人的视觉特征

⼈眼视觉特性（HVS）⼈眼视觉特性(⼀)2248671769qq.⼈眼类似于⼀个光学系统，但它不是普通意义上的光学系统，还受到神经系统的调节。

⼈眼观察图像时可以⽤以下⼏个⽅⾯的反应及特性：(1)从空间频率域来看，⼈眼是⼀个低通型线性系统，分辨景物的能⼒是有限的。

由于瞳孔有⼀定的⼏何尺⼨和⼀定的光学像差，视觉细胞有⼀定的⼤⼩，所以⼈眼的分辨率不可能是⽆穷的，HVS对太⾼的频率不敏感。

(2)⼈眼对亮度的响应具有对数⾮线性性质，以达到其亮度的动态围。

由于⼈眼对亮度响应的这种⾮线性，在平均亮度⼤的区域，⼈眼对灰度误差不敏感。

(3)⼈眼对亮度信号的空间分辨率⼤于对⾊度信号的空间分辨率。

(4)由于⼈眼受神经系统的调节，从空间频率的⾓度来说，⼈眼⼜具有带通性线性系统的特性。

由信号分析的理论可知，⼈眼视觉系统对信号进⾏加权求和运算，相当于使信号通过⼀个带通滤波器，结果会使⼈眼产⽣⼀种边缘增强感觉⼀⼀侧抑制效应。

(5)图像的边缘信息对视觉很重要，特别是边缘的位置信息。

⼈眼容易感觉到边缘的位置变化，⽽对于边缘的灰度误差，⼈眼并不敏感。

(6)⼈眼的视觉掩盖效应是⼀种局部效应，受背景照度、纹理复杂性和信号频率的影响。

具有不同局部特性的区域，在保证不被⼈眼察觉的前提下，允许改变的信号强度不同。

⼈眼的视觉特性是⼀个多信道(Multichannel)模型。

或者说，它具有多频信道分解特性(Mutifrequency channel decompositon )。

例如，对⼈眼给定⼀个较长时间的光刺激后，其刺激灵敏度对同样的刺激就降低，但对其它不同频率段的刺激灵敏变却不受影响(此实验可以让⼈眼去观察不同空间频率的正弦光栅来证实)。

视觉模型有多种，例如神经元模型，⿊⽩模型以及彩⾊视觉模型等等，分别反应了⼈眼视觉的不同特性。

Campbell和Robosn由此假设⼈眼的视⽹膜上存在许多独⽴的线性带通滤波器，使图像分解成不同频率段，⽽且不同频率段的带宽很窄。

第一节人眼的视觉特性1、在一般情况下，如有两种光谱成分不同的光，只要三种光敏细胞对它们的感觉相同，则主观彩色感觉（包括亮度和色度）就相同。

2、格拉斯曼定律—复合光的亮度等于各光分量的亮度之和。

3、人眼的视觉范围有一定的限度，明暗感觉是相对的。

4、韦伯-费赫涅尔定律—亮度感觉与亮度L的对数成线性关系。

5、一方面，重现景物的亮度无需等于实际景物的亮度，而只需保持二者的最大亮度与最小亮度的比值不变；另一方面，人眼不能察觉的亮度差别，在重现景物时也无需精确复制出来。

6、人眼分辨景物细节有一极限值，对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节分辨力低。

7、视觉的空间频率响应具有低通滤波器性质。

8、人眼存在视觉惰性—电影、电视放映的生理基础。

临界闪烁频率取决于亮度、亮度变化幅度、观看距离等。

一、人眼的亮度感觉1．人眼的光亮感觉光也是一种电磁辐射，人眼对780～380纳米之间电磁波的刺激有光亮的感觉，故波长在这个范围内的电磁波称为可见光。

2．人眼的彩色感觉人眼对780～380纳米之间的光还有彩色感觉，具体如图1-1所示。

3．人眼的视敏特性人眼对380～780纳米内不同波长的光具有不同的敏感程度，称为人眼的视敏特性。

衡量描述人眼视敏特性的物理量为视敏函数和相对视敏函数。

1）视敏函数在相同亮度感觉的条件下，不同波长上光辐射功率的倒数可以用来衡量人眼对各波长光明亮感觉的敏感程度。

称为视敏函数。

2）相对视敏函数实验表明，人眼对波长为555纳米的光最敏感，因此把任意波长的光的视敏函数与最大视敏函数值K(555)相比的比值称为相对视敏函数，记为：如图1－2所示，左边的曲线是暗视觉曲线，右边的是明视觉曲线。

二、人眼亮度感觉的特性（描述人眼对光亮差别的感觉特性）1．亮度：光源或反射面的明亮程度，亮度的单位为（坎德拉/平方米）。

2．亮度视觉的范围：人眼总的感光范围极其宽广，明视觉的亮度感觉范围为到量级，而暗视觉的感觉范围为千分之几到几个。

人眼视觉特性(一).com人眼类似于一个光学系统，但它不是普通意义上的光学系统，还受到神经系统的调节。

人眼观察图像时可以用以下几个方面的反应及特性：(1)从空间频率域来看，人眼是一个低通型线性系统，分辨景物的能力是有限的。

由于瞳孔有一定的几何尺寸和一定的光学像差，视觉细胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是无穷的，HVS对太高的频率不敏感。

(2)(4)(5)(6)段，一幅当人眼睛的视网膜受到光的刺激时，所引起的色觉经验具有三种心理性向度，即色彩亮度和饱和度。

色彩之不同，取决于光的波长，而亮度的高低则与光的波幅成正比，但也与光的波长有关。

在白天，波长550nm左右的光最亮，而在夜晚，波长510nm左右的光最亮饱和度是指颜色的纯度。

其饱和度越大，其色彩越鲜艳，反之，越灰暗。

1.2人眼对光谱的灵敏度在人眼的视网膜上有两种视觉细胞，即锥状细胞和杆状细胞。

锥状细胞不但可以接受色彩的刺激，还可以感受亮度的刺激。

所以，在白天书画光下，人眼可以同时识别彩色与非彩色的物体，但到了夜间或暗处，锥状细胞即失去感光作用,视觉功能由杆状细胞取代.此时，人眼便无法感觉彩色，仅能辨别白色和灰色。

1.3明视觉暗视觉与中介视觉明视觉在环境亮度大于10cd.m2时,视觉完全由锥状细胞起作用,最的的视觉响应在光谱蓝绿区间的555nm处,在这样亮度的环境中的视觉特性称为明视觉。

暗视觉在环境亮度低于10-2cd.m-2时,锥状细胞失去感光作用,视觉功能由杆状细胞取代,人眼失去感觉彩色的能力，仅能辨别白色和灰色.在这样亮度的环境中的视觉特性称为暗视觉.中介视觉当景物的亮度增加到10-2cd.m-2以上时,除明亮度增加外,还可以发现三个效应。

首先，中心凹的察觉开始变得和边缘部分的察觉一样容易。

其次，可以感觉到颜色，开始时弱，其后增强。

第三，随着亮度的变化，锥状细胞和杆状细胞对视觉的作用也随之发生变化。

1.4明适应暗适应和比视感度480nm较差。

二、人眼的视觉特性.二、人眼的视觉特性任何重现的彩色图像都要由人的眼睛作出评价，所以人眼的特性和局限性决定了彩色电视系统的主要性能。

所以在介绍主要内容之前有必要先了解人眼的视觉特性，以便合理的选择电视系统的基本参数量。

1．人眼的视敏特性与视敏函数视敏特性人眼的视敏特性是指人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度的特性叫视敏特性。

视敏特性常用视敏函数来表示。

⑴视敏函数为确定人眼对不同波长光的敏感程度可作如下实验：用不同光谱的单色光源发光，由“标准观察者”的眼睛观看，当观察者对所有单色光源发出的光获得相同的亮度感觉时，测量此时各不同的单色光源的辐射功率P（λ），显然P（λ）越大，说明人眼对该波长的光越不敏感。

相反，P（λ）越小，说明人眼对该波长的光越敏感。

通常我们用辐射功率的倒数来衡量人眼对波长λ光的敏感程度。

我们把辐射功率的倒数称为视敏函数，即：K（λ）=1/ P（λ）式中：P（λ）为辐射功率K（λ）越大说明人眼对该波长的光越敏感。

⑵相对视敏函数7 通常把任意波长光的视敏函数与最大视敏函数的比值称为相对视敏函数。

在明亮条件下，人眼对555nm黄绿光有最高的灵敏度，故：V（λ）= K（λ）/K（555）=P（555）/ P（λ）在暗视觉条件下，V（λ）= K’（λ）/K’(507)=P’(507)/ P’（λ）⑶相对视敏函数曲线相对视敏函数曲线是根据正常视力的观察者实验统计的结果得到的曲线。

如图1-26 所示。

图1-26 相对视敏曲线由图可知：对于明视觉，当λ=555nm 时（为黄绿光），亮度感觉最大。

对于暗视觉，当λ=507nm 时（为青偏绿），亮度感觉最大。

在电视技术中都是采用明视觉曲线的。

8 明暗视觉曲线为何不重合？这是因为在明、暗两种情况下，是由不同的光敏细胞作用的结果。

在人眼的视网膜上有两种光敏细胞：其一是杆状细胞，其灵敏度高，但只能辨别明亮，不能辨别颜色。

在暗视觉条件下主要是由杆状细胞起作用。