人眼的视觉特性与图像探测.pptx
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1、2024/4/25 2024/4/25 周周四四第二章 人眼的视觉特性与图像探测2.1.2.1.人眼的视觉特性与模型人眼的视觉特性与模型n n人眼的构造人眼的构造n n视网膜的结构(杆状细胞,锥视网膜的结构(杆状细胞,锥状细胞)状细胞)n n视细胞的分布视细胞的分布n n人眼的视觉特性人眼的视觉特性n n视觉的适应视觉的适应n n绝对视觉阈绝对视觉阈n n阈值对比度阈值对比度n n光谱灵敏度光谱灵敏度n n分辨力分辨力n n视觉系统的调制传递函数视觉系统的调制传递函数2024/4/25 2024/4/25 周周四四视网膜n n视网膜的结构视网膜的结构n n杆状细胞杆状细胞n n锥状细胞锥状细胞
2、n n视细胞的分布视细胞的分布2024/4/25 2024/4/25 周周四四视觉的适应n n明视觉明视觉n n暗视觉暗视觉n n中介视觉中介视觉n n颜色适应颜色适应310-5cd/m23cd/m23105cd/m2暗视觉暗视觉明视觉明视觉中介视觉中介视觉2024/4/25 2024/4/25 周周四四人眼的视觉特性n n绝绝对对视视觉觉阈阈:全全黑黑视视场场下下,人人眼眼感感觉觉到到的的最最小小光光刺刺激激值值,约约10109 9 lx lx量级。量级。n n眩目亮度:与像场亮度相关。眩目亮度:与像场亮度相关。n n阈阈值值对对比比度度:时时间间不不限限,使使用用双双眼眼探探测测一一个个亮
3、亮度度大大于于背背景景亮亮度度的的圆圆盘盘,察察觉觉概概率率为为50%50%时时,不不同同背背景景亮亮度度下下的的对比度。对比度。n n对比度对比度C C:当:当L Lt t和和L Lb b分别为目标与背景的亮度时,对比度表示为:分别为目标与背景的亮度时,对比度表示为:由由于于背背景景亮亮度度、对对比比度度和和人人眼眼所所能能探探测测的的目目标标张张角角三三者者之之间间存存在在制制约约关关系系(WaldWald定定律律),特特别别是是在在目目标标张张角角77,时,存在,时,存在RoseRose定律:定律:2024/4/25 2024/4/25 周周四四人眼的视觉特性n n光光谱谱灵灵敏敏度度(
4、光光谱谱光光视视效效率率):人人眼眼对对各各种种不不同同波波长长的的辐辐射射光光有有不不同同的灵敏度(响应),对大量正常视力观察者的实验表明:的灵敏度(响应),对大量正常视力观察者的实验表明:n n在较明亮环境中,人眼视觉对波长在较明亮环境中,人眼视觉对波长0.5550.555 mm左右的绿光最敏感;左右的绿光最敏感;n n在较暗条件下,在较暗条件下,人眼视觉对波长人眼视觉对波长0.5120.512 mm左右的黄绿光最敏感;左右的黄绿光最敏感;右图给出不同视场亮度下,人眼的光谱光视效率曲线:右图给出不同视场亮度下,人眼的光谱光视效率曲线:n n人眼的分辨力:人眼能区分人眼的分辨力:人眼能区分两
5、发光点的最小角距离称为两发光点的最小角距离称为极限分辨角极限分辨角,其倒数为人,其倒数为人眼分辨力。眼分辨力。n n从内因分析,影响分辨力的从内因分析,影响分辨力的因素为眼睛的构造。因素为眼睛的构造。n n从外因分析,是目标的亮度从外因分析,是目标的亮度与对比度。与对比度。人眼会根据外界条件自动进行人眼会根据外界条件自动进行适应,从而可以得到不同的适应,从而可以得到不同的极限分辨角。极限分辨角。明视觉 暗视觉 人眼观察物体的要求人眼观察物体的要求灵敏度灵敏度:以量子阈值表示时,最小可探测的视觉刺激是以量子阈值表示时,最小可探测的视觉刺激是5858145145个蓝绿光个蓝绿光(波长为波长为0.5
6、10.51 m)m)的光子轰击角膜引起的,据估算,这一的光子轰击角膜引起的,据估算,这一刺激只有刺激只有5 51414个光子实际到达并作用于视网膜上。个光子实际到达并作用于视网膜上。分辨力:分辨力:对比度:对比度:图案不同,对对比度的要求也不同(如点与点:图案不同,对对比度的要求也不同(如点与点:2626;方波条纹之间:方波条纹之间:3 3)信噪比:信噪比:人眼观察物体需要排出干扰,如果干扰太大将影响人眼观察物体需要排出干扰,如果干扰太大将影响到人眼的观察效果。图案不同,人眼对信噪比的要求不同到人眼的观察效果。图案不同,人眼对信噪比的要求不同(如方(如方波图案:波图案:1 11.51.5左右;
7、余弦图案:左右;余弦图案:3 33.53.5左右)左右)10-6lx10-5lx10-4lx10-3lx2024/4/25 2024/4/25 周周四四第二章 人眼的视觉特性与图像探测2.2.图像探测理论与图像方程n n图像信号与图像噪声n n理想条件下光电成像的图像探测方程2.3.目标的探测与识别 理论分析证明:光电成像存在着图像探测的极限值,这一极限称为图图图图像像像像探测灵敏阈探测灵敏阈探测灵敏阈探测灵敏阈。一个景物的细节能否被光电成像系统所探测到,即形成一个可以被人眼识别的输出图像,与如下三个因素相关。景物细节的辐射亮度(单位面积的辐射强度);景物细节对光电成像系统接收孔径的张角;景物
8、细节与背景之间的辐射对比度。2024/4/25 2024/4/25 周周四四第二章 人眼的视觉特性与图像探测n n图像信号与图像噪声图像信号与图像噪声FF图图像像信信号号:光光电电成成像像系系统统在在有有效效积积分分时时间间内内接接收收到到两两个个相相邻邻的的像像元元的的辐辐射射量量子子数数的的平平均均值值分分别别为为 和和 ,此此时时,系系统统能能否否分分辨辨出出这这两两个个像像元元,取取决决于于 与与 的的差差异异。故故图图像像信信号号值值可以表示为右式:可以表示为右式:FF图图像像噪噪声声(光光子子噪噪声声):各各像像元元所所辐辐射射的的光光子子数数的的瞬瞬时时值值n n统统计计平平均均
9、值值的的偏偏差差称称为为“涨涨落落”,用用均均方方根根表表示示,由由于于光光子子发发射射服服从从泊泊松松分布,故其均方根值可表示为右式:分布,故其均方根值可表示为右式:FF图像信噪比图像信噪比:只只只只有有有有图图图图像像像像信信信信噪噪噪噪比比比比的的的的值值值值大大大大于于于于阈阈阈阈值值值值信信信信噪噪噪噪比比比比,信信信信号号号号才才才才可可可可以以以以被被被被探探探探测测测测到到到到,阈阈阈阈值信噪比由实验获得。值信噪比由实验获得。值信噪比由实验获得。值信噪比由实验获得。2024/4/25 2024/4/25 周周四四第二章 人眼的视觉特性与图像探测n n理理想想条条件件下下光光电电
10、成成像像的的图图像像探测方程探测方程n n光光电电成成像像所所输输出出的的图图像像信信号号表表达达式式:式式中中L L、表表示示两两个个边边长长为为h h的的正正方方形形相相邻邻像像元元的的辐辐射射亮亮度度和和辐辐射射通通量量(功功率率),为为像像元元与与探探测测器器表表面面的的法法线线交交角角。p p为为像像元元瞬瞬间间发发射射出出的的量量子子数数,d d为为像像元元与与成成像像系系统统距距离离,r r为为成成像像系系统统孔孔径径的的半半径径,为为有有效效积积分分时时间间,为为量量子子效效率率,Q Q为为每每流流明光通量在每秒内所通过的光子数。明光通量在每秒内所通过的光子数。2024/4/2
11、5 2024/4/25 周周四四第二章 人眼的视觉特性与图像探测n n理理想想条条件件下下光光电电成成像像的的图图像像探测方程探测方程n n光光电电成成像像所所输输出出的的图图像像信信号号表表达达式式:式式中中L L、表表示示两两个个边边长长为为h h的的正正方方形形相相邻邻像像元元的的辐辐射射亮亮度度和和辐辐射射通通量量(功功率率),为为像像元元与与探探测测器器表表面面的的法法线线交交角角。p p为为像像元元瞬瞬间间发发射射出出的的量量子子数数,d d为为像像元元与与成成像像系系统统距距离离,r r为为成成像像系系统统孔孔径径的的半半径径,为为有有效效积积分分时时间间,为为量量子子效效率率,
12、Q Q为为每每流流明光通量在每秒内所通过的光子数。明光通量在每秒内所通过的光子数。n n光光电电成成像像系系统统输输出出的的图图像像信信噪噪比:比:2024/4/25 2024/4/25 周周四四第二章 人眼的视觉特性与图像探测n n理想条件下光电成像的图像探测方程n n理想探测器图像探测方程理想探测器图像探测方程(罗罗斯方程斯方程)n n夏根方程夏根方程n n弗里斯弗里斯-罗斯定律罗斯定律2024/4/25 2024/4/25 周周四四第二章 人眼的视觉特性与图像探测2024/4/25 2024/4/25 周周四四第二章 人眼的视觉特性与图像探测2.3.目标的探测与识别n n目标搜索的一般原
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