光电成像原理与技术╲t第二章 人眼的视觉特性与图像探测

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1、第二章人眼的视觉特性与图像探测1:06PM1光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测各种光电成像系统或器件都是人类用以改善和扩展视觉性能的辅助工具，人类的眼睛借助这些辅助工具获得人眼不能直接得到的图像信息。1:06PM2光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测§2.1人眼的视觉特性与模型1.人眼的构造1:06PM3光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测人眼的主要组成部分：①由角膜、虹膜、晶状体、睫状体和玻璃体组成的光学系统；②构成人眼视觉关键部分的视网膜—敏感和信号处理部分，带有盲点和黄斑；③信号传输

2、和显示系统的视神经和大脑。复杂多层网格结构的视网膜：与玻璃体相接触的部分，是神经细胞层，神经的末端是神经细胞(细胞元)。光线经光学系统进入视网膜，视网膜中的感光细胞吸收光并发生化学分解作用引起视觉刺激，视觉刺激以电信号形式传输至大脑产生视觉。1:06PM4光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测视网膜的神经细胞：①锥状细胞，具有高分辨力和颜色分辨能力；②杆状细胞：视觉灵敏度比锥状细胞高几千倍，但不能分辨颜色。盲点和黄斑：①盲点部分没有感光细胞，是不感光的盲区，盲区是视网膜上不起视觉作用的区域；②黄斑中心凹处

3、完全没有杆状细胞，具有最高的视觉分辨力，黄斑有问题，则视力也有问题。2.人眼的视觉特性(a)视觉的适应人眼视觉响应随着外界视场亮度的变化可分三类:1:06PM5光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测明视觉响应：人眼适应大于或等于3cd/m2的视场亮度时，视觉由锥状细胞起作用。暗视觉响应：人眼适应小于或等于3×10-5cd/m2的视场亮度时，视觉由杆状细胞起作用。（夜间的灰白）中介视觉响应：视场亮度介于明、暗视觉响应之间时,视觉响应逐渐由锥状细胞转向杆状细胞起作用。当视场亮度发生突变时，人眼的适应主要包括明

4、暗适应和色彩适应。1:06PM6光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测适应过程的调节分两方面：①人眼的明暗视觉适应：在2~8mm之间自动调节瞳孔的大小，改变进入人眼的光通量。A:亮适应：对视场亮度由暗突然到亮的适应，大约需要2~3min；B:暗适应：对视场亮度由亮突然到暗的适应，大约需要45min。②人眼的色彩适应：视细胞感光机制的适应，由视细胞中的视紫红质色素在光的刺激下完成。由于视紫红质色素的产生与消失，达到新的平衡所需要的时间延迟就是色彩适应。1:06PM7光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测

5、(b)人眼的绝对视觉阈所谓人眼的绝对视觉阈，是在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值(用照度表示，单位lx)，在10-9数量级。在一定背景亮度Lb的条件下(10-9~1cd/m2)，人眼能观察到的最小照度Emin约当Lb>16.4cd/m2后产生炫目现象，绝对视觉阈值也迅速提高。炫目亮度L0与像场亮度L的数值关系为：1:06PM8光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测(c)人眼的阈值对比度阈值对比度是指在一定背景下把目标鉴别出来所必须的目标在背景中的衬度(对比度C)。目标在背景中的衬度

6、用对比度C表示：C的倒数成为反衬灵敏度。Wald定律：背景亮度Lb、对比度C和人眼所能探测目标的张角α之间具有的关系式对于小目标α<7’，则x=2，得到Rose定律：1:06PM9光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测人眼的视觉特性与视场亮度、目标对比度和目标大小有关。(d)人眼的光谱灵敏度人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度响应，不同人的眼睛，对波长灵敏度响应也有差异。在可见光区域内，任意波长与555nm波长处的辐射功率之比称为光谱灵敏度，其构成的曲线就称为光谱响应曲线。512555λ/nm暗视觉明视觉φ

7、1:06PM10光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测(e)人眼的分辨力眼睛的分辨力（视力）：人眼极限分辨角θ的倒数称为人眼的分辨力，θ是人眼能区分亮发光点的最小角距离。影响眼睛分辨力的因素：内因：与眼睛的构造有关；外因：决定于目标的亮度与对比度；人眼会随外界条件(背景亮度、对比度)的不同自动进行适应，从而有不同的极限分辨角。表2-3。照度变化对分辨力也有很大影响，不同照度下其分辨角也不一样。实际工作中，人眼的分辨角可按经验公式估算：1:06PM11光电成像原理第二章人眼的视觉特性与图像探测(f)视觉系统

8、的调制传递函数MTF视觉系统的MTF由眼球光学系统、视网膜等各部分是MTF的乘积构成，图2-9。人眼的分辨力表征了眼睛分辨两点或两线的能力，但是没有普遍性，有局限。引进光学调制传递函数来表征人眼图像传递和复现的性能。MTF评价视觉特性的优点：MTF曲线可推断由单纯视力测定难以了解的视觉功能；对视网膜、信息处理系统的特性做统一的数学处理；按MTF推断各种图像的像质特性、知觉特性；用激光干涉技术，把眼球