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1、第2章视觉感知与图像的基本概念本章内容简介视觉感知数字图像的概念与描述图像的数字化数字图像的存储格式灰度直方图22.1视觉感知图像处理的研究需要了解人类视觉机理：人们能够区分的光强度差别有多大？我们眼睛的空间清晰度是多少？对运动的感觉如何?我们估计和比较距离和面积的精度是多少？人类特性视觉的光谱是怎样的?人的视觉中彩色起什么作用？人类是如何获得视觉感知，如何认知周围事物的？人们对于自己视觉机构的生物、生理、物理过程的了解，以及神经、精神方面的了解还处于低级阶段，认识还很不完善，还有很大的局限性。3人眼构造4视杆体与视锥体视网膜上有杆状体和锥状体两类视觉接收
2、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。5视觉感知视觉感知是视觉的内在表象。视觉感知包括两个不同的感知层次：视觉的低级感知层次视觉的高级感知层次6视觉低级感知层次（一）视觉系统从外界获取图像，就是在眼睛视网
3、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），将光图像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，把这些图像信息传送入大脑,由大脑获得图像感知。7视觉低级感知层次（二）光图像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=380nm～780nm;视觉系统的可响应的亮度范围是:1～10个量级的幅度范围。8视觉高级感知层次大脑对视神经纤维传送来的图像信息进行分析和理
4、解，通过图像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。9视觉和视觉感知“视觉是一个信息处理过程。它能从外部世界的图像中得到一个即对观察者有用又不受无关信息干扰的描述。”“视觉感知又是和过去留存于记忆中的同类活动有关，视觉储积起大量的视觉意象。记忆形象可用于对知觉对象的辨认，解释和补充。”使计算机具有人类视觉能力，研究人类的视觉感知，模仿人类的视觉感知，是研究工作的重要途径。10视觉错觉11视觉错觉212视觉特性视觉特性是视觉的外在表现；图像是周围世界的一种映射,对于运动图
5、像,空间座标x,y,z都是时间t的函数,若在连续的不同时间获取图像,可以获得序列图像对于按不同波段获取图像,可获得彩色图像或不同波段的图像信号(如遥感图像,医学图像等).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像.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.13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。视敏函数：描述人眼视敏特性的物理量为视敏函数和相对视敏函数。在相同亮度
6、感觉的条件下，不同波长光辐射功率的倒数用来衡量人眼对各波长光明亮感觉的敏感程度。对于人眼，是钟形曲线。14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2.4相对视敏度曲线对比灵敏度和同时对比度一、对比灵敏度在均匀照度背景I上，有一照度为I+△I的光斑，称眼睛刚好能分辨出的照度差△I与I的比（△I/I）为对比灵敏度；由于背景亮度I增大，△I也需要增大，因此在相当宽的强度范围内，对比灵敏度是一个常数，约等于0.02，这个比值称为韦伯比（Weber比）。亮度很强（弱）时不为常数。
7、16二、同时对比度在相同亮度的刺激下,由于背景亮度不同，人眼所感受到的主观亮度不同，这种效应称为同时对比度。由于同时对比是由亮度差别引起的，故也称为亮度对比。相对应的还有色度对比。如：红色背景下的灰色物体显绿色；1718人类视觉感知能力的特点人类视觉系统在对物体的识别上有特殊强大的功能；但在对灰度、距离和面积的绝对的估计上却有某些欠缺；以传感器单元的数目比较：视网膜包含接近130millions光接收器，这极大的大于CCD片上的传感器单元数；和它每次执行运算的数目比较：和计算机的时钟频率相比，神经处理单元的开关时间将比之大约慢倍；不论这慢的定时和大量的接收
8、器，人类的视觉系统是比计算机视觉系统要强大得多。它能实时分析复杂的
