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1 图像处理及压缩原理图像处理及压缩原理 人的视觉特性人的视觉特性 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 2 目录目录 人的视觉系统人的视觉系统 视觉的空间效应视觉的空间效应 视觉的时间效应视觉的时间效应 视觉特点的应用视觉特点的应用 专题：颜色视觉专题：颜色视觉 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 3 目录目录 人的视觉系统人的视觉系统 视觉的空间效应视觉的空间效应 视觉的时间效应视觉的时间效应 视觉特点的应用视觉特点的应用 专题：颜色视觉专题：颜色视觉 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 4 视觉系统视觉系统 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 5 视觉系统视觉系统 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 6 眼睛的构造眼睛的构造 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 眼睛中的成像眼睛中的成像 7 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 晶状体聚焦时的自适应性晶状体聚焦时的自适应性 8 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视力异常及矫正视力异常及矫正 9 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 10 视网膜视网膜 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 11 视杆与视锥视杆与视锥 杆状细胞杆状细胞(rod)暗视觉，单色暗视觉，单色 每只眼每只眼7500万到万到1.5亿个亿个 锥状细胞锥状细胞(cone)亮视觉，彩色视觉亮视觉，彩色视觉 每只眼每只眼700万万 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视杆与视锥的光谱敏感性视杆与视锥的光谱敏感性 L锥体锥体(红红)：65%M锥体锥体(绿绿)：33%S锥体锥体(蓝蓝)：2 12 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 13 视杆与视锥的分布视杆与视锥的分布 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 14 盲点盲点 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 15 盲点盲点 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 具有“对立机制”的细胞具有“对立机制”的细胞 有些细胞不仅反映光的强度、还反映对有些细胞不仅反映光的强度、还反映对比度：比度：亮度对比亮度对比 颜色对比颜色对比 具有初步的信号处理功能具有初步的信号处理功能 16 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 On/Off 中心型细胞中心型细胞 17 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 On/Off 中心型细胞中心型细胞 18 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视皮层视皮层 19 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 方位柱存在的电生理实验方位柱存在的电生理实验 20 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 了解视觉系统生理特性的意义了解视觉系统生理特性的意义 图像处理技术的瓶颈图像处理技术的瓶颈 设计模仿人脑功能的图像处理方法设计模仿人脑功能的图像处理方法 21 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 研究视觉的生理学实验研究视觉的生理学实验 22 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 23 目录目录 人的视觉系统人的视觉系统 视觉的空间效应视觉的空间效应 视觉的时间效应视觉的时间效应 视觉特点的应用视觉特点的应用 颜色视觉颜色视觉 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 24 视觉的空间效应视觉的空间效应 视觉心理学视觉心理学 视觉概念的形成视觉概念的形成 视觉二义性视觉二义性 视错觉视错觉 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 25 马赫带效应马赫带效应(1865年年)图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 26 马赫带效应马赫带效应(1865年年)图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 27 辐射效应辐射效应 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 28 对比效应对比效应 同时对比：刺激的亮度和色度受周围背同时对比：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景的影响而使其产生不同感觉 相继对比：在二个刺激相继出现的场合，相继对比：在二个刺激相继出现的场合，后续刺激的感觉受先行刺激的影响后续刺激的感觉受先行刺激的影响 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 29 亮度对比和颜色对比亮度对比和颜色对比 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 30 视觉概念的形成视觉概念的形成 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 31 视觉恒常性视觉恒常性 亮度恒常性：白纸黑字、煤炭亮度恒常性：白纸黑字、煤炭 颜色恒常性：红花绿叶颜色恒常性：红花绿叶 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 32 视觉二义性平面视觉二义性平面 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视觉二义性平面视觉二义性平面 33 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 34 视觉二义性空间视觉二义性空间 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视觉二义性运动视觉二义性运动 35 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视觉二义性运动视觉二义性运动 36 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视觉二义性测试视觉二义性测试 37 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 38 视错觉轮廓视错觉轮廓 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 39 视错觉线段视错觉线段 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 40 视错觉线段视错觉线段 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 41 视错觉线段长短视错觉线段长短 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 42 视错觉圆视错觉圆 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 43 视错觉大小视错觉大小 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 44 视错觉角度视错觉角度 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 45 视错觉不可思议视错觉不可思议 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 46 视错觉不可思议视错觉不可思议 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 47 视错觉不可思议视错觉不可思议 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 48 目录目录 人的视觉系统人的视觉系统 视觉的空间效应视觉的空间效应 视觉的时间效应视觉的时间效应 视觉特点的应用视觉特点的应用 专题：颜色视觉专题：颜色视觉 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 49 视觉的时间效应视觉的时间效应 眼睛对闪烁的灵敏度眼睛对闪烁的灵敏度 眼睛的适应性眼睛的适应性 对运动的感觉对运动的感觉 眼球的运动眼球的运动 视觉暂留现象视觉暂留现象 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 50 眼睛对闪烁的灵敏度眼睛对闪烁的灵敏度 临界融合频率（临界融合频率（CFFCritical Fusion Frequency）锥体的锥体的CFF值约为值约为6070Hz 例：例：CRT显示器的刷新率显示器的刷新率 杆体的杆体的CFF值约为值约为1215Hz 例：“眨眼”的星星例：“眨眼”的星星 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 51 眼睛的适应性眼睛的适应性 亮度适应亮度适应 颜色适应颜色适应 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 52 亮度适应亮度适应 从较亮的场所到较暗的场所，或从较暗从较亮的场所到较暗的场所，或从较暗的场所到较亮的场所时，很难立刻看到的场所到较亮的场所时，很难立刻看到东西东西 眼睛适应明暗条件的变化叫做亮度适应眼睛适应明暗条件的变化叫做亮度适应 从亮到暗的变化叫暗适应从亮到暗的变化叫暗适应 从暗向亮的变化叫亮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。一般亮适应时间较短，暗适应较长。图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 53 亮适应亮适应 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 54 暗适应暗适应 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 55 颜色适应颜色适应 用强红光刺激眼睛后，看本来是黄色的用强红光刺激眼睛后，看本来是黄色的物体却是绿色的物体却是绿色的 这种依赖光分布的视觉灵敏度变化现象这种依赖光分布的视觉灵敏度变化现象叫颜色适应叫颜色适应 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 56 对运动的感觉对运动的感觉 实际运动实际运动 假像运动假像运动 诱导运动诱导运动 自动运动自动运动 残像残像 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 57 假像运动假像运动 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 58 假像运动假像运动 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 59 诱导运动（相对运动）诱导运动（相对运动）由于静止物体的周围物体运动的影响而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感觉它在运动的现象 “月亮在白莲花般的云朵里穿行月亮在白莲花般的云朵里穿行”图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 60 自动运动自动运动 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 61 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 62 眩晕的感觉眩晕的感觉 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 63 残像与运动残像残像与运动残像 残像残像 光刺激移去后而残留的感觉光刺激移去后而残留的感觉 由视觉细胞的光化学反应引起由视觉细胞的光化学反应引起 运动残像运动残像 飞流直“上”三千尺飞流直“上”三千尺 车轮反向转动车轮反向转动 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 64 眼球的运动眼球的运动 断续性运动断续性运动 平稳跟踪运动平稳跟踪运动 辐辏开散运动（变焦）辐辏开散运动（变焦）凝视运动凝视运动 眼球运动的重要作用眼球运动的重要作用 距离感知距离感知 注意力选择注意力选择 保持恒常性（头部运动时）保持恒常性（头部运动时）图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 65 视觉暂留现象视觉暂留现象 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 66 目录目录 人的视觉系统人的视觉系统 视觉的空间效应视觉的空间效应 视觉的时间效应视觉的时间效应 视觉特点的应用视觉特点的应用 专题：颜色视觉专题：颜色视觉 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视觉特点的应用视觉特点的应用 编码中的应用编码中的应用(色度和亮度分辩率不同色度和亮度分辩率不同,高高频和低频不同频和低频不同)注意力选择在目标识别中的应用注意力选择在目标识别中的应用 利用错觉设计娱乐项目利用错觉设计娱乐项目 影视影视 其他其他 67 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视错觉平面视错觉平面 or 立体？立体？68 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 视错觉平面视错觉平面 or 立体？立体？69 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 70 动画动画/电影：电影：把图片把图片/照片串起来照片串起来 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 71 动画动画/电影：电影：把图片把图片/照片串起来照片串起来 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 72 慢镜头快放慢镜头快放 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 73 快镜头慢放快镜头慢放 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 74 快镜头慢放快镜头慢放 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 75 目录目录 人的视觉系统人的视觉系统 视觉的空间效应视觉的空间效应 视觉的时间效应视觉的时间效应 视觉特点的应用视觉特点的应用 专题：颜色视觉专题：颜色视觉 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 76 颜色视觉颜色视觉 视觉进化：从无到有，从黑白到彩色视觉进化：从无到有，从黑白到彩色 有关人类视觉的理论有关人类视觉的理论 三色理论三色理论 反色理论反色理论。图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 77 牛顿棱镜实验牛顿棱镜实验 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 78 光的颜色和物体的颜色光的颜色和物体的颜色 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 79 彩色图像模型彩色图像模型 RGB模型模型 CYM模型模型 CIE-XYZ模型模型 HSI模型模型 CIE-LAB模型模型 YUV模型模型 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 80 RGB：原色模型：原色模型 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 81 RGB：原色模型：原色模型 数字图像中应用最广泛数字图像中应用最广泛 用不同比例用不同比例RGB色光可合成不同的色光色光可合成不同的色光 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 82(1)三种光同时投影到全反射的表面三种光同时投影到全反射的表面(2)时间混色：三种光轮流投影到全反射时间混色：三种光轮流投影到全反射的表面的表面(3)空间混色：三种光分别投影到同一表空间混色：三种光分别投影到同一表面相邻点上面相邻点上(很近很近)(4)双目混合：两个眼睛同时分别看两种双目混合：两个眼睛同时分别看两种不同颜色的同一图像不同颜色的同一图像 相加混色法相加混色法 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 83 CYM：补色模型：补色模型 美术颜料、彩色印刷、彩色胶片美术颜料、彩色印刷、彩色胶片 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 84 相减混色法相减混色法 白光投在黄色颜料上，颜料吸收蓝光，白光投在黄色颜料上，颜料吸收蓝光，所以呈黄色：黄所以呈黄色：黄=白白-蓝蓝 白光投在青色颜料上白光投在青色颜料上,颜料吸收红光，所颜料吸收红光，所以呈青色：青以呈青色：青=白白-红红 把黄青两种颜色混合，蓝红被颜料吸收，把黄青两种颜色混合，蓝红被颜料吸收，只反射绿光，所以呈绿色只反射绿光，所以呈绿色 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 CIE-XYZ 模型模型 标准光谱三种色标准光谱三种色光的刺激值光的刺激值 用三个假想的原用三个假想的原色色X、Y、Z建立建立了新的色度系统了新的色度系统 85 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 86 HSI模型（模型（HSV、HSB）图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 87 CIELab模型模型 CIE1976Lab颜色空间：感知均匀的颜色空间颜色空间：感知均匀的颜色空间 L*明度指数，表示三维坐标物体的明度坐标，明度指数，表示三维坐标物体的明度坐标，L为为0时表示物体为对光完全吸收的黑体；时表示物体为对光完全吸收的黑体；L 为为100时表示时表示物体对光完全反射的纯白物体。（物体对光完全反射的纯白物体。（0100）a*红绿色度指数，红绿色度指数，a为正时表示红的程度，为正时表示红的程度，a为负时为负时表示绿的程度。（表示绿的程度。（-128127）b*黄蓝色度指数，黄蓝色度指数，b为正时表示黄的程度，为正时表示黄的程度，b为负为负时表示蓝的程度。（时表示蓝的程度。（-128127）图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 88 CIE_LAB 模型模型 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 89 YUV模型模型 有时也称为有时也称为YCrCb模型模型 在电视和图像压缩中在电视和图像压缩中,把亮度和色度分开把亮度和色度分开,Y为为亮度，亮度，UV为色度为色度 目的：目的：黑白电视也可使用彩色信号黑白电视也可使用彩色信号 图像压缩：便于控制彩色的质量和传输效率图像压缩：便于控制彩色的质量和传输效率 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 90 YUV模型模型 不同电视制式下公式不同：不同电视制式下公式不同：在在NTSC制的彩电制的彩电:在在PAL制的彩电制的彩电:0.2220.7070.071YRGB0.2990.5870.114YRGB;/20.5;/0.60.5bruBY vRYCuCv图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 91 色觉异常（色盲、色弱）色觉异常（色盲、色弱）8%的男性和的男性和0.5%的女性患有色觉异常的女性患有色觉异常 二色觉者（通常所说的色盲）二色觉者（通常所说的色盲）视网膜上有两种视锥细胞起作用视网膜上有两种视锥细胞起作用 异常三色觉者（通常所说的色弱）异常三色觉者（通常所说的色弱）有三种视锥细胞起作用，但某一种视锥细有三种视锥细胞起作用，但某一种视锥细胞异常，光谱敏感性产生了变化胞异常，光谱敏感性产生了变化 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 92 Which picture contains a red crayon?图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 93 Which picture contains a red crayon?图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 94 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 颜色变换颜色变换 95 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 96 小小 结结 人的视觉系统人的视觉系统 视觉的空间效应视觉的空间效应 视觉的时间效应视觉的时间效应 视觉特点的应用视觉特点的应用 颜色视觉颜色视觉 参考阅读：神经生物学方面的书籍参考阅读：神经生物学方面的书籍 图像处理及压缩图像处理及压缩原理原理 20142014 97 课后练习课后练习 尝试用尝试用Matlab等数学工具进行不同颜色等数学工具进行不同颜色空间之间的转换（空间之间的转换（Color Space Converting）