第五章 人眼的视觉特性和电视信号

1. 第五章 人眼的视觉特性和电视信号

2. 5.1 人眼的视觉 • 电磁波和人眼 • 视觉心理学 • 视觉特性度量 • 色空间 • 计算机视频基础 • 图像质量评价

3. 5.1.1电磁波和人眼 • 光波是电磁波。电磁波的波长从10-14米（宇宙射线）到1012米（交流电导线辐射），范围很大。光波只是电磁波中很小的一部分。人通过眼睛接收光波，产生视觉。 • 人眼只能感觉从大约380nm到大约780nm波长范围的光波。人眼对光的感觉是视觉系统自身的能力。彩色视觉也是知觉系统的一个功能。

4. 人眼 • 人眼：直径为2.5厘米左右的近似圆球的球体 • 角膜：眼球前部凸起的部分，这是一层隔膜，为保持良好的光学特征，它上面没有血液供应。 • 晶状体：在眼球内部，柔软的。角膜与晶状体一起作用后，可将图像聚焦在玻璃体后部的光敏层上。晶状体的形状可由睫状体肌肉通过悬韧带进行调节，看远处物体时，晶状体被压扁，看近处物体时，晶状体被放松。 • 虹膜：位于晶状体前面的环形隔膜，是从外部看上去眼球有颜色的那一部分。虹膜是眼睛的孔径控制器，其中心开放部位称为瞳孔，虹膜可控制通过瞳孔进入眼球的光量。

5. 人眼横断面示意图 角膜，虹膜，晶状体，玻璃体，视神经 从生理上讲，眼睛可比作一个照相机，因为它们都包含一个暗箱，一端打开让光线进入，还包括一个可变组合镜头，用于将图像聚焦在暗箱后壁的光敏物质是视网膜。

6. 晚上在比较黑暗的地方你看到的景象是什么样的？为什么？晚上在比较黑暗的地方你看到的景象是什么样的？为什么？

7. 视网膜 • 在眼球后部，主要由三层构成 • 柱体细胞和锥体细胞：称为光敏细胞，可将光能转换成神经信号 • 在单个视网膜上约分布有1亿个园柱形的柱体细胞和6百万个球形的锥体细胞 • 锥体细胞只在白天的光线条件下活跃，它使我们能看到无色信息（白、黑和灰，又称为亮度信息）和彩色信息 • 柱体细胞主要在亮度较低的情况下起作用，它只能使我们看到亮度信息 • 我们要从主要集中在黄斑区的视网膜中心区域上的锥体细胞上寻求彩色视觉的机能 • 双极细胞：使柱体细胞与神经元突触连接 • 神经节细胞：形成视觉神经，视觉信号通过视觉神经传送到大脑的视觉处理部位

9. 盲点 Close your right eye and look directly at the number 3. Can you see the yellow spot in your peripheral vision? Now slowly move towards or away from the screen. At some point, the yellow spot will disappear. Note how far you are from the screen when the yellow spot vanishes. Repeat the experiment looking at a larger and then again at a smaller number. Did you notice the difference in distance from the video screen when the spot disappeared?

10. 5.1.2视觉心理学 • 光亮度的知觉 • 彩色视觉 • 视觉暂留与闪烁 • 形状和景深的知觉 • 掩蔽效应

11. 5.1.2.1光亮度的知觉 • 光亮度：即人对光的心理感受程度。 • 光亮度与光强度对应； • 光亮度与光波长和眼的感受能力也有关系。 • 光觉阈 • 人要感知光的存在，必须要有一定量的光进入眼中，这种最小光量叫光觉阈。 • 光的波长、光刺激的持续时间、光刺激的面积，以及光在视网膜上的位置等都能影响光觉阈

12. 5.1.2.1光亮度的知觉 • 光觉阈I与刺激面积A的关系 • A小时满足里克(Ricco)法则： IA = 常数 • A大时满足派伯(Piper)法则： IA1/2 = 常数 • 光觉阈I与刺激时间T的关系 • T值小时：IT = 常数 • T值大时 ：I = 常数

13. 光亮度的知觉 • 辨别阈（I） • 区分明亮度差所需的最小光量度 • 根据当时的光强度I不同而不同 • 随着I的增大，I/I减少；当I大到一定程度时，I/I接近一定值；logI = 0 附近不连续，因为锥体视与杆体视交替的缘故。 • 光辨别阈也受刺激面积与刺激持续时间的影响（公式与光觉阈类似）

14. 亮度相对辨别阈I/I与亮度I的关系

15. 环境影响 • 人在心理上感觉到的光亮度并不单单决定于光的物理量，也受当时地域周围环境状况的影响 • 马赫现象：光亮度与反差的一个典型例子

16. 马赫带(Mach band)

17. 马赫带(Mach band)

19. 5.1.2.2彩色视觉 • 三色视觉 • 太阳光经过一个棱镜后会分解成多色光带，称为光谱。 • 人类具有三个分开的彩色视觉处理，所以属于三色视觉者。

20. 5.1.2.2.1 三色视觉 • 锥体细胞中包含三种光敏化学物质，每一种都在光谱中有一个大的敏感区 • 三个分开但又相互重叠的光化学处理：一个是低频（长波长）处理（对应于红色），一个中频处理（对应于绿色），一个高频处理（对应于蓝色） • 当某个特定频率的光进入视网膜后，就会有选择性地与能够区分频率的组织结构起作用 • 人类具有三个分开的彩色视觉处理，属于三色视觉者

21. 锥体细胞的频率选择效应

22. 互补色 • 互补色(Complementary Colors )：两种相混合能形成白光的色光 • 互补色是彼此之间最不一样的颜色 • 示例：R（红）与C（青），G（绿）与M（品红），B（蓝）与Y（黄）

23. 反相色 • 三个对称组：蓝-黄，红-绿，黑-白，并被称为知觉系统。它们的输出组合构成了色觉。 • 示例：若注视绿色，则它周围就会出现绿红色；当注视黑色，则其周围就会出现白色；当长时间注视蓝色，而再将眼睛移向白色时，就会看到黄色的残留。 • 解释：即被刺激的受信器产生疲劳的时候，若移动视线，则对应的另一方受信器就开始活跃地动作。 • 三原色说与反相色说并不是对立：对视网膜的视细胞来说三原色成立，而在视网膜的输出阶段则反相色说成立。

24. 5.1.2.3视觉暂留与闪烁 • 人眼的视觉有暂留现象。 • 人眼在高亮度下对闪烁的敏感程度高于在低量度的情况。对于高亮度的显像管而言，临界闪烁频率可能达到60Hz至70Hz。 • 视觉暂留现象已被人们巧妙地运用到电影和电视当中，使得本来在时间上和空间都不连续的图像，给人以真实的、连续的感觉。

25. 视觉暂留 1.两盏小灯以缓慢的速率交替点亮和熄灭 2.两盏小灯以以25－40毫秒的时间间隔交替点亮和熄灭

26. 视觉暂留 点击图片 播放视频

27. 5.1.2.4形状和景深的知觉 • 人有几种途径获得视觉深度显示 • 第一类只需一只眼的眼力就可获得，称为单眼视觉深度线索。 • 另一类深度线索依赖于双眼视觉。当我们将视觉集中在视野内的一个物体上时（定位），两只眼睛相互朝对方转动（会聚），以使物体在视网膜上的图像落在每只眼睛的黄斑区。这时眼睛会无意识地调节晶状体的曲度以尽量保证图像清楚，这个过程称为调节。 • 还有一些以调节和会聚为基础的动觉的、非视觉的深度感线索，有时也称为双眼差异或立体镜视觉。

28. Ponzo错觉 Ponzo错觉：由于两条斜线的影响，被夹在中间的两条长度相等的水平线看起来并不一样长

30. Mueller-Lyer Illusion Which is longer, the red line or the blue line? Use a ruler to find out the answer. Select the answer to double check on your result.

31. Perspective Illusion

33. Color Influences Distance Perception

34. Hermann Grid Illusion

35. Horizontal-Vertical Illusion • Which line is longer, the red one or the green one? Use a ruler to find out. You will probably be surprised.

36. "Stabilization" Causes Fading • Look at the upper right figure.This experiment works better if you close one eye. Fixate on the black dot in the center for about 10 - 15 seconds. Pay close attention to what you see. Now do the same thing with the upper left figure.

37. 错觉示例 长度的感知 平行度的感知 图像背景知觉 圆大小的感知

38. 错觉示例

47. 双关图