视觉基础学习.pptx
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1、人眼光学过程 镜头成像面晶状体晶状体视网膜视网膜人眼截面示意图人眼截面示意图15m100m17mmx/17=15/100 x=2.55mm第1页/共93页人眼视觉范围 (1)总体范围大:从暗视觉门限到眩目极限之间的范围在1010量级(2)具体范围小:一般范围在102量级暗视觉门限眩目极限第2页/共93页第3页/共93页第4页/共93页第5页/共93页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比对亮光时亮度的增加更敏感)第6页/共93页人眼感觉的亮度区域并不是简单地取决于光线的强度人眼感觉的亮度区域并不是
2、简单地取决于光线的强度 第7页/共93页第8页/共93页人眼化学过程 锥细胞和柱细胞:锥细胞:数量少,对颜色很敏感锥细胞视觉:明视觉或亮光视觉柱细胞:数量多,分辨率比较低 不感受颜色并对低照度较敏感柱细胞视觉:暗视觉或微光视觉第9页/共93页神经处理过程 1.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2.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(opticalnerve)网络3.光神经进一步与大脑中的侧区域(sideregionofthebrain)连接,并到达大脑中的纹状皮层(striatedcortex)4.对光刺激产生的响应经过一系列处理最终形成
3、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10页/共93页整体视觉过程视觉“视”“觉”第11页/共93页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 视觉的时间特性第12页/共93页视觉的时间特性1.随时间变化的视觉现象(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
4、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微秒以确定哪个亮度现象先出现 第13页/共93页视觉的时间特性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,这种效果就消失了(2)视觉屏蔽一个接一个快速到来的光刺激有可能互相影响 第14页/共93页视觉的时间特性3.视觉在时间上的累积效应当对一般亮度(光刺激不太大)的物体进行观察时,接收光的总能量E与物体可见面积A、表面亮度L和时距(观察时间长度)T成正比,如令Ec为以50%的
5、概率觉察到所需的临界光能量(即在多次试验中,每两次中有一次观察到光刺激时的光能量),则有成立的条件是T Tc,Tc为临界时距 第15页/共93页视觉的空间特性1.视觉在空间上的累积效应光面积和强度的反比定律其中Ec为50%觉察概率所需的临界光能量,即视觉的绝对阈值,A为累积面积,L为亮度,k是一个常数,它与Ec,A,L所用的单位有关当小而弱的光点单独呈现时可能看不见,但是当多个这样的光点连在一起作为一个大光点同时呈现时便能看见了 第16页/共93页视觉的空间特性2.视敏度反映对细节的分辨能力 对应观察者所能看见的最小测试物体的尺寸 第17页/共93页形状知觉形状知觉是对视野中各种空间关系的知觉
6、 第18页/共93页形状的感知与形状密切相关的概念(1)视觉边缘和目标(2)前景和背景的分离(3)形状构造的规律接近,相似,连续,封闭(4)形状和信息 第19页/共93页轮廓人在知觉一个形状以前一定先看到轮廓轮廓的构成用数学语言来说:轮廓对应亮度的二阶导数亮度变化不产生轮廓,需要亮度的加速变化 轮廓不等于形状第20页/共93页轮廓主观轮廓 在没有直接刺激作用下而产生的轮廓知觉 在一定感觉信息的基础上进行知觉假设的结果第21页/共93页图形和背景形成图形和背景的决定因素 1.视野中的距离(接近程度)第22页/共93页第23页/共93页2.相同或相似(颜色和亮度)第24页/共93页第25页/共93
7、页图形和背景形成图形和背景的决定因素 3.良好图形刺激性因素(1)封闭;(2)连续;(3)对称 第26页/共93页第27页/共93页第28页/共93页第29页/共93页图形和背景形成图形和背景的决定因素 非刺激性因素(1)定势(心向)(2)先验知识对图形“良好性”的客观测量:(1)图形的“良好性”可借助信息论进行判定;(2)图形的“良好性”也可由它能变换出来的图形数量来定量地说明第30页/共93页第31页/共93页几何图形视错觉 当观察线条图形而把注意力只集中于它的某一特征如它的长度、面积或方向时,由于各种主客观因素的影响,有时感知到的结果与实际的刺激模式不相对应(1)数量(尺寸)上的视错觉,
8、包括在大小、长短方面引起的视错觉(2)方向上的视错觉,指直线或曲线在方向上变化引起的视错觉第32页/共93页第33页/共93页第34页/共93页第35页/共93页第36页/共93页第37页/共93页彩色和颜色颜色可分为无彩色和有彩色两大类无彩色指白色、黑色和各种深浅程度不同的灰色能够同样吸收所有波长光的表面看起来是灰色的,反射的光多显浅灰色,反射的光少显深灰色以白色为一端,通过一系列从浅到深排列的各种灰色,到达另一端的黑色,这些灰色可以组成一个黑白系列!彩色指除去上述黑白系列以外的各种颜色!通常所说的颜色一般多指彩色 1.7 颜色视觉和色度学第38页/共93页三基色与色匹配 三种基本色:红(R
9、,red):700 nm绿(G,green):546.1 nm蓝(B,blue):435.8 nm三种补色补色:品红(M,magenta,即红加蓝)蓝绿(C,cyan,即绿加蓝)黄(Y,yellow,即红加绿)第39页/共93页视网膜中存在三种基本的颜色感知锥细胞反应曲线:分布较宽,互相重叠 第40页/共93页三色混合/匹配:相加配对:C rR+gG+bBR,G,B:三原色r,g,b:比例系数,r+g+b=1 第41页/共93页国际照度委员会CIE设定的彩色R,G,B 第42页/共93页亮度(亮度(Intensity)色调色调(Hue)饱和度饱和度(Saturation)区分颜色的区分颜色的3
10、种基本特性种基本特性色度色度对彩色图像来说,颜色中掺入白色越多,就越亮,掺入黑色越多灰度就越小与混合光谱中主要光波长相联系与一定色调的纯度有关,纯光谱是完全饱和的,随着白光的加入,饱和度逐渐减少彩色可用亮度和色度共同表示第43页/共93页色度图设每种刺激量的比例系数为x,y,z,则有C=xX+yY+zZ 三个色系数 (归一化):第44页/共93页对白光,有X=1,Y=1,Z=1如果每种刺激量的比例系数为x,y,z,则有C=xX+yY+zZ。比例系数x,y,z也称为色系数第45页/共93页色度图:(舌形图)借助于已归一化的三个色系数 x X y Yz=1 (x+y)红色色系数绿色色系数空间能量位
11、置(波长,以nm为单位)第46页/共93页色度图(1)在色度图中每点都对应一种可见的颜色。反过来,任何可见的颜色都在色度图中占据确定的位置(2)在色度图轮廓上的点代表纯颜色,移向中心表示混合的白光增加而纯度减少(3)在色度图中,过C点直线端点的两彩色互补(4)在色度图轮廓上的各点具有不同的色调(5)在色度图中连接任两端点的直线上的各点表示将这两端点所代表的彩色相加可组成的一种新彩色第47页/共93页彩色模型 面向硬设备的彩色模型 面向硬件设备的彩色模型主要有RGB模型、CMY(青、品红、黄)模型和CMYK(青、品红、黄、黑)模型。RGB模型主要用于彩色监视器和彩色视频摄像机;CMYK主要用于彩
12、色打印机。面向视觉感知的彩色模型 以彩色处理为目的的应用 (HSI模型,HSV模型)第48页/共93页面向硬设备的彩色模型RGB模型模型:建立在笛卡儿坐标系统里,其中三个轴分别为R,G,B,模型的空间是个正方体,原点对应黑色,离原点最远的顶点对应白色从黑到白的灰度值分布在从原点到离原点最远顶点间的连线上,而立方体内其余各点对应不同的颜色,可用从原点到该点的矢量表示 第49页/共93页黄黄(255,255,0)(255,255,0)黑黑(0,0,0)(0,0,0)绿绿(0,255,0)(0,255,0)青青(0,255,255)(0,255,255)蓝蓝(0,0,255)(0,0,255)品红品
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