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1、视觉系统原理一．视觉感知:是视觉的内在表象.二．视觉的外在表现----视觉现象(视觉特性)（1）相对视敏函数:（2）对比度的灵敏度和同时对比度:（3）马赫带(MachBands)和视觉系统的调制传输函数MTF（4）视觉的瞬时性质(TemporalPropertiesofVision)（5）彩色视觉特性（6）图象逼真度准则一．视觉感知：是视觉的内在表象视觉低级感知层次：视觉系统从外界获取图象，就是在眼睛视网膜上获得周围世界的光学成象，然后由视觉接收器(杆状体和锥状体在视网膜上作为视觉接收器)，将光图象信息转化为视网膜的神经活动电信息，最后通过视神经纤维，把
2、这些图象信息传送入大脑,由大脑获得图象感知。视觉感知的低级感知层次视网膜上有杆状体和锥状体两类视觉接收器；视杆体(Rods)：细长而薄，数量上约100million，它们提供暗视(ScotopicVision),即在低几个数量级亮度时的视觉响应，其光灵敏度高。视锥体(Cons)：结构上短而粗，数量少,约6.5million，光灵敏度较低，它们提供明视(PhotopicVision)，其响应光亮度范围比视杆体要高5～6个数量级。在中间亮度范围是两种视觉细胞同时起作用。视锥体集中分布在视网膜中心。视觉感知的低级感知层次图1.1眼睛的截面图视觉感知的低级感知层
3、次光图象激活视杆体或视锥体时,发生光电化学反应，同时产生视神经脉冲，视觉系统散布视神经中有80万神经纤维，视觉系统传播视神经脉冲。许许多多的视杆体和视锥体相互连接到神经纤维上。视觉系统的可视波长范围为=350nm～780nm;视觉系统的可响应的亮度范围是:1～或有10个量级的幅度范围。视觉感知的低级感知层次生理学已证实，视网膜中有叁种视锥体，具有不同的光谱特性，峰值吸收分别在光谱的红、绿、兰区域，从实测光谱吸收曲线可以看到视锥体主要对兰光响应，灵敏度相对低。而且，吸收曲线有相当多的部分是相互重叠的。这是三基色原理的生理基础。视觉感知的低级感知层次视觉感知
4、的高级感知层次大脑对视神经纤维传送来的图象信息进行分析和理解，通过图象获得对周围世界感知的信息和知识。人们对大脑的高级感知层次至今知之甚少,仍是生理学、神经科学、生物物理学、生物化学研究的重要课题。生物视觉通路二．视觉的外在表现---视觉现象(视觉特性)图象是周围世界的一种映射,而周围世界是一个能量场,它可以描述为：其中,x,y,z为空间座标,为光波波长,t为时间.而图象是客观世界的一次摄影的结果,是能量场E的一个映射,即:二．视觉的外在表现---视觉现象(视觉特性)对于运动图象,x,y,z都是时间t的函数,若在连续的不同时间获取图象,可以获得序列图象对
5、于按不同波段获取图象,可获得彩色图象或不同波段的图象信号(如遥感图象,医学图象等).对于按不同视角,即不同的x,y,z间相互关系,可以得到不同视角的不同图象.因此,视觉现象包括有视觉对光强,对各种波长、彩色的光谱效应,对物体边缘等空间频率变化的响应,以及视觉对时间瞬时变化运动的响应.（1）相对视敏函数:人眼对不同波长的光有不同的敏感度,不同波长而幅射功率相同的光不仅给人以不同的色彩感觉,而且亮度感觉也不同.设具有光幅射的空间、波长分布的物体的亮度感觉为:为视觉系统的相对视敏函数(Relativeluminousefficiencyfunctionofth
6、eVisionSystem).对于人眼,是钟形曲线，（1）相对视敏函数:视杆体和视锥体的相对视敏曲线有所不同，对视锥体情况，在=555nm时绿光亮度最敏感，对视杆体暗视情况,则=505nm时最敏感。图1.2相对视敏度曲线（2）对比度的灵敏度和同时对比度眼睛对光强的响应是非线性的。一块光强为的小块被背景强度I所包围，则可觉察的差值是I的函数,即对视觉敏感的是对比度，而不是亮度值本身。韦伯定理(Weber’sLaw)：如果一个物体的亮度与其周围背景I有刚刚可觉察得到的差别,则它们的比值是I的函数。其在一定的亮度范围内,近似不变,为常数值0.02，这称为韦伯比
7、。即：(常数)人眼视觉系统对亮度的响应具有对数性质，是单调的非线性系统。实验证明，这一非线性接近的幂指数函数。人眼通过这一对数性质,达到宽达的视觉亮度范围的。（2）对比度的灵敏度和同时对比度图1.3，图象对比度模型（3）马赫带(MachBands)一个物体和它周围的亮度的交互作用,产生一种称为马赫带的效应。这个效应说明视觉的明亮程度并不是亮度的单调函数，例如,灰阶条带图象呈现的明亮视觉感觉沿着条带是不均匀的,在条带过渡部分具有负轮廓的边缘，这就说明了马赫带效应。马赫带效应可以用以估计视觉系统的冲激响应。冲激响应负瓣的出现，称为视觉的侧抑制现象(Later
8、alInhibition)。冲激响应值代表被视杆体和视锥体接收器的相对空间加权值
