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第二章 人眼的视觉特性 与图像探测 §2.1 人眼的视觉特性与模型 §2.2 图像探测理论与图像探测方程 §2.3 目标的探测与识别 第二章 人眼的视觉特性与图像探测 §2.1 人眼的视觉特性与模型 2.1.1 人眼的构造 2.1.2 人眼的视觉特性 §2.1 人眼的视觉特性与模型  2.1.1人眼的构造 1.人眼的构造： ① 由角膜、虹膜、晶状体、睫状体和玻璃体组成的光学系统； ② 作为敏感和信号处理部分的带有盲点和黄斑的视网膜，是构成人眼视觉的关键部分； ③ 作为信号传输和显示系统的视神经与大脑。 §2.1 人眼的视觉特性与模型 视网膜是结构复杂的多层网格结构: §2.1 人眼的视觉特性与模型 §2.1 人眼的视觉特性与模型 视网膜中有锥状细胞和杆状细胞两类含有光敏物质的感光细胞 。 在视神经进入眼内腔的盲斑部分，既无锥状细胞，也无杆状细胞，是不感光的盲区。 在黄斑中心凹处完全没有杆状细胞，是具有最高的视觉分辨力的区域。 从黄斑向视网膜边缘移动，锥状细胞和杆状细胞混合在一起，杆状细胞比锥状细胞小得多，而且没有独立地与视神经联系，而是合成一簇(多数达500条一簇)，这对于产生高灵敏视觉至关重要。 到视网膜边缘就几乎全是杆状细胞了。 锥状细胞具有高分辨力和颜色分辨能力；杆状细胞的视觉灵敏度比锥状细胞高数千倍，但不能辨别颜色。 如图 §2.1 人眼的视觉特性与模型 2.1.2 人眼的视觉特性 1 视觉的适应 2 人眼的绝对视觉阈 3 人眼的阈值对比度 4 人眼的光谱灵敏度 5 人眼的分辨力 6 视觉系统的调制传递函数(MTF) 2.1.2 人眼的视觉特性 1.视觉的适应 人眼能在一个相当大(约10个数量级)的范围内适应视场亮度。随着外界视场亮度的变化，人眼视觉响应可分为三类。 ①明视觉响应：当人眼适应大于或等于3cd/m2的视场亮度后，视觉由锥状细胞起作用。 ②暗视觉响应：当人眼适应小于或等于3×105cd/m2视场亮度之后，视觉只由杆状细胞起作用。由于杆状细胞没有颜色分辨能力，故夜间人眼观察景物呈灰白色。 ③中介视觉响应：随着视场亮度从3cd/m2降至3×10-5cd/m2，人眼逐渐由锥状细胞的明视觉响应转向杆状细胞的暗视觉响应。 1.视觉的适应 当视场亮度发生突变时，人眼要稳定到突变后的正常视觉状态需经历一段时间，这种特性称为适应，适应主要包括明暗适应和色彩适应两种。适应由两个方面来调节： ① 调节瞳孔的大小，改变进入人眼的光通量。眼瞳大小是随视场亮度而自动调节。 ② 视细胞感光机制的适应。这种适应是由视细胞中的色素(视紫红质)在光的刺激下，产生化学反应而引起的。 人眼的明暗视觉适应分为亮适应和暗适应。对视场亮度由暗突然到亮的适应称为亮适应，大约需要2～3min；对视场亮度由亮突然到暗的适应称为暗适应，暗适应通常需要45min，充分暗适应则需要一个多小时。 人眼的色彩适应也是因为视紫红质的产生和消失，达到新的平衡所需要的时间延迟。 2.1.2 人眼的视觉特性 2人眼的绝对视觉阈 在充分暗适应的状态下，全黑视场中，人眼感觉到的最小光刺激值，称为人眼的绝对视觉阈。以入射到人眼瞳孔上最小照度值表示时，人眼的绝对视觉阈值在10-9lx数量级。以量子阈值表示时，最小可探测的视觉刺激是58～145个蓝绿光。对于点光源，天文学家认为正常视力的眼睛能看到六等星，六等星在眼睛上形成的照度近似为8.5×10-9lx。在实验室内用“人工星点”测定的视觉阈值要小些，为2.44×10-9lx。 §2.1 人眼的视觉特性与模型 3. 人眼的阈值对比度 通常，人眼的视觉探测是在一定背景中把 目标鉴别出来。此时，人眼的视觉敏锐程 度与背景的亮度及目标在背景中的衬度有关。 目标的衬度以对比度C来表示，即 式中，Lt和Lb分别为目标和背景的亮度。有时也将C的倒数称为反衬灵敏度。  3. 人眼的阈值对比度 背景亮度Lb、对比度C和人眼所能探测的目标张角α之间具有下述关系(Wald定律)  式中，x值在0～2之间变化。 对于小目标α 7′，则x=2，式(2-4)变为  即著名的Rose定律。若α1′ 时，就很难观察到目标。若目标无限大，则x→0。 3.人眼的阈值对比度 人眼视觉特性与视场亮度、目标对比度和目标大小等参数相关，1946年Blackwell用实验确定了在人眼各种视场亮度下对不同尺寸目标的阈值对比度。图示曲线说明：当观察亮度不同的两个面时，如果亮度很低就察觉不出差别。但如果将两个面的亮度按比例提高，并维持其C值不变，则到一定