第二章视觉模型和图像基础 o CHAPTER 2 VISUAL MODEL oand Image §1图像生成原理 §2视觉模型 §3图像基础 版权所有,1997(c) Dale Carnegie& Associates,nc
第二章 视觉模型和图像基础 版权所有， 1997 (c) Dale Carnegie & Associates, Inc. •CHAPTER 2 VISUAL MODEL •and IMAGE •§1 图像生成原理 •§2 视觉模型 •§3 图像基础
§2.1图像生成原理 物体图像是可见光刺激人的视网膜引起的视觉感受; 人眼结构:视网膜表面分布着许多光接受细胞;分为锥细胞和柱细胞两 大类。 锥细胞:约700万个,对颜色很敏感,锥细胞视觉称为明视觉或亮光视觉 柱细胞:约1亿4000万个,分辨率比较低,对低照度较敏感,它们不感受 颜色,主要提供视野的整体视像,柱细胞视觉称为暗视觉或微光视觉; 视网膜中心可看作1.5mm*1.5mm的方形传感器矩阵;(模拟人眼) 原理包括:光的物理过程、 人对视觉刺激的反应两方面; 光源的辐射度量光度学、色度学
§2.1 图像生成原理 物体图像是可见光刺激人的视网膜引起的视觉感受； 人眼结构：视网膜表面分布着许多光接受细胞；分为锥细胞和柱细胞两 大类。 锥细胞：约700万个，对颜色很敏感，锥细胞视觉称为明视觉或亮光视觉； 柱细胞：约1亿4000万个，分辨率比较低，对低照度较敏感，它们不感受 颜色，主要提供视野的整体视像，柱细胞视觉称为暗视觉或微光视觉； 视网膜中心可看作1.5mm* 1.5mm的方形传感器矩阵；（模拟人眼） 原理包括：光的物理过程、 人对视觉刺激的反应两方面； 光源的辐射度量 光度学、色度学
§2.1.1光源的辐射度量 可见光 1.波长:波长从350nm(毫微米)-780nm 人由可见光而引起视觉,看到图像,感受到大千世界。 2.光函数:用光函数C(x,yt)表示可见光,为一连续函数 y为空间分布(坐标); t为时间分布 为波长 即图像源是能量在空间和时间上的分布; 3.人眼及各种传感器接受到的图像信息为: F;(xy:t)=jc(xytλ)S1(λ)d入 第个传感器的输出 第i个传感器的光谱特性 不同的传感器对不同的波段敏感,多种传感器可以综合采集得 到同一景物在不同波谱上辐射能量所成的像
§2.1.1 光源的辐射度量 一、可见光 1. 波长：波长从350nm（毫微米）-780nm。 人由可见光而引起视觉，看到图像，感受到大千世界。 2. 光函数：用光函数c（x,y,t,）表示可见光，为一连续函数。 x,y为空间分布（坐标）； t为时间分布； 为波长； 即图像源是能量在空间和时间上的分布； 3. 人眼及各种传感器接受到的图像信息为： Fi （x,y,t）= ∫c（x,y,t,）Si （）d 第i个传感器的输出 第i个传感器的光谱特性 不同的传感器对不同的波段敏感，多种传感器可以综合采集得 到同一景物在不同波谱上辐射能量所成的像
二、光源的辐射特性一辐射强度 光辐射的能源可用r(λ)表示, 能谱分布r(λ):辐射源在单位时间内在每一波长间隔上所辐射 的能量; 辐射功率P=∫r(λ)dλ,亦称辐射通量或辐射量,单位为瓦。 光通量:光源以电磁波的形式辐射出的光功率称为光通量 单位为流明m 辐照度(照度):照射在单位面积上的光通量;单位为勒以 是光源对物体辐射的一种度量。 图像一般是对目标上的照度成分/和反射成分/进行度量得出的; ·即f(xy)(xy)*(xy);f(xy)为图像在该点的灰度值;
二、光源的辐射特性—辐射强度 • 光辐射的能源可用r（ ）表示， • 能谱分布r（ ）：辐射源在单位时间内在每一波长间隔上所辐射 的能量； • 辐射功率P= ∫r（ ）d ，亦称辐射通量或辐射量，单位为瓦。 • 光通量：光源以电磁波的形式辐射出的光功率称为光通量； • 单位为流明lm。 • 辐照度（照度）：照射在单位面积上的光通量；单位为勒lx。 • 是光源对物体辐射的一种度量。 • 图像一般是对目标上的照度成分i 和反射成分r 进行度量得出的； • 即f（x,y）=i（x,y）*r（x,y）； f（x,y）为图像在该点的灰度值；
82.1.2光度学 光度学:定量描述可见光波能量引起的主观亮度(感知 明亮度)。 视见函数φ(λ):描述视网膜在光能量刺激下对不 同波长光线的敏感性。即人眼光谱响应的特性 φ(λ)采用间接比较法测量获得,等价于传感器函 数 主观视觉强度(亮度) F(x,y,t)=c(x,y,t, n)o(n) dn 图像是一个2D亮度函数
§2.1.2 光度学 光度学：定量描述可见光波能量引起的主观亮度（感知 明亮度）。 一、视见函数（）：描述视网膜在光能量刺激下对不 同波长光线的敏感性。即人眼光谱响应的特性。 （）采用间接比较法测量获得，等价于传感器函 数； 二、主观视觉强度（亮度） F（x,y,t）= ∫c（x,y,t,）（）d 图像是一个2D亮度函数
2.1.3色度学 色度学是定量测量彩色的科学 彩色与(1)照明源的辐射能量的分布及(2)观察者的视觉感觉有关 彩色的心理感觉:主观亮度 Brightness、色调Hue、饱和度 Saturation 三基色学说 R、G、B三基色可组成任何色彩 国际照明技术委员会CIE规定:R的波长是700nm;G的波长是 546.1nm;B的波长是4358nm
§2.1.3 色度学 • 色度学是定量测量彩色的科学。 • 彩色与（1）照明源的辐射能量的分布及（2）观察者的视觉感觉有关； • 彩色的心理感觉：主观亮度Brightness、色调Hue、饱和度Saturation • 一、三基色学说 • R、G、B三基色可组成任何色彩； • 国际照明技术委员会CIE规定：R的波长是700nm；G的波长是 546.1nm；B的波长是435.8nm；
§2.1.3色度学(续1) 三刺激理论 1.加性彩色系统(RGB分别用8B表示时,有16777216种颜色 三基色逐步相加,RGB从(0,00)-(255255255)即从黑 (0,00)到白色(255,255,255)共计2的24次方幂种颜 适合于计算机处理 2.减性彩色系统(CMYK减色法) 白色相继通过青色Cyan、洋红 Magenta和黄色Yeow滤色器后 所出现的彩色; 种CMY未经滤色镜时是黑色(K),全部过滤掉后呈白色; CMYK主要用于印刷行业。采用四种色板实现彩色印刷
§ 2.1.3 色度学（续1） • 二、三刺激理论 • 1. 加性彩色系统（RGB分别用8Bit表示时，有16777216种颜色） • 三基色逐步相加，RGB从（0,0,0）- （255,255,255）即从黑色 （0,0,0）到白色（255,255,255）共计2的24次方幂种颜色。 • 适合于计算机处理。 • 2. 减性彩色系统（CMYK减色法） • 白色相继通过青色Cyan、洋红Magenta和黄色Yellow滤色器后 所出现的彩色； • 三种CMY未经滤色镜时是黑色（K），全部过滤掉后呈白色； • CMYK主要用于印刷行业。采用四种色板实现彩色印刷
§2.1.3色度学(续2) 0三、Lab模式 L表示亮度( Lightness )、范围0-100 0a是由绿到红的光谱变化,-120-120 b是由蓝到黄的光谱变化,-120-120 Lab模式色彩范围最广,采用数字方式,通用性强; 可以方便地转换成其它模式
§2.1.3 色度学（续2） • 三、Lab模式 • L表示亮度（Lightness）、范围0-100； • a是由绿到红的光谱变化，-120-120； • b是由蓝到黄的光谱变化，-120-120 • Lab模式色彩范围最广，采用数字方式，通用性强； • 可以方便地转换成其它模式；
822视觉模型 221视觉现象 同时对比度 在相同亮度的刺激下,由于背景亮度不同,人眼所感 受到的主观亮度不同,这种效应称为同时对比度 由于同时对比是由亮度差别引起的,故也称为亮度 相对应的还有色度对比;红色背景下的灰色物体显 绿色;
§2.2 视觉模型 • § 2.2.1 视觉现象 • 一、同时对比度 • 在相同亮度的刺激下,由于背景亮度不同,人眼所感 受到的主观亮度不同，这种效应称为同时对比度。 • 由于同时对比是由亮度差别引起的，故也称为亮度 对比。 • 相对应的还有色度对比；红色背景下的灰色物体显 绿色；
§22.1视觉现象(续2) 二、对比灵敏度 在均匀照度背景I上,有一照度为I+△I的光斑, 称眼睛刚好能分辨出的照度差△与I的比(△I/I 为对比灵敏度; 由于背景亮度I增大,亼I也需要增大,因此在 相当宽的强度范围内,对比灵敏度是一个常数,约等 于0.02,这个比值称为韦伯比( Weber比)。亮度很 强(弱)时不为常数
§2.2.1 视觉现象（续2） • 二、对比灵敏度 • 在均匀照度背景 I 上，有一照度为 I+△I的光斑， 称眼睛刚好能分辨出的照度差△I与 I 的比（△I/ I） 为对比灵敏度； • 由于背景亮度 I 增大， △I 也需要增大，因此在 相当宽的强度范围内，对比灵敏度是一个常数，约等 于0.02，这个比值称为韦伯比（Weber比）。亮度很 强（弱）时不为常数。 •