第2章视觉与成像
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1、第1页第2讲第第2章章 视觉与成像视觉与成像 2.1 视觉过程 2.2 光度学和亮度视觉2.3从感觉到知觉2.4视觉特性2.5形状知觉2.6空间知觉2.7运动知觉 第2页第2讲2.1 视觉过程视觉过程1 光学过程 15 / 100 = 2.55 / 17第3页第2讲2.1 视觉过程视觉过程2 化学过程 锥细胞和柱细胞：锥细胞和柱细胞：锥细胞：数量少，对颜色很敏感锥细胞视觉：明视觉或亮光视觉柱细胞：数量多，分辨率比较低 不感受颜色并对低照度较敏感柱细胞视觉：暗视觉或微光视觉第4页第2讲2.1 视觉过程视觉过程3 神经处理过程 每个视网膜接收单元都与一个神经元细胞借助突触（synapse）相连每个
2、神经元细胞借助其它的突触与其它细胞连接，从而构成光神经（optical nerve）网络光神经进一步与大脑中的侧区域（side region of the brain）连接，并到达大脑中的纹状皮层（striated cortex）对光刺激产生的响应经过一系列处理最终形成关于场景的表象，从而将对光的感觉转化为对景物的知觉 第5页第2讲2.1 视觉过程视觉过程 整体视觉过程视觉 “视” “觉” 第6页第2讲2.2 光度学和亮度视觉光度学和亮度视觉2.2.1 光度学2.2.2一个简单的成象模型2.2.3视觉系统对光的感知特点 2.2.4 光度学和亮度视觉光度学和亮度视觉第7页第2讲2.2.1 光度学
3、辐射度量学辐射度量学研究各种电磁辐射强弱的学科光是一种电磁辐射光度学光度学研究光的强弱的学科光通量的单位：lm（流明）第8页第2讲2.2.1 光度学点光源点光源线度足够小，或距离观察者足够远发光强度I：点光源沿某个方向上单位 立体角d内发出的光通量dF 单位：cd（坎） 1 cd = 1 lm / srrd点光源QFddI第9页第2讲2.2.1 光度学点光源点光源立体角（solid angle）是从一点（称为立体角的顶点）出发通过一条闭合曲线上所有点的射线围成的空间部分，所以立体角表示由顶点看闭合曲线时的视角。可以取一立体角在以其顶点为球心所作的球面上截出部分的面积与球面半径的平方之比作为对该
4、立体角的度量。立体角的单位是球面度，记为sr。一个球面度对应在球面上所截取的面积等于以球半径为边长的正方形面积时的立体角。第10页第2讲2.2.1 光度学扩展光源扩展光源有一定发光面积的光源光度学亮度B(单位：cd / m2)rd扩展光源(b)NSSddFcos d dd cos ddddSSISIB第11页第2讲2.2.1 光度学照度照度（illumination）一个被光线照射的表面上的照度定义为照射在单位面积上的光通量。设面元dS上的光通量为dF，则此面元上的照度E为： 单位：lx（勒克斯），1 lx = 1 lm / m2照度：是光源对物体辐射的一种量度 表2.3.2亮度：观察者对物体
5、表面光强的量度 表2.3.1 d dSEF第12页第2讲2.2.2 一个简单的成象模型图象成象模型图象成象模型2-D亮度函数：f (x, y)亮度是能量的量度，一定不为零且为有限值(1) 入射到可见场景上的光量(2) 场景中目标对入射光反射的比率照度成分 i (x, y)和反射成分 r (x, y),(0yxf第13页第2讲2.2.2 一个简单的成象模型图象成象模型图象成象模型f (x, y)与 i (x, y)和 r (x, y)都成正比i (x, y)的值是由光源决定的r (x, y)的值是由场景中的目标特性所决定的典型值：P.40),(),(),(yxryxiyxf),(0yxi1),(
6、0yxr第14页第2讲2.2.3 视觉系统对光的感知特点人眼适应的亮度范围人眼适应的亮度范围 （1）总体范围大：从暗视觉门限到眩目极限之间的范围在1010量级 （2）具体范围小：一般范围在102量级总体范围具体范围暗视觉门限眩目极限第15页第2讲2.2.4光度学和亮度视觉光度学和亮度视觉亮度变化的感知亮度变化的感知人类视觉系统对亮度变化的感知比对亮度本身要敏感 人类视觉系统对光强度的响应不是线性的，而是对数形式的（对暗光时亮度的增加比对亮光时亮度的增加更敏感） 第16页第2讲2.3 从感觉到知觉从感觉到知觉1. 视感觉和视知觉人的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉和热觉等功能都可分为感觉和知觉两个层
7、次感觉是较低层次的，它主要接收外部刺激。知觉则处于较高层次，它要将外部刺激转化为有意义的内容视知觉的任务是确定“什么东西在什么地方”（What is where） P.17第17页第2讲2.3 从感觉到知觉从感觉到知觉2.视知觉的复杂性 视知觉是一个复杂的过程，在很多情况下只依靠光投射到视网膜上形成的视网膜图像和人们已知的眼或神经系统的机制还难以把全部知觉过程解释清楚(1) 视觉边缘：随视点而变化P.18(2) 亮度对比：两个可视表面仅在它们被看作处在同一个视觉平面上时可比较亮度。如果将它们看作与眼有不同的距离，要比较它们相对的亮度就很困难 第18页第2讲2.3 从感觉到知觉从感觉到知觉3.图
8、象的双重感知真实性 人们在观察图象时会同时将图象感知为一个平面的一部分和一个3-D空间的一部分。这个基本的心理现象可称为图象的双重感知真实性（double perceptual reality of images） P.18 (1) 有关图象2-D真实性的信息 (2) 有关图象3-D真实性的信息(3) 视点假设 (4) 双重真实性和学习 第19页第2讲2.4 视觉特性视觉特性用空间以及时间的语言来描述感知2.4.1视觉的时间特性2.4.2视觉的空间特性 第20页第2讲2.4.1 视觉的时间特性视觉首先并主要是一个空间的感受，但时间因素也是视觉感知中的一个基本因素。这可从三方面解释：(1)大多数
