多媒体通信技术图像技术基础

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1、第3章图像技术基础3-1视觉特性视觉灵敏度人眼对不同波长的光所呈现的视觉感知是不同的，而且因人而异。为了了解人眼的视觉特性，因此国际照明委员会（CIE）特推荐标准视度曲线（人眼视觉光谱灵敏度曲线）光度测量参数当描述光源的照明效果时，由于无法直接用辐射光功率来描述，因此实际中是使用两套参数来分别描述辐射光和照明光。前者与人眼的视觉特性无关，而后者则考虑了人眼的视觉特性。辐射功率和辐射强度发光强度、亮度和照度光通量与发光强度亮度与照度彩色视觉和立体视觉彩色的概念在自然界中，当阳光照射到不同的景物上时，所呈现的色彩不同，这是因为不同的景物在太阳光的照射下，反射（或透射）了可见光谱中的不

2、同成分而吸收了其余部分，从而引起人眼的不同彩色视觉。彩色视觉从视觉的角度描述彩色的过程中会用到亮度、色度和饱和度三个术语。亮度表示光的强弱；色度是指彩色的类别，如黄色、绿色、蓝色等；饱和度则代表颜色的深浅程度，如浅紫色、粉红色。色调与饱和度又合称为色度，可见它既表示彩色光的颜色类别，又表示颜色的深浅程度。尽管不同波长的光波所呈现的颜色不同，但我们会经常观察到这样的现象。由适当比例的红光和绿光混合起来，可以产生与黄单色光相同的彩色视觉效果。又如日光也可以由红、绿、蓝三种不同波长的单色光以适当的比例组合而成。实际上自然界中的任何一种颜色都能由这三种单色光混合而成，因而人们称红、绿、蓝

3、为三基色。经过大量的验证测试，人们认识到视网膜上有三种类型的锥状细胞，它们各自的光谱灵敏度曲线立体视觉立体视觉一般分为双眼视觉和单眼视觉。双眼视觉是指双眼同时观看一个空间景物时所形成的立体视觉；单眼视觉是指单眼观看景物时所产生的立体感觉人眼的分辨力与空间频率人眼的分辨力究竟有多高，可用何种方法对其进行描述，一直是人们非常关注的问题。经过长期的研究发现，将人眼等效为一个空间频率滤波器，这样在考虑到分辨力与照度、对比度和噪音等方面影响的同时，便可以利用滤波器的频率特性来表示人眼的分辨力。可见空间频率的概念在图像技术中具有很重要的地位。空间频率时间频率是用单位时间内的某物理量（如电压、

4、电流）周期性变化的次数来定义的，单位为周/秒，其自变量为时间。而空间频率则是某物理量（如亮度、发光强度）在单位空间距离内周期性变化的次数，单位为周/米。人眼的空间频率响应实验研究发现，人眼对不同空间细节的分辨力是变化的，可用视觉空间频率响应曲线表示，如图3-4所示。图中横坐标为空间频率，即单位视角（1°）内所含黑白条数，而纵坐标则表示空间频率的传输特性（MTF）。0.10.31310301.00.3空间频率(线/mm)MTF从图中可以看出，人眼对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节的分辨能力低。例如原有黑白相同的条纹，当它们距人眼一定距离时，仍能分辨出其黑白间的差别，但如果仍保持其条

5、纹间的距离，只是将黑白条纹换成彩色条纹，此时便无法做出分辨。据资料显示，人眼分辨景物彩色细节的能力很差。因此彩色电视系统在传输彩色图像时，细节部分可以不传送彩色信息，而只传送黑白信息，以此来节约传输频带资源。人眼的对比度特性图像的对比度与灰度对比度是指景物或重现图像的最大亮度Lmax与最小亮度Lmin之比，用符号C表示，即而画面的最大亮度与最小亮度之间所能分辨的亮度感觉级数称为亮度层次，也称为灰度。由于人眼的亮度感觉是相对的，即同一亮度在不同的环境亮度下给人的亮度感觉是不同的，因此当人们看电视时，在考虑到环境亮度后，电视图像的对比度为其中为环境亮度。人眼的对比度灵敏度特性亮度感觉

6、在定义亮度时虽然考虑了人眼的光谱灵敏度，但实际观察景物时所获得的亮度感觉，并不仅由景物的亮度决定，而且与其所处的周围环境亮度有关。亮度感觉是指能分辨出不同的亮度层次。人眼视觉的对比度灵敏度人眼区分某一给定空间频率的正弦光栅（如图3-6所示）明暗差别所需的最低对比度，称为分辨这一空间频率的临界对比度，用Cr表示。临界对比度的倒数1/Cr被称为人眼对于这一空间频率对比度灵敏度。由以上定义可知，临界对比度表示人眼在给定的亮度环境下所能区分景物的最小亮度差别，通常称这一最小亮度差别为一个亮度级（或灰度级）。视觉惰性与闪烁的概念视觉惰性当一个景物突然出现在眼前时，需经过一定的时间才能形成一

7、个稳定的主观亮度感觉；同样当一个实际景物从眼前消失后，所看到的印象都不会立即消失，还会暂留一段时间，由此可见人眼亮度感觉的建立与消失都滞后于实际的光刺激，而且此过程是逐步的，这样一种现象就是视觉惰性。闪烁如果观察者观察到一个具有周期性的光脉冲，当其重复频率不够高时，便会产生一明一暗的感觉，这种感觉就是闪烁，但当重复频率足够高时，闪烁感觉将消失，随之看到的是一个恒定的亮点。临界闪烁频率就是指闪烁感觉刚刚消失时的频率。它与脉冲亮度有关，脉冲的亮度越高，临界闪烁频率也相应地增高。3-2