人的视觉特征
人眼视觉特性（HVS）
⼈眼视觉特性（HVS）⼈眼视觉特性(⼀)2248671769qq.⼈眼类似于⼀个光学系统，但它不是普通意义上的光学系统，还受到神经系统的调节。
⼈眼观察图像时可以⽤以下⼏个⽅⾯的反应及特性：(1)从空间频率域来看，⼈眼是⼀个低通型线性系统，分辨景物的能⼒是有限的。
由于瞳孔有⼀定的⼏何尺⼨和⼀定的光学像差，视觉细胞有⼀定的⼤⼩，所以⼈眼的分辨率不可能是⽆穷的，HVS对太⾼的频率不敏感。
(2)⼈眼对亮度的响应具有对数⾮线性性质，以达到其亮度的动态围。
由于⼈眼对亮度响应的这种⾮线性，在平均亮度⼤的区域，⼈眼对灰度误差不敏感。
(3)⼈眼对亮度信号的空间分辨率⼤于对⾊度信号的空间分辨率。
(4)由于⼈眼受神经系统的调节，从空间频率的⾓度来说，⼈眼⼜具有带通性线性系统的特性。
由信号分析的理论可知，⼈眼视觉系统对信号进⾏加权求和运算，相当于使信号通过⼀个带通滤波器，结果会使⼈眼产⽣⼀种边缘增强感觉⼀⼀侧抑制效应。
(5)图像的边缘信息对视觉很重要，特别是边缘的位置信息。
⼈眼容易感觉到边缘的位置变化，⽽对于边缘的灰度误差，⼈眼并不敏感。
(6)⼈眼的视觉掩盖效应是⼀种局部效应，受背景照度、纹理复杂性和信号频率的影响。
具有不同局部特性的区域，在保证不被⼈眼察觉的前提下，允许改变的信号强度不同。
⼈眼的视觉特性是⼀个多信道(Multichannel)模型。
或者说，它具有多频信道分解特性(Mutifrequency channel decompositon )。
例如，对⼈眼给定⼀个较长时间的光刺激后，其刺激灵敏度对同样的刺激就降低，但对其它不同频率段的刺激灵敏变却不受影响(此实验可以让⼈眼去观察不同空间频率的正弦光栅来证实)。
视觉模型有多种，例如神经元模型，⿊⽩模型以及彩⾊视觉模型等等，分别反应了⼈眼视觉的不同特性。
Campbell和Robosn由此假设⼈眼的视⽹膜上存在许多独⽴的线性带通滤波器，使图像分解成不同频率段，⽽且不同频率段的带宽很窄。
第一节_人眼的视觉特性-总结
第一节人眼的视觉特性1、在一般情况下，如有两种光谱成分不同的光，只要三种光敏细胞对它们的感觉相同，则主观彩色感觉（包括亮度和色度）就相同。
2、格拉斯曼定律—复合光的亮度等于各光分量的亮度之和。
3、人眼的视觉范围有一定的限度，明暗感觉是相对的。
4、韦伯-费赫涅尔定律—亮度感觉与亮度L的对数成线性关系。
5、一方面，重现景物的亮度无需等于实际景物的亮度，而只需保持二者的最大亮度与最小亮度的比值不变；另一方面，人眼不能察觉的亮度差别，在重现景物时也无需精确复制出来。
6、人眼分辨景物细节有一极限值，对彩色细节的分辨能力远比对亮度细节分辨力低。
7、视觉的空间频率响应具有低通滤波器性质。
8、人眼存在视觉惰性—电影、电视放映的生理基础。
临界闪烁频率取决于亮度、亮度变化幅度、观看距离等。
一、人眼的亮度感觉1．人眼的光亮感觉光也是一种电磁辐射，人眼对780～380纳米之间电磁波的刺激有光亮的感觉，故波长在这个范围内的电磁波称为可见光。
2．人眼的彩色感觉人眼对780～380纳米之间的光还有彩色感觉，具体如图1-1所示。
3．人眼的视敏特性人眼对380～780纳米内不同波长的光具有不同的敏感程度，称为人眼的视敏特性。
衡量描述人眼视敏特性的物理量为视敏函数和相对视敏函数。
1）视敏函数在相同亮度感觉的条件下，不同波长上光辐射功率的倒数可以用来衡量人眼对各波长光明亮感觉的敏感程度。
称为视敏函数。
2）相对视敏函数实验表明，人眼对波长为555纳米的光最敏感，因此把任意波长的光的视敏函数与最大视敏函数值K(555)相比的比值称为相对视敏函数，记为：如图1－2所示，左边的曲线是暗视觉曲线，右边的是明视觉曲线。
二、人眼亮度感觉的特性（描述人眼对光亮差别的感觉特性）1．亮度：光源或反射面的明亮程度，亮度的单位为（坎德拉/平方米）。
2．亮度视觉的范围：人眼总的感光范围极其宽广，明视觉的亮度感觉范围为到量级，而暗视觉的感觉范围为千分之几到几个。
人眼特征及视觉感知解析
• · 当有光线时，人眼睛能辨别物象本体的明暗。物象有了 明暗的对比，眼睛便能产生视觉的空间深度，看到对象的 立体程度。同时眼睛能识别形状，有助我们辨认物体的形 态。此外，人眼能看到色彩，称为色彩视或色觉。此四种 视觉的能力，是混为一体使用的，作为我们探察与辨别外 界数据，建立视觉感知的源头。
• 眼睛除了要辨认物象的特征，还要知道对象的位置，及其活动上的变 化，才可驱使身体其它部位作出相应的动作。 • · 在理解自身与外界之间的距离或深度，人类的知觉，可从视野所得 的资料中，抽出有关空间的提示，从而知识到自己与各种对象的距离。 视网膜是视觉的核心，它是一片平面的薄膜，获得的物象是平板而缺 乏立体感的。所以知觉需要组织起其它信息，才能做出对深度的感知。 人类的眼球天赋便有辨别立体深度和距离的本能，因为人类是用双目 平排而视。同时通过外物在视野范围中所形成的物象大小，以及排列 或表现的状态，认知该物与我们的距离。甚至可通过形状及色彩获得 有关距离的资料。 • · 眼睛能看到物体的移动，有助辨别物体的方向和运动的速度。
• 影像感知 • · 眼睛后段是感光的部分。后段有视网膜，它是由两种感 光细胞所组成，这两种细胞因其形状而名为杆状细胞(rod cells)和锥状细胞(cone cells)，作用是将水晶体聚焦而成 的光线变成电信号，并由神经细胞送往脑部。视网膜上的 神经会聚并连结到大脑的一点，由于没有光线的受体，所 以大脑无法感知聚焦该处的影像，故名盲点。
• 视觉区域 • · 感觉光暗的杆状细胞和感觉色彩的锥状细胞在视网膜表 面并不是平均分布的，在感知中起重要作用的锥细胞大部 分集中在视网膜中的一小片称为黄点的地方。因此我们在 观看景物和阅读时，注意力只是集中在视野ห้องสมุดไป่ตู้围一半不到 的区域。
人眼视觉特性(HVS)
人眼视觉特性(一).com人眼类似于一个光学系统，但它不是普通意义上的光学系统，还受到神经系统的调节。
人眼观察图像时可以用以下几个方面的反应及特性：(1)从空间频率域来看，人眼是一个低通型线性系统，分辨景物的能力是有限的。
由于瞳孔有一定的几何尺寸和一定的光学像差，视觉细胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是无穷的，HVS对太高的频率不敏感。
(2)(4)(5)(6)段，一幅当人眼睛的视网膜受到光的刺激时，所引起的色觉经验具有三种心理性向度，即色彩亮度和饱和度。
色彩之不同，取决于光的波长，而亮度的高低则与光的波幅成正比，但也与光的波长有关。
在白天，波长550nm左右的光最亮，而在夜晚，波长510nm左右的光最亮饱和度是指颜色的纯度。
其饱和度越大，其色彩越鲜艳，反之，越灰暗。
1.2人眼对光谱的灵敏度在人眼的视网膜上有两种视觉细胞，即锥状细胞和杆状细胞。
锥状细胞不但可以接受色彩的刺激，还可以感受亮度的刺激。
所以，在白天书画光下，人眼可以同时识别彩色与非彩色的物体，但到了夜间或暗处，锥状细胞即失去感光作用,视觉功能由杆状细胞取代.此时，人眼便无法感觉彩色，仅能辨别白色和灰色。
1.3明视觉暗视觉与中介视觉明视觉在环境亮度大于10cd.m2时,视觉完全由锥状细胞起作用,最的的视觉响应在光谱蓝绿区间的555nm处,在这样亮度的环境中的视觉特性称为明视觉。
暗视觉在环境亮度低于10-2cd.m-2时,锥状细胞失去感光作用,视觉功能由杆状细胞取代,人眼失去感觉彩色的能力，仅能辨别白色和灰色.在这样亮度的环境中的视觉特性称为暗视觉.中介视觉当景物的亮度增加到10-2cd.m-2以上时,除明亮度增加外,还可以发现三个效应。
首先，中心凹的察觉开始变得和边缘部分的察觉一样容易。
其次，可以感觉到颜色，开始时弱，其后增强。
第三，随着亮度的变化，锥状细胞和杆状细胞对视觉的作用也随之发生变化。
1.4明适应暗适应和比视感度480nm较差。
第五章 人的视觉特征及其在空间布置中的作用
第五章
人的视觉特征及其在空 间布置设计中的应用
第一节 人的视觉特征
• 人眼刚刚能看辨别到物体时，背景与物体之间 的最小亮度差称为临界亮度差。临界亮度差与 背景亮度之比称为临界对比；临界对比的倒数
对 称为对比感度。
比
Cp=Δ Lp/Lb=(Lb-Lo)/Lb
感
Sc=1/Cp
度 • 对比感度与照度、物体尺寸、视距、和眼的适 应情况等因素有关。对比感度愈大，辨别物体
愈清楚。在理想情况下，视力好的人，其临界
• 一般对某一颜色光预适应后，再观察其它颜色，则其 明度会降低；饱和度的变化则和两颜色的色相有关， 若两颜色互为补色，其饱和度会提高，否则会降低。
视觉的适应
• 研究的意义：在进行工作面和环境设计时应 考虑明、暗适应和颜色适应。
• 明暗适应要求工作面的光亮要均匀，避免工 作面上产生阴影，以防眼睛频繁适应各种不 同光亮造成的视疲劳。
180。 白 120 。黄 100。蓝
60 。绿红
130 白
。
95
。80。
。 45
。 40
黄
蓝
红 绿
Hale Waihona Puke 视角• 视角：被看目标物的两点光线投入眼球
的交角。
A
眼睛能分辨被看目标 物最近两点光线投入眼球
时的交角，称为临界视角。
α
视 角
D
视力为1.0，即视力正
常，此时的临界视角=1
人眼视觉原理
标准基色和色度图
XYZ颜色模型 CIE(国际照度委员会)
X,Y,Z表示产生一种颜色所
需要的三基色的量
C xX yY zZ x y z1
x X X Y Z
y Y X Y Z
z Z X Y Z
X=0.4902R+0.3099G+0.1999B Y=0.1770R+0.8123G+0.0107B
LbC2α2 const
2020/8/10
精品课件
人眼的视觉特性
光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同 的灵敏度（响应），对大量正常视力观察者的实验表明：
在较明亮环境中，人眼视觉对波长0.555μm左右的绿光最敏感；
在较暗条件下，人眼视觉对波长0.512μm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：
免颜色受到光照明暗(I)等条件的干扰, 仅仅 分
析反映色彩本质的色调和饱和度 • 广泛用于计算机视觉、图像检索和视频检索
精品课件
5. HSI颜色模型
H（色调）： 为角度，从0到360；
S（色饱和度） ： 从0到1，S＝0时只有灰度；
I（明度）： I从0到1， I＝0是黑色， I=1是白色
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编码
按照一定的规律，将时间和幅度上离散信号
用对应的二进制或多进制代码表示。
2比特码
8
比特码
幅
（4个）
度
（256个）
11
10001011
10
t 以上是分10别00用1010210和8比特码量化的电平。
t
根据取样10的00量100化1 电平数，确定量化比特码
数。
色彩学第二章(人眼视觉成像原理)
如图中的a。同一物体，离人越近， 视角越大，离人越远，视角越小。
视觉功能——视角 视觉功能
由 tan(a/2) = A/2D ， tan(a/2 A/2 得 出 a = A/D 不同物体在跟人眼相 同距离时，物体越大， 则视角越大，物体在 视网膜上成的像越大。
视觉功能——视觉敏锐度 视觉功能
二．视觉敏锐度 1．视觉敏锐度：人们使用视觉器官辩认外界物体的敏锐程度。 表示视觉辩认物体细节的能力，在医学上称为“视力” 2．视觉辩认物体细节的能力与观察距离有很大关系 视觉敏锐度（V）以视角进行计算，是视觉所能分辨的视角的倒数。 V=1/α（α单位为分） 平时我们说的视力1.0，就是说，在规定的距离下，人的眼睛能 够分辩角度为1/60度（1')的物体的细节。因为人眼的视锥细胞间的 距离为6微米，所以，我们的眼睛的分辩能力并不怎样强的。这一点 和主观感觉上有不小差异。
人眼的构造——视网膜 人眼的构造
人眼的构造——视网膜 人眼的构造
视觉器官的两重功能:明视觉与暗视觉 1．视锥细胞与明视觉 a．视锥细胞特性：包含感红，感绿，感蓝细胞主要感受颜色的差 别，而对明暗的感觉比较低，对光的敏感性小，只有达到一定照 度的情况下，视锥细胞才起作用。 b．明视觉：指在光亮的条件下，由锥体细胞起作用的辩认物体细 节和颜色的视觉。 2． 视杆细胞与暗视觉 a. 视杆细胞特性：感受物体的明暗，对光的敏感程度高，不能感 受物体颜色的差别。 b. 暗视觉：指视杆细胞的活动特性，可以在光线很暗的情况下工 作，不能反映色光的差异。
视觉的特性——光谱光效率函数 视觉的特性
在明光条件下，眼睛对波长555nm的黄绿 在明光条件下，眼睛对波长555nm的黄绿 555nm 光部分感受性最高， 光部分感受性最高，即这个波长的光只需要 较小的能量就能与标准光的明度相匹配。 较小的能量就能与标准光的明度相匹配。也 就是说明是绝对光谱的黄绿色光部委最敏感。 就是说明是绝对光谱的黄绿色光部委最敏感。 而暗视觉对光谱的蓝绿色部位即510nm 510nm最 而暗视觉对光谱的蓝绿色部位即510nm最 敏感。 敏感。 相应敏感程度见左图。 相应敏感程度见左图。
二、人眼的视觉特性.
二、人眼的视觉特性.二、人眼的视觉特性任何重现的彩色图像都要由人的眼睛作出评价，所以人眼的特性和局限性决定了彩色电视系统的主要性能。
所以在介绍主要内容之前有必要先了解人眼的视觉特性，以便合理的选择电视系统的基本参数量。
1．人眼的视敏特性与视敏函数视敏特性人眼的视敏特性是指人眼对不同波长的光具有不同的灵敏度的特性叫视敏特性。
视敏特性常用视敏函数来表示。
⑴视敏函数为确定人眼对不同波长光的敏感程度可作如下实验：用不同光谱的单色光源发光，由“标准观察者”的眼睛观看，当观察者对所有单色光源发出的光获得相同的亮度感觉时，测量此时各不同的单色光源的辐射功率P（λ），显然P（λ）越大，说明人眼对该波长的光越不敏感。
相反，P（λ）越小，说明人眼对该波长的光越敏感。
通常我们用辐射功率的倒数来衡量人眼对波长λ光的敏感程度。
我们把辐射功率的倒数称为视敏函数，即：K（λ）=1/ P（λ）式中：P（λ）为辐射功率K（λ）越大说明人眼对该波长的光越敏感。
⑵相对视敏函数7 通常把任意波长光的视敏函数与最大视敏函数的比值称为相对视敏函数。
在明亮条件下，人眼对555nm黄绿光有最高的灵敏度，故：V（λ）= K（λ）/K（555）=P（555）/ P（λ）在暗视觉条件下，V（λ）= K’（λ）/K’(507)=P’(507)/ P’（λ）⑶相对视敏函数曲线相对视敏函数曲线是根据正常视力的观察者实验统计的结果得到的曲线。
如图1-26 所示。
图1-26 相对视敏曲线由图可知：对于明视觉，当λ=555nm 时（为黄绿光），亮度感觉最大。
对于暗视觉，当λ=507nm 时（为青偏绿），亮度感觉最大。
在电视技术中都是采用明视觉曲线的。
8 明暗视觉曲线为何不重合？这是因为在明、暗两种情况下，是由不同的光敏细胞作用的结果。
在人眼的视网膜上有两种光敏细胞：其一是杆状细胞，其灵敏度高，但只能辨别明亮，不能辨别颜色。
在暗视觉条件下主要是由杆状细胞起作用。
人眼视觉原理.2ppt
3. RGB颜色模型
R（红）G（绿）B（蓝） （0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色
一种颜色 C rR gG bB
3. RGB颜色模型
R（红）G（绿）B（蓝）
0.8 0.7
0.1
0.2
0.7
• CMY(青、品红、黄)、CMYK (青、品红、黄、黑）
– 运用在大多数在纸上沉积彩色颜料的设备，如彩色打印机和复印机 – CMYK
• 饱和度：纯度 该频率的颜色表现
能量分布
能量E
频率
红
紫
白色光
纯度 依赖于Ed与Ew差别
Ew=0 纯度100%
Ed=Ew
Ed
纯度0
Ew
红
紫
某主频光
RGB三基色
• RGB三基色 – 基本颜色 可用来生成其他颜色的两种或三种颜色 – Blue=435.8nm – Green=546.1nm – Red=700nm
x, y, z：色系数
CIE色度图 作用：为不同基色组比较整个颜色范围
标识互补颜色 确定颜色主波长和纯度
2. 标准基色和色度图
2. 标准基色和色度图
2. 标准基色和色度图（续）
3. RGB颜色模型
R（红）G（绿）B（蓝） （0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色
一种颜色 C rR gG bB
计算机技术中，一个字节可以表示 0~255范围内的值，但作为视频信号幅 度，只能在0~100 IRE单位之间。
注：IRE是视频测量中的单位，广播级视频电平规定了任何视频信号在播放时 的亮度电平都不能超过100 IRE。
视频分辨率
视频质量通常用线分辨率来度量； 本质上是表示在显示器上可以显示多少不同的黑 白垂直线；
安全人机工程学课件：人的视觉特征
主要内容
CONTENTS
1
2
3
适应
眩光
视错觉
一、适应
人眼对光亮变化的顺应性称为适应。
• 暗适应——是指人从光亮处进入黑暗 处时，需要经过一定时间（约30min） 以后才能逐渐看清被视物，这种视觉 感受性逐渐提高的过程叫暗适应。
• 明适应——是指人从暗处进入亮处时， 需要经过一定时间（约1min）以后才 能看清视物的适应过程。
三、视错觉
色彩错觉
三、视错觉
大小错觉
看起大些
图A
图B
三、视错觉
长短错觉
看起长些
三、视错觉
形状错觉
பைடு நூலகம்
不是直线
三、视错觉
形状错觉
看起不圆
《安全人机工程》
三、视错觉
人在观察物体时，由于视网膜受到光线的刺激， 使得视觉印象与物体的实际大小、形状存在差 异，这种现象称视错觉。
主要类型有形状错觉、色彩错觉及物体运动错 觉等。常见的形状错觉有长短错觉、方向错觉、 对比错觉、大小错觉、远近错觉及透视错觉等。 色彩错觉有对比错觉、大小错觉、温度错觉、 距离错觉及疲劳错觉等。
二、眩光
当视野内出现亮度过高或对比度过大的光时，眼睛常常无法适应，这种刺眼 或耀眼的强光线叫眩光。 眩光多来源于外界物体表面过于光亮、亮度对比过 大或直接强光照射。 眩光可使人眼感到不舒服，使可见度下降，并引起视力的明显下降。
眩光造成的影响主要有： • 使暗适应破坏，产生视觉后象。 • 降低视网膜上的照度。 • 减弱观察物体与背景的对比度。 • 观察物体时产生模糊感觉等，从而影响操作者的正常作业。
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人的视觉特征
①眼睛沿水平方向运动比沿垂直方向运动快而且不易疲劳；一般先看到水平方向的物体，后看到垂直方向的物体。
因此，很多仪表外形都设计成横向长方形。
②视线的变化习惯于从左到右，从上到下和顺时针方向运动，所以，仪表的刻度方向设计应遵循这一规律。
③人眼对水平方向尺寸和比例的估计比对垂直方向尺寸相比例的估计要准确很多，因而水平式仪表的误读率(28％)比垂直式仪表的误读率(35％)低。
④当眼睛偏离视中心时，在偏离距离相等的情况下，人眼对左上限的观察最优，依次为有上限，左下限，而有下限最差。
视区内的仪表布置必须考虑这一特点。
⑤两眼的运动总是协调的、同步的，在正常情况不可能一只眼睛转动而另一只限睛不动；在一般操作中，不可能一只眼睛视物，而另一只眼睛不视物。
因而通常都以双眼视野为设计依据。
⑥人眼对直线轮廓比对曲线轮廓更易于接爱。
⑦颜色对比与人眼辨色能力有一定关系。
当人从远处辨认前方的多种不同颜色时，其易辨认的顺序是红、绿、黄、白，即红色最先被看到。
所以，停车、危险等信号标志都采用红色。
当两种颜色相配在一起时，则易辨认的顺序是：黄底黑字，黑底白字、蓝底白宇、白底黑字等。
因而公路两旁的
交通标志常用黄底黑字(或黑色图形)。