1、第三章 图像处理的基本概念第三章 图像处理的基本概念 1 人眼的视觉原理2 颜色基础3 图像模型4 图像数字化5 灰度直方图6 图像处理算法形式7 图像的数据结构及特征第三章 图像处理的基本概念1 人眼的视觉原理1.1 人眼的构造1.2 图像的形成1.3 视觉范围和分辨力1.4 视觉适应性和对比灵敏度1.5 亮度感觉1.6 马赫带效应1.7 视觉模型 第三章 图像处理的基本概念1.1 人眼的构造 外层由 角膜 和 巩膜 组成。角膜是光线的入口。巩膜保护整个眼球。 中间层虹膜 和 脉络膜 组成。虹膜中的瞳孔用来控制进入眼睛的光通量大小。人种不同，其颜色也各异。瞳孔后面的水晶体如同一个变焦距透镜，
2、使景像始终聚焦于黄斑区。 内层视网膜 。其表面有大量的感光细胞。这些感光细胞按照形状分为可以两类： 锥状细胞 和 杆状细胞 。 第三章 图像处理的基本概念锥状细胞 每只眼睛中大约有 600万到 700万个锥状细胞，集中分布在视轴和视网膜相交点附近的黄斑区内。每个锥状细胞都连接一个神经末梢，因此，黄斑区对光有较高的分辨力，能充分识别图像的细节。 锥状细胞既可以分辨光的强弱，也可以辨别色彩 。白天视觉过程主要靠锥状细胞来完成，所以锥状机觉又称 白昼视觉 。按感光化学特性，锥状细胞有三种，它们分别对红、绿、蓝颜色敏感，因此红绿蓝称为人类视觉的三基色。三种锥状细胞的光谱敏感曲线如下：第三章 图像处理的
3、基本概念杆状细胞 每只眼睛大约有 7600万个到 15000万个杆状细胞。它广泛分布在整个视网膜表面上，并且有若干个杆状细胞同时连接在一根神经上，因此，这条神经只能感受多个杆状细胞的平均光刺激，使得在这些区域的视觉分辨力显著下降，无法辨别图像中的细微差别，而只能感知视野中景物的总的形象。 杆状细胞不能感觉彩色 ，但对低照明度的景物柱往比较敏感，所以，夜晚所观察到的景物只有黑白、浓淡之分，而看不清它们的颜色差别。由于夜晚的视觉过程主要由杆状细胞完成，所以杆状视觉又称 夜视觉 。 第三章 图像处理的基本概念1.2 图像的形成 人眼在观察景物时，光线通过角膜、前室水状液、水晶体、后室玻璃体，成像在视
4、网膜的黄斑区周围。视网膜上的光敏细胞感受到强弱不同的光刺激，产生强度不同的电脉冲，并经神经纤维传送到视神经中枢，由于不同位置的光敏细胞产生了和该处光的强弱成比例的电脉冲，所以，大脑中便形成了一幅景物的感觉。 第三章 图像处理的基本概念1.3 视觉范围和分辨力 视觉范围人眼所能感觉到的亮度范围，从 10-4cd/m2到 104cd/m2。注： cd 坎德拉，光通量。人眼并不能同时感受这样宽的亮度范围。事实上，在人眼适应了某一平均的亮度环境以后，它所能感受的亮度范围要小得多。当平均亮度适中时，能分辨的亮度上、下限之比为 1000： 1。而当平均亮度较低时，该比值只有 10:1。即使是客观上相同的亮
5、度，当平均亮度不同时，主观感觉的亮度也不相同。人眼的明暗感觉是相对的，但由于人眼能适应的平均亮度范围很宽，所以总的视觉范围很宽。 第三章 图像处理的基本概念分辨力人眼的分辨力是指 人眼在一定距离上能区分开相邻两点的能力 ，可以用能区分开的最小视角 的倒数来描述，如下图所示：上图中， d表示能区分的两点间的最小距离， l为眼睛和这两点连线的垂直距离。人眼分辨力和环境照度、被观察对象的相对对比度等因素有关。 第三章 图像处理的基本概念1.4 视觉适应性和对比灵敏度 暗适应性从亮环境进入暗环境的适应能力，约为 30s。 人眼之所以有暗适应性，原因有二：一是暗环境中瞳孔放大 ,进入眼睛的光通量增加；二是杆状细胞代替了锥状细胞工作，杆状细胞对低照度景 物 更为敏感。亮适应性只有几秒钟。原因在于锥状细胞的恢复时间远少于杆状细胞。人眼的亮度适应性是人眼通过改变其整个灵敏度来实现的。图像对比度 C1： 图像中最大亮度 Bmax与最小亮度 Bmin之比： 相对对比度第三章 图像处理的基本概念1.5 亮度感觉 人眼对亮度差别的感觉取决于相对亮度的变化。 令 S为亮度感觉的变化 ， B为亮度变化 ，则：积分后得亮度感觉为： 上式表明 亮度感觉与亮度的自然对数成线性关系 。下图表示了主观感觉同亮度 的关系曲线。实线表示人眼能感觉的亮度范围。
