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1、数字图像处理基础 第2章 图像、图像系统与视觉系统 （第三部分）,2.7.1 刺激强度与感觉的关系,关于刺激光的强度和颜色的感觉，由于在较暗的情况下只有杆状体起作用，所以此时并没有颜色感觉。亮度达到 时锥状体才起作用，也就是亮度达到所谓微明视觉的水平时才有色觉。,2.7.2 亮度适应和颜色适应,从较亮的场所到较暗的场所时，很难马上看到东西，相反，从较暗的场所到较亮的场所，也看不东西。一般把眼睛的状态适应明暗条件的变化叫亮度适应。从亮到暗的变化叫暗适应；从暗向亮的变化叫亮适应。一般亮适应时间较短，暗适应较长。,与亮度适应相区别，随着光的分布而变化，眼睛有对颜色刺激灵敏度变化的性质。例如，用强红光
2、刺激眼睛后看本来是黄色的物体却是绿色的。这种依赖光分布的视觉灵敏度现象叫色适应。,2.7.3 亮度对比和颜色对比,一般情况，在相同亮度的刺激下，背景亮度不同所感觉到的明暗程度也不同。圆环的亮度是一样的，但是，由于左右两边的背景不同，看到的圆环两边的明暗程度也不一样，背景暗会觉得圆环亮一些；背景亮会感觉圆环较暗。在观察颜色的场合也一样，在图形的色度一样，但背景颜色不一样时，感觉到的图形的色度也不一样。,刺激的亮度和色度受周围背景的影响而使其产生不同感觉的现象叫同时对比现象。这里包括亮度对比和颜色对比。另外，在二个刺激相继出现的场合，后续刺激的感觉受到先行刺激的影响，这种现象叫相继对比。,亮度的恒
3、定性：物理亮度在变化而感觉却有保持一定的倾向叫亮度的恒定性。 如：白纸； 煤山和雪山 颜色恒定性： 在照明光的颜色稍微改变的场合，我们感觉白纸仍然是白纸。这一类照明光改变但感觉到物体颜色能稍微保持一定的倾向叫颜色的恒定性。这些恒定性与亮度和颜色的适应性与对比因素有关，同时也与材质有关。,2.7.4 颜色感觉与刺激面积的关系,对于一个色觉正常的人来说，颜色刺激面积非常小时就不能识别颜色了，这种色觉异常状态叫第三色盲。米德尔顿(Middleton)和霍姆斯(Holmes)曾用视角为 2 和 1 的目标研究了色度变化的感觉。,2.7.5 主观颜色,如图240所示的黑白圆板。当它旋转时，我们将看到色度
4、较低的颜色。因为这个现象不能用刺激光的分光特性来预测，所以叫主观色。当模型板缓慢旋转时，会看到a、b、c、d位置上的不同颜色。,图240 贝纳姆（Benham）模型,2.7.6 记忆色 我们经常接触的物体，对它的特有的颜色会有记忆，这就是记忆色的概念。例如人的皮肤颜色，草木的颜色等很容易从颜色样本中选出来，这是人人都有的视觉倾向。,但是，一般来说记忆色与实际颜色并不一样，记忆色的色度和亮度比实际颜色都要高。记忆色与理想颜色的再现关系密切，无论在彩色电视技术上还是绘画上都受到广泛的关注。,2.7.7 进入色、后退色、膨胀色、收缩色,使你有拉近距离的颜色叫进入色，它有较长的波长 有推远距离感觉的颜
5、色叫后退色，它有较短的波长。,使我们有物体变大的感觉，这叫膨胀色。 有的会有缩小的感觉，这叫收缩色。 这些特性又与亮度有关。亮度高的黄色有增大的感觉，亮度低的蓝色有缩小的感觉，除此之外，还有所谓的暖色、冷色等等。,2. 8 视觉的空间性质,2.8.1、视力,视力是指人眼分辨物体细微部分的能力。眼睛的视野是较广的。一般以视线为中心向鼻子一侧大约为65，向耳朵一侧约为100104，向上约65，向下约75这样一个范围。在这样宽的视野范围内，视力最好的那一部分仅仅在视线附近，也就是只在视网膜中央凹上。在中央凹周围视力则急剧下降。,根据不同的测试条件测得的视力值也不同。根据国际标准，通常采用所谓的兰多尔
6、特(Landolt)环来测定视力值。测试条件如下：视距为5m，照度为500lx，环的开口缝隙则刚好使视角为 1 。当刚好勉强能分辨得开时，这种情况下的视力为1.0。,图 251 视力为1.0时的兰多尔特环,如果使缝隙为上述的 1/2 时，那么在其他条件相同时视力为2.0。在视角范围内或者说在视网膜的各个部分上视力是不同的。在较暗的场合，因为锥状体不起作用，杆状体密度较高的中央凹附近视力相对的变高。,眼睛的光学系统对视力也有影响。瞳孔较大时，视力变低，但是在极端情况下，瞳孔很小时视力也要下降。,一般情况下，视距在1m以下时视距越小则视力降低越显著。此外，当背景用黑色，测试标为白色时，在某一对比度
7、的场合由于光渗作用视力也会降低。特别是测试标在运动的情况下，运动速度越快则视力越低。,图 252 测试运动速度对视力的影响,2.8.2 视觉的空间频率特性,眼球光学系统具有低通特性,2.9 视觉的时间特性,2.9.4 眼球运动和视觉的关系 视网膜上的视觉细胞大约有亿多个，从眼睛出来的神经末稍不超过万个。黄斑处的锥状细胞大约有万千个，其中每个细胞都有独立的神经末稍通往大脑。黄斑以外的部分则是几个杆状体接到一个神经末稍上。,因此，视力最好的部分只限于黄斑附近。在视野的大部分只能看到一个模糊的像。但是，实际上我们却总能看到一个清楚的像，这主要归功于眼球的自由运动机能。,不仅在实际物体运动和观察者运动
8、时有运动的感觉，而且实际上物体不运动而其他条件在运动的条件下也有运动的感觉。在心理学上把实际物体或观察者运动产生的运动感觉叫做实际运动，不是这种情况下产生的运动感觉叫假象运动、诱导运动、自动运动及残像等。,2.10 运动的感觉,诱导运动就是由于静止物体的周围物体运动的影响而感觉它在运动的现象。如在流动着的云中看月亮时，倒觉得好象是月亮在移动，而云反而似乎是静止的。,自动运动就是当我们在黑暗的室内凝视一发光小点，会感到小光点在运动的现象。 运动残像当我们凝视飞落的瀑布时，在视线离开瀑布移向另外方向，会看到静止物体似乎在向着瀑布落下相反的方向运动。,. 实际运动,物体运动或观察者本身运动产生的运动
9、感觉并没有特别的区别。为了感知物体运动，运动的速度和运动的偏移量必须大于某一数值，但速度过大也不会有运动的感觉。各种情况下的界限值叫做速度门限、运动距离门限和速度极限。,在速度变化或者二个运动物体有速度差的情况下，能感觉到运动的最小速度差叫做速度辨别门限。速度辨别门限与测试目标大小、背景情况及明暗条件有关。运动距离门限用视角来表示，其最小值约820。,例如，视线跟踪物体与视线固定两种情况后者感觉快；如果物体的形状在运动方向上较长和与运动方向相垂直的方向上较长的两物体以相同速度运动，会感觉前者速度快；大物体和小物体相比，当它们以相等的速度运动时，我们会感到大物体运动速度较慢。,.假象运动,一般把
10、静止的光刺激的交替发生而产生运动的感觉叫假象运动。例如，把两个红灯泡一个点亮，一个关掉这样反复切换，会感到好象一个点亮的红灯泡在往复运动。,假象运动如果加进图形因素，运动方向就会受到显著影响。如果和的刺激图形交替的出现和消失，就会感到图形在以为轴作立体旋转运动（如同翻书一样的运动）,当虚线图形和实线图形交替出现时会产生逆时针方向运动的感觉而绝不会出现相反的运动的感觉。,. 残像 光刺激移去后而残留的感觉叫残像。残象形成直到消灭的经过是复杂的。白色光刺激的痕迹一般是明像和暗像交替出现，徐徐消灭。有色光刺激后是刺激光的颜色和它的补色相近的色交替出现徐徐消灭。残像主要是由视觉细胞的光化学反应引起的。
11、,2.11 形状感觉与错视,视觉系统所感觉到的物体的形状并不是简单的投影到视网膜上的原封不动的形状。对形状的感觉受到物体自身形状及周围背景的影响。这类影响是多种多样的，有神经系统引起的错视现象也有心理因素的作用。,在研究心理学的作用方面格斯特尔特（Gestalt）学派曾作出了较大的贡献。比如沃梯默(Wertheimer)提出，当出示几个图形时，互相接近的人之间对图形的感觉比较容易取得一致的看法，这里就包括有心理上的诱导作用，他把这种现象叫做群化法则。,另一个关系到心理因素的重要问题是图形和背景的关系问题。例如，看到下面图形时，首先感觉到的是图形还是背景呢？通过研究发现，对图形和背景的感觉与观察
12、者的经验、态度、明暗差别以及面积的比例等各种因素都有关系。,几个著名的几何学的错视图形的例子： (a)本是两条相等的线段，由于两端加了不同方向的图形使我们感觉下边的一条线段较长； (b)使我们看到斜线是错位的；,(c)中原本是二条平行的直线，可给我们的感觉却是二根弯曲的线； (d)本来是互相平行的三条线，可我们看到的却是不平行的了；,(e)中左边和右边两图中央的圆是相同的，但我们都觉得右边的要大。所有这些均是由错视造成的。,视觉对大小形状的感觉也有时间因素的影响。,当视网膜受到刺激时，并不是只有刺激部位相对应的神经 系统产生反应，而是对其周围也有影响，这种影响可以看 成是由某种场引起的，称为诱导场。,
