数字视频处理第1页，共39页，星期日，2025年，2月5日2.1视觉特性人类视觉系统(HVS)是人类获取外界图像、视频信息的工具。光辐射刺激人眼时，将会引起复杂的生理和心理变化，这种感觉就是视觉。视觉是人类最重要、同时也是最完美的感知手段，研究人的视觉特性对于进行视频处理具有重要的指导意义，研究包括光学、色度学、视觉生理学、视觉心理学、解剖学、神经科学和认知科学等许多科学领域第2页，共39页，星期日，2025年，2月5日2.1.1视觉形成晶状体：调节焦距视网膜：由大量的光敏细胞和神经纤维组成光敏细胞包括：1）锥状细胞：主要在明亮环境起作用2）杆状细胞：主要在黑暗环境起作用第3页，共39页，星期日，2025年，2月5日视觉形成视觉是由眼球接收外界光刺激，通过视神经、大脑中的视觉中枢的共同活动来完成的：外界物体发出或反射的光线，从角膜、瞳孔进入眼球，穿过如放大镜的晶状体，使光线聚焦在眼底的视网膜上，形成物体的像第4页，共39页，星期日，2025年，2月5日视觉形成图像刺激视网膜上的光敏细胞，产生神经冲动，沿着视神经传到大脑的视觉中枢，在那里进行分析和整理，产生具有形态、大小、明暗、色彩和运动的视觉由于晶状体的凸度可以由睫状肌调节，因此在一定范围内，不同远近的物体，都可以形成清晰的图像落在视网膜上第5页，共39页，星期日，2025年，2月5日视觉形成光敏细胞杆状细胞：能帮助我们看到较暗环境下的景物，但只能分辨出景物的明亮程度，不能分辨出其色度锥状细胞：既能分辨出景物的明亮程度，又能分辨出其色度总的来说，人眼对亮度的敏感程度比对色度的敏感程度高图像可以由亮度（明亮程度）和色度（色彩）共同表示第6页，共39页，星期日，2025年，2月5日视觉形成人既有杆状细胞，又有锥状细胞，所以白天晚上均可以分辨物体猫头鹰只有杆状细胞，没有锥状细胞，所以它在夜间视觉敏锐，一到白天就什么也看不见，它也不能感觉色彩，是个十足的色盲与猫头鹰相反，鸽子和鸡却只有锥状细胞，没有杆状细胞，所以是天生的夜盲第7页，共39页，星期日，2025年，2月5日2.1.2人的视觉特性第8页，共39页，星期日，2025年，2月5日明视觉/暗视觉明视觉也称为日间视觉，是指人眼白天对各种波长的光的敏感程度暗视觉也称为夜间视觉，是人眼在夜晚或微弱光线下对光的敏感程度第9页，共39页，星期日，2025年，2月5日视敏度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在产生相同亮度感觉的情况下，测出各种波长光的辐射功率P(λ)P(λ)的倒数可用来衡量视觉对波长为λ的光的敏感程度，即视敏度，用K(λ)表示第10页，共39页，星期日，2025年，2月5日相对视敏度实测表明，在明视觉条件下人眼对波长555nm的光（黄绿光）有最大视敏度Km=K(555)明视觉相对视敏度：任意波长光的视敏度K(λ)与Km之比暗视觉条件下人眼对波长为510nm的光（蓝绿光）亮度最敏感（最大视敏度）第11页，共39页，星期日，2025年，2月5日杆状细胞对短波成分更敏感锥状细胞对长波成分更敏感相对视频度第12页，共39页，星期日，2025年，2月5日相对视敏度相对视敏函数曲线表明，要使人眼产生相同的亮度感觉，不同波长的光必须施以不同的照明功率；反之，在受到完全相同的辐射功率的刺激时，人眼对不同波长的光的亮度感觉是不同的第13页，共39页，星期日，2025年，2月5日视亮度亮度是辐射光或反射光的强度，即光的能量人眼的亮度感觉（视亮度）是一个主观量，它不仅取决于景物给出的亮度值，而且还与人眼对周围环境的平均亮度的适应特性有关第14页，共39页，星期日，2025年，2月5日视亮度和亮度的关系1如果一个物体的亮度I+△I与其周围背景I有刚刚可觉察的差别（最小可觉差）,则△I和I的比值是在一定的亮度范围内近似不变：II+?I人眼不能察觉的亮度差别，在重现景象上也无需精确复制出来第15页，共39页，星期日，2025年，2月5日视亮度和亮度的关系2两种光敏细胞的感觉不同当眼睛适应于不同平均亮度时，其亮度视觉范围不同同一亮度在不同条件下对人眼可引起不同的视亮度第16页，共39页，星期日，2025年，2月5日对比效应亮度对比效应——人眼对亮暗程度所形成的“黑”、“白”感觉具有相对性第17页，共39页，星期日，2025年，2月5日对比效应重现景物的亮度范围无需与实际景物的相等，只需保持与环境亮度间的对比度（相对亮度）相同就能给人以真实的感觉