數(shù)字圖像處理DigitalImageProcessing2.1圖像視覺系統(tǒng)2.2常用輸入/輸出設(shè)備2第二章圖象視覺系統(tǒng)與圖像采集系統(tǒng)2.1.1人眼的視覺原理2.1.2光覺和色覺2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.1人眼的視覺原理整體視覺過程視覺＝“視”＋“覺” 人工智能—深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立馬克思哲學(xué)中物質(zhì)是第一性原理：光的產(chǎn)生和圖像的形成是物質(zhì)的；但對圖像的評價卻是意識的。思考的終極問題：第一性原理物質(zhì)決定意識？還是意識決定物質(zhì)？2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.1人眼的視覺原理400nm700nm紫外光紅外光可見光區(qū)546.1nm435.8nm780nm光的本質(zhì)宇宙之間存在著電磁波，迄今為止發(fā)現(xiàn)的最短的電磁波是10-12nm，最長的波長是108nm。光是能量的一種形式,是一種電磁輻射能。我們?nèi)庋鬯芸吹墓饩€稱為可見光。光波長在380~780納米之間,即用三棱鏡分解太陽光形成的光譜,紅色光的波長最長,紫色光的波長最短視物理學(xué)：光是一種電磁輻射能量—電磁波10-14nm108nm波長可見光2.1.2視覺系統(tǒng)的構(gòu)成

1.人眼的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖2-2人眼的結(jié)構(gòu)示意圖視錐細胞和視桿細胞：視錐細胞：數(shù)量少，對顏色很敏感，錐細胞視覺：明視覺或亮光視覺視桿細胞：數(shù)量多，分辨率比較低,不感受顏色并對低照度較敏感,柱細胞視覺：暗視覺問題:在陽光下鮮艷的彩色物體在月光下變得無色？視2.1.2視覺系統(tǒng)的構(gòu)成

2.眼睛中圖像的形成15/100=2.55/17視2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺

覺兩個色塊亮度一樣嗎？亮度相同

亮度相同同時對比現(xiàn)象中間的灰色塊哪一個更亮？2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺同時對比現(xiàn)象：所有的中心方塊有同樣的亮度，但當(dāng)背景變亮?xí)r，感覺它們就逐漸變暗。證明感覺亮度不是簡單的強度函數(shù)。覺主觀亮度感覺函數(shù)定義：意識的主觀能動性

亮度感覺不是僅由光源的照度決定視力敏感性曲線綠2.1圖像視覺系統(tǒng)感覺亮度：馬赫帶效應(yīng)

1865年首先描述視覺系統(tǒng)傾向不同強度區(qū)域邊界周圍的”欠調(diào)”或”過調(diào)”2.1.2光覺和色覺診斷結(jié)果：足正位，第五近節(jié)趾骨顯示透亮線疑似馬赫帶效應(yīng)（紅圈紅色箭頭），骨折不除外?！端锬局狻?，沙紋迎光面明亮，背光面暗，產(chǎn)生強烈視覺沖擊力，第十八屆全國攝影藝術(shù)展中獲得銀牌。覺2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺圖像成像模型2-D亮度函數(shù)：f(x,y)（一幅場景圖像）圖像的灰度值，一定不為零且為有限值(1)入射到可見場景上的光量(2)場景中目標(biāo)對入射光反射的比率照度成分i(x,y)和反射成分r(x,y)i(x,y)的值是由光源決定的r(x,y)的值是由場景中的目標(biāo)特性所決定的典型物質(zhì)的典型反射系數(shù)：黑天鵝絨---0.01不銹鋼---0.65白色墻

---0.80鍍銀金屬---0.90白雪

---0.98典型的光照強度：晴朗的日子：太陽在地球表面造成的照度為

9000英尺-燭光（英制單位）或96840勒克司或96840流明/平方米天空有云時：太陽在地球表面造成的照度為

1000英尺-燭光或10760流明/平方米或10760勒克晴天的夜晚：而且是滿月的情況下地球表面的照度為：0.01英尺-燭光=0.1076勒克司

一般房間照明充分的室內(nèi)照度：大約為100英尺-燭光=1076勒克司2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺視覺系統(tǒng)的色覺：色覺簡單來講就是色彩感覺，是人的顏色視覺特性。色覺是受大腦支配的一種感覺機能，是人類認識顏色和辨別顏色的能力。色覺并不是客觀存在的，它不僅與物體本身的顏色特性有關(guān)，而且還受時間、空間、周圍環(huán)境的影響。一個正常色覺必須同時具備4個條件時才能實現(xiàn)：1)光源、2)物體、3)眼睛、4)大腦。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺生理學(xué)已證實，視網(wǎng)膜中有三種視錐體，具有不同的光譜特性，峰值吸收分別在光譜的紅、綠、藍區(qū)域，而且，吸收曲線有相當(dāng)多的部分是相互重疊的。這是三基色原理的生理基礎(chǔ)。色光三原色三種視錐體細胞色光三原色實驗證明，自然界幾乎所有的顏色都可以根據(jù)紅、藍、綠3種成分的不同比例來再現(xiàn)。所以在色彩學(xué)上，我們把紅、藍、綠稱為色光三原色。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺色彩的錯覺：是受心理因素—知覺活動的影響，而產(chǎn)生的一種錯誤的色彩感應(yīng)現(xiàn)象法國國旗寬度比例紅：白：藍=33：30：37紅白藍寬度一樣嗎？中間區(qū)域面積一樣嗎？前后一致嗎面積相同前后一致意識的主觀能動性色彩膨脹和收縮2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺色的膨脹,收縮感生活的經(jīng)驗告訴人們明亮的色看上去面積大些，暗淡的色看上去面積小些；亮而大的物體看上去近些，暗而小的物體看上去遠些。比較兩個顏色一黑一白而體積相等的正方形可以發(fā)現(xiàn)有趣的現(xiàn)象，即大小相等的正方形，由于各自的表面色彩相異，能夠斌予人不同的面積感覺。白色正方形似乎較黑色正方形的面積大。這種因心理因素導(dǎo)致的物體表面面積大于實際面積的現(xiàn)象稱“色彩的膨脹性”。反之稱“色彩的收縮性”。給人一種膨脹或收縮感覺的色彩分別稱‘膨脹色”、“收縮色”。色彩的脹縮與色調(diào)密切相關(guān)，暖色屬膨脹色，冷色屬收縮色。

同時對比規(guī)律亮色與暗色相鄰，亮更亮，暗更暗。灰與艷并置，灰更灰，艷更艷。冷于暖并置，冷更冷，暖更暖。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺2.1圖像視覺系統(tǒng)1.視覺范圍和亮度適應(yīng)力視覺范圍視覺范圍:是指人眼所能感覺到的亮度范圍總體范圍大：從暗視覺門限到眩目極限之間的范圍

1010量級具體范圍?。阂话惴秶?02量級暗視覺門限眩目極限當(dāng)場景亮度發(fā)生改變時，人眼要穩(wěn)定到突變后的正常視覺狀態(tài)需要經(jīng)歷一段時間，這種特性稱為適應(yīng)，適應(yīng)主要包括明暗適應(yīng)和色彩適應(yīng)兩種情況，適應(yīng)由兩個方面來調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)瞳孔的大小，改變進入人眼的光通量視覺細胞感光機制的適應(yīng)。亮度適應(yīng)力2.1.4視覺的特性2.1圖像視覺系統(tǒng)1.視覺范圍和亮度適應(yīng)力2.1.4視覺的特性當(dāng)我們從陽光燦爛的室外走入室內(nèi)的瞬間，會感到一片漆黑，但稍過片刻，視覺便會逐漸恢復(fù)，這種人眼適應(yīng)暗環(huán)境的能力稱為暗適應(yīng)性，通常這種適應(yīng)過程需要10?30s當(dāng)從黑暗的房間進入明亮的大廳時，人眼具有明適應(yīng)性。與暗適應(yīng)性相比，明適應(yīng)性過程要快得多，通常只需1?2s.這是因為視錐細胞恢復(fù)工作所需的時間要比視桿細胞少得多。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.視覺運動特性2.1.4視覺的特性當(dāng)快速運動物體從眼前通過時，人眼只能有個粗略輪廓，而很難看到其細節(jié)。只有當(dāng)物體細節(jié)大小、明暗對比度以及在人眼中呈現(xiàn)時間長短都比較合適時，才能對物體細節(jié)有個清楚的認識。當(dāng)作用于人眼的光突然消失后，亮度感覺并不立即消失，也需要經(jīng)過一段時間的過渡過程（視覺殘留現(xiàn)象，白天約為0.02秒，夜晚約為0.2秒）。

一般將人眼亮度感覺變化滯后于實際亮度變化，以及視覺暫留特性，總稱為視覺惰性。視覺惰性是人眼的重要特性之一，它描述了主觀亮度與光作用時間的關(guān)系。與視覺惰性緊密聯(lián)系的還有臨界閃爍頻率，它是指剛好不引起閃爍感覺的最低頻率。

如果光脈沖頻率不高，會使人眼產(chǎn)生一明一暗的閃爍感覺，長期觀看容易疲勞。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.視覺運動特性2.1.4視覺的特性一般在電影播放中每秒放24幅固定的畫面，電視每秒傳送25～30幅圖像，就可以使人眼感覺為連續(xù)活動的圖像。

2.1圖像視覺系統(tǒng)2.視覺運動特性2.1.4視覺的特性人在觀察景象時注視點喜歡集中在圖像中有特點區(qū)域（1）注視點主要集中在圖像黑白交界的部分,尤其集中在拐角處；（2）用閉合的圖形進行試驗，注視點容易向圖形內(nèi)側(cè)移動；（3）注視點容易集中在時隱時現(xiàn)、運動變化的部分；（4）圖像中若存在一些特別的不規(guī)則處，也是注視點容易集中的地方。2.1圖像視覺系統(tǒng)3.視覺空間錯覺和假輪廓錯覺是在特定條件下對客觀事物產(chǎn)生的一種不正確的、歪曲的知覺(b)(c)(d)(e)(f)(a)(i)(h)(g)