人眼的視覺特性與圖像探測(cè)

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1、2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)2.1.人眼的視覺特性與模型2.2.圖像探測(cè)理論與圖像探測(cè)方程2.3.目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)2.1.人眼的視覺特性與模型人眼的構(gòu)造視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)（桿狀細(xì)胞，錐狀細(xì)胞）視細(xì)胞的分布人眼的視覺特性視覺的適應(yīng)絕對(duì)視覺閾閾值對(duì)比度光譜靈敏度分辨力視覺系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)2021/10/8視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)桿狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞視細(xì)胞的分布2021/10/8視覺的適應(yīng)明視覺暗視覺中介視覺顏色適應(yīng)3×10-5cd/m23cd/m23×105c

2、d/m2暗視覺明視覺中介視覺2021/10/8人眼的視覺特性絕對(duì)視覺閾：全黑視場(chǎng)下，人眼感覺到的最小光刺激值，約10－9lx量級(jí)。眩目亮度：與像場(chǎng)亮度相關(guān)。閾值對(duì)比度：時(shí)間不限，使用雙眼探測(cè)一個(gè)亮度大于背景亮度的圓盤，察覺概率為50%時(shí)，不同背景亮度下的對(duì)比度。對(duì)比度C：當(dāng)Lt和Lb分別為目標(biāo)與背景的亮度時(shí)，對(duì)比度表示為：由于背景亮度、對(duì)比度和人眼所能探測(cè)的目標(biāo)張角三者之間存在制約關(guān)系（Wald定律），特別是在目標(biāo)張角<7’，時(shí)，存在Rose定律：2021/10/8人眼的視覺特性光譜靈敏度（光譜光視效率）：人

3、眼對(duì)各種不同波長(zhǎng)的輻射光有不同的靈敏度（響應(yīng)），對(duì)大量正常視力觀察者的實(shí)驗(yàn)表明：在較明亮環(huán)境中，人眼視覺對(duì)波長(zhǎng)0.555μm左右的綠光最敏感；在較暗條件下，人眼視覺對(duì)波長(zhǎng)0.512μm左右的黃綠光最敏感；右圖給出不同視場(chǎng)亮度下，人眼的光譜光視效率曲線：人眼的分辨力：人眼能區(qū)分兩發(fā)光點(diǎn)的最小角距離稱為極限分辨角θ，其倒數(shù)為人眼分辨力。從內(nèi)因分析，影響分辨力的因素為眼睛的構(gòu)造。從外因分析，是目標(biāo)的亮度與對(duì)比度。人眼會(huì)根據(jù)外界條件自動(dòng)進(jìn)行適應(yīng)，從而可以得到不同的極限分辨角。明視覺暗視覺人眼觀察物體的要求靈敏度：以量

4、子閾值表示時(shí)，最小可探測(cè)的視覺刺激是58~145個(gè)藍(lán)綠光(波長(zhǎng)為0.51?m)的光子轟擊角膜引起的，據(jù)估算，這一刺激只有5~14個(gè)光子實(shí)際到達(dá)并作用于視網(wǎng)膜上。分辨力：對(duì)比度：圖案不同，對(duì)對(duì)比度的要求也不同（如點(diǎn)與點(diǎn)：26％；方波條紋之間：3％）信噪比：人眼觀察物體需要排出干擾，如果干擾太大將影響到人眼的觀察效果。圖案不同，人眼對(duì)信噪比的要求不同（如方波圖案：1～1.5左右；余弦圖案：3～3.5左右）10-6lx10-5lx10-4lx10-3lx2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)2.2.圖像探

5、測(cè)理論與圖像方程圖像信號(hào)與圖像噪聲理想條件下光電成像的圖像探測(cè)方程2.3.目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別理論分析證明：光電成像存在著圖像探測(cè)的極限值，這一極限稱為圖像探測(cè)靈敏閾。一個(gè)景物的細(xì)節(jié)能否被光電成像系統(tǒng)所探測(cè)到，即形成一個(gè)可以被人眼識(shí)別的輸出圖像，與如下三個(gè)因素相關(guān)。景物細(xì)節(jié)的輻射亮度（單位面積的輻射強(qiáng)度）；景物細(xì)節(jié)對(duì)光電成像系統(tǒng)接收孔徑的張角；景物細(xì)節(jié)與背景之間的輻射對(duì)比度。2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)圖像信號(hào)與圖像噪聲圖像信號(hào)：光電成像系統(tǒng)在有效積分時(shí)間內(nèi)接收到兩個(gè)相鄰的像元的輻射量子數(shù)的平

6、均值分別為和，此時(shí)，系統(tǒng)能否分辨出這兩個(gè)像元，取決于與的差異。故圖像信號(hào)值可以表示為右式：圖像噪聲（光子噪聲）：各像元所輻射的光子數(shù)的瞬時(shí)值n統(tǒng)計(jì)平均值的偏差稱為“漲落”，用均方根表示，由于光子發(fā)射服從泊松分布，故其均方根值可表示為右式：圖像信噪比：只有圖像信噪比的值大于閾值信噪比，信號(hào)才可以被探測(cè)到，閾值信噪比由實(shí)驗(yàn)獲得。2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)理想條件下光電成像的圖像探測(cè)方程光電成像所輸出的圖像信號(hào)表達(dá)式：式中L、Φ表示兩個(gè)邊長(zhǎng)為h的正方形相鄰像元的輻射亮度和輻射通量（功率），φ為

7、像元與探測(cè)器表面的法線交角。p為像元瞬間發(fā)射出的量子數(shù)，d為像元與成像系統(tǒng)距離，r為成像系統(tǒng)孔徑的半徑，τ為有效積分時(shí)間，η為量子效率，Q為每流明光通量在每秒內(nèi)所通過的光子數(shù)。2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)理想條件下光電成像的圖像探測(cè)方程光電成像所輸出的圖像信號(hào)表達(dá)式：式中L、Φ表示兩個(gè)邊長(zhǎng)為h的正方形相鄰像元的輻射亮度和輻射通量（功率），φ為像元與探測(cè)器表面的法線交角。p為像元瞬間發(fā)射出的量子數(shù)，d為像元與成像系統(tǒng)距離，r為成像系統(tǒng)孔徑的半徑，τ為有效積分時(shí)間，η為量子效率，Q為每流明光通

8、量在每秒內(nèi)所通過的光子數(shù)。光電成像系統(tǒng)輸出的圖像信噪比：2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)理想條件下光電成像的圖像探測(cè)方程理想探測(cè)器圖像探測(cè)方程(羅斯方程)夏根方程弗里斯-羅斯定律2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖像探測(cè)2.3.目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別目標(biāo)搜索的一般原理目標(biāo)探測(cè)－識(shí)別模型約翰遜準(zhǔn)則2021/10/8第二章人眼的視覺特性與圖