 光度学光度学光度学光度学扩展光源扩展光源有一定发光有一定发光(f(f u u n n)面积的光源面积的光源光度学亮度光度学亮度B B(单位:单位:cd/m2)cd/m2)第9页/共43页第8页/共43页第八页,共43页。2.
6、2.2.1 2.1 光度学光度学光度学光度学照度(照度(illuminationillumination)一个被光线照射的表面上的照度定义为照射在单位面积一个被光线照射的表面上的照度定义为照射在单位面积(min j(min j)上的光通上的光通量。设面元量。设面元dSdS上的光通量为上的光通量为dFdF,则此面元上的照度,则此面元上的照度E E为:为:单位:单位:lxlx(勒(勒 克斯克斯),),1 lx=1 lm/m21 lx=1 lm/m2照度:是光源对物体辐射的一种量度照度:是光源对物体辐射的一种量度 表表2.3.22.3.2亮度:观察者对物体表面光强的量度亮度:观察者对物体表面光强的量
7、度 表表2.3.12.3.1第10页/共43页第9页/共43页第九页,共43页。2.2.2 2.2.2 一个一个一个一个(y(y )简单的成象模型简单的成象模型简单的成象模型简单的成象模型图象成象模型图象成象模型2-D2-D亮度函数亮度函数(hnsh)(hnsh):f(x,y)f(x,y)亮度是能量的量度,一定不为零且为有限值亮度是能量的量度,一定不为零且为有限值(1)(1)入射到可见场景上的光量入射到可见场景上的光量(2)(2)场景中目标对入射光反射的比率场景中目标对入射光反射的比率照度成分照度成分 i(x,y)i(x,y)和反射成分和反射成分 r(x,y)r(x,y)第11页/共43页第1
8、0页/共43页第十页,共43页。2.2.2 2.2.2 一个一个一个一个(y(y )简单的成象模型简单的成象模型简单的成象模型简单的成象模型图象成象模型图象成象模型f(x,y)f(x,y)与与 i(x,y)i(x,y)和和 r(x,y)r(x,y)都成正比都成正比i(x,y)i(x,y)的值是由光源决定的的值是由光源决定的r(x,y)r(x,y)的值是由场景中的目标的值是由场景中的目标(mbi(mbi o)o)特性所决定的特性所决定的 典型值:典型值:P.40P.40第12页/共43页第11页/共43页第十一页,共43页。2.2.3 2.2.3 视觉系统对光视觉系统对光视觉系统对光视觉系统对光
9、(du gung)(du gung)的感知的感知的感知的感知特点特点特点特点人眼适应的亮度范围(1)总体范围大:从暗视觉门限到眩目极限(jxin)之间的范围在1010量级(2)具体范围小:一般范围在102量级暗视觉(shju)门限眩目极限第13页/共43页第12页/共43页第十二页,共43页。2.2.42.2.4 光度学和亮度光度学和亮度光度学和亮度光度学和亮度(lingd)(lingd)视觉视觉视觉视觉亮度变化的感知人类视觉系统对亮度变化的感知比对亮度本身要敏感 人类视觉系统对光强度的响应不是线性的,而是对数形式的(对暗光时亮度的增加(zngji)比对亮光时亮度的增加(zngji)更敏感)第
10、14页/共43页第13页/共43页第十三页,共43页。2.32.3从感觉从感觉从感觉从感觉(g(g nju)nju)到知觉到知觉到知觉到知觉1.视感觉和视知觉人的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉和热觉等功能都可分为感觉和知觉两个层次感觉是较低层次的,它主要接收(jishu)外部刺激。知觉则处于较高层次,它要将外部刺激转化为有意义的内容视知觉的任务是确定“什么东西在什么地方”(What is where)P.17第15页/共43页第14页/共43页第十四页,共43页。2.32.3从感觉从感觉从感觉从感觉(g(g nju)nju)到知觉到知觉到知觉到知觉2.视知觉的复杂性 视知觉是一个复杂的过程,在很
11、多情况下只依靠光投射到视网膜上形成的视网膜图像和人们已知的眼或神经系统的机制还难以把全部知觉过程解释清楚(1)视觉边缘:随视点而变化P.18(2)亮度对比:两个可视表面(biomin)仅在它们被看作处 在同一个视觉平面上时可比较亮度。如果将它们看作与眼有不同的距离,要比较它们相对的亮度就很困难 第16页/共43页第15页/共43页第十五页,共43页。2.32.3从感觉从感觉从感觉从感觉(g(g nju)nju)到知觉到知觉到知觉到知觉3.图象的双重(shungchng)感知真实性 人们在观察图象时会同时将图象感知为一个平面的一部分和一个3-D空间的一部分。这个基本的心理现象可称为图象的双重(s
12、hungchng)感知真实性(double perceptual reality of images)P.18(1)有关图象2-D真实性的信息(2)有关图象3-D真实性的信息(3)视点假设(4)双重(shungchng)真实性和学习 第17页/共43页第16页/共43页第十六页,共43页。2.42.4视觉视觉视觉视觉(shju)(shju)特性特性特性特性用空间以及时间的语言来描述感知用空间以及时间的语言来描述感知(g(gnzhnzh)2.4.12.4.1视觉的时间特性视觉的时间特性2.4.22.4.2视觉的空间特性视觉的空间特性 第18页/共43页第17页/共43页第十七页,共43页。2.4
13、.1 2.4.1 视觉视觉视觉视觉(shju)(shju)的时间特性的时间特性的时间特性的时间特性视觉首先并主要是一个空间的感受,但时间因素也是视觉感知中的一个基本因素。这可从三方面解释:(1)大多数视觉刺激是随时间变化的,或者是顺序产生的(2)眼睛一般是在不停运动的,这使得由大脑获取的信息是不断变化的(3)感知本身并不是一个瞬间的过程,尽管(jn gun)有些感知步骤很快,但总有一些步骤会较慢,因为信息处理总是需要时间的 第19页/共43页第18页/共43页第十八页,共43页。2.4.1 2.4.1 视觉的时间视觉的时间视觉的时间视觉的时间(shjin)(shjin)特性特性特性特性1.随时
14、间变化的视觉现象(1)亮度适应当眼睛遇到亮度的突然变化时,眼睛会暂时看 不见一会儿以尽快适应新的亮度 对亮光的适应比对暗光的适应要快(2)眼睛的时间分辨率60-80微秒区分两种不同步的亮度现象20-40微秒以确定(qudng)哪个亮度现象先出现 第20页/共43页第19页/共43页第十九页,共43页。2.4.1 2.4.1 视觉视觉视觉视觉(shju)(shju)的时间特性的时间特性的时间特性的时间特性2.感知中的时间因素(快响应)(1)闪烁当入射光的强度变化频率不太快时,视觉(shju)系统能感知到入射光强的变化,当光的频率增加且超过一个临界(critical)频率(其值依赖于光的强度)后,
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