人眼视觉原理
视觉 原理
视觉原理
视觉原理是人类通过眼睛接收光线并将其转化为大脑能够理解的图像的过程。
视觉原理涉及到眼睛的解剖结构、光线的传递、图像形成和处理等多个方面。
人眼的解剖结构包括角膜、晶状体、玻璃体等组织。
当光线进入眼睛时，首先通过角膜，然后通过晶状体被聚焦到视网膜上。
视网膜是由视觉感受器细胞构成的，这些细胞能够感受光线的强度和颜色。
当光线打在视网膜上时，感光细胞会将光信号转化为神经信号，并通过视神经传递到大脑的视觉中枢区域。
大脑通过对这些信号的处理和解读，将其转化为我们所能看到的图像和颜色。
视觉原理中一个重要的概念是视觉感知。
视觉感知是指大脑对图像和颜色进行解读和理解的过程。
通过视觉感知，我们能够识别物体、感知空间位置和距离、辨别颜色和亮度等。
视觉原理还涉及到一些视觉现象的解释，例如色彩盲、视力矫正、深度感知等。
这些现象可以通过对光传递、视觉感受器细胞和大脑处理过程的理解来解释。
总之，视觉原理是指人类通过眼睛接收光线，并通过大脑对光信号的处理和解读，实现对图像和颜色的感知和理解的过程。
这个过程涉及到眼睛的解剖结构、光线的传递、图像形成和处理等多个方面。
人眼的视觉原理
人眼的视觉原理
人眼的视觉原理主要涉及光线入射、感光换能、视神经传导和大脑整合等过程。
1.光线入射：当光线从物体发出并进入人眼时，首先通过眼的折光系统，如角膜和晶状体，这些结构对光线进行折射和聚焦，将其映射到视网膜上。
2.感光换能：视网膜上的视神经细胞受到光线刺激后，将光信号转变成生物电信号。
这一过程主要涉及视网膜上的两种细胞：视杆细胞和视锥细胞。
视杆细胞对光线强度有反应，而视锥细胞则对颜色敏感。
3.视神经传导：这些生物电信号随后通过视神经传至大脑，这一过程中，信号经历了复杂的神经处理过程。
4.大脑整合：最后，这些信号在大脑中被整合起来，形成我们所看到的图像。
大脑通过对这些信号的分析、判断、识别等过程，使我们能够看到物体的形状、颜色等特征。
此外，视觉的形成还需要完整的视觉分析器，包括眼球（折光系统）和大脑皮层枕叶（处理视觉信息）。
当我们看东西时，物体的影像经过瞳孔和晶状体，落在视网膜上，视网膜上的视神经细胞在受到光刺激后，将光信号转变成生物电信号，通过神经系统传至大脑，再根据人的经验、记忆、分析、判断、识别等极为复杂的过程而构成视觉，在大脑中形成物体的形状、颜色等概念。
人眼视觉感知原理
人眼视觉感知原理人眼是人类视觉感知的重要器官，它通过感光细胞和大脑的协同作用，使我们能够感知到外界的光线、颜色、形状和运动，并解析成我们所理解的视觉信息。
人眼视觉感知的原理主要包括感光细胞的工作原理、光线在眼球中的传播过程以及大脑对光信号的处理过程。
首先，感光细胞是人眼视觉感知的基础。
人眼中有两种类型的感光细胞，分别是视锥细胞和视杆细胞。
视锥细胞分为三种类型，分别对应于红、绿、蓝三原色光的感知，它们主要负责夜间光线不足时的视觉感知和颜色的感知。
而视杆细胞只有一种类型，它对光线的感知非常灵敏，主要负责白天的视觉感知以及运动的感知。
当光线进入眼睛后，它会被感光细胞中的视黄酸衍生物吸收，并将光信号转化为神经冲动，然后传递给神经元。
其次，光线在眼球中的传播过程也是人眼视觉感知原理的一部分。
当光线进入眼睛后，首先穿过角膜，然后通过虹膜进入晶状体。
角膜和晶状体共同组成了一个凸透镜，通过改变晶状体的形状和位置，可以调节光线的聚焦距离，从而使远处或近处的物体形成清晰的像。
然后，光线穿过晶状体后，进入到眼球后部的视网膜上。
视网膜上有成千上万个感光细胞，它们接收到光线后将光信号转化为神经信号，并传递给大脑。
最后，大脑对光信号的处理过程是人眼视觉感知的重要环节。
光信号从视网膜传入触发视觉信息处理的神经元，其中一种类型是叫做中央视觉通路的神经元，它们起着传递光信号的功能。
光信号在大脑的后枕叶中被分解为不同的特征，比如颜色、形状和运动等。
这些特征被传递到处理视觉信息的区域，如视觉皮层，进一步加工和整合。
最后，大脑将这些处理过的信号解释为我们所见到的外界物体和场景，从而形成我们的视觉感知。
总体来说，人眼视觉感知原理涉及到感光细胞的工作原理、光线传播过程以及大脑对光信号的处理过程。
这些过程相互协同作用，使我们能够感知到外界的光线、颜色、形状和运动，并解析成我们所理解的视觉信息。
人眼视觉感知的原理的了解有助于我们更好地理解人类视觉的机制，也对视觉科学和医学有重要意义。
眼睛的视物原理
眼睛的视物原理
视物原理是指人眼通过光线的折射和屈光作用，使得光线能够聚焦在视网膜上，产生清晰的图像。
视物的原理可以分为以下几个步骤：
1. 光线进入眼睛：当光线从外界进入眼睛时，首先经过角膜，这是眼睛最外层的透明窗户，它能够帮助聚焦光线。
然后光线经过眼睛的瞳孔，通过瞳孔的大小调节进入眼球的量。
2. 光线折射：进入眼球后，光线会经过晶状体的折射作用。
晶状体是眼球内部的一个凸透镜，它能够调节光线的折射程度，使得光线能够聚焦在正确的位置上。
如果晶状体的曲率不正常，就会导致视觉问题，如远视或近视。
3. 图像形成：光线聚焦在视网膜上，形成倒立的图像。
视网膜是眼球内部的光敏感受器，它包含大量的感光细胞。
当光线落在感光细胞上时，会产生化学反应，将光信号转化为电信号。
4. 电信号传导：视网膜上的感光细胞将电信号传递给视神经，经过一系列传导过程后，最终到达大脑的视觉中枢，被解读为视觉信息。
总结起来，眼睛的视物原理包括光线的进入、折射和聚焦在视网膜上形成图像，然后通过感光细胞和神经传递，将图像转化为电信号并传递至大脑解读。
这个过程使我们能够看到周围的世界。
人眼通过认知视觉输入信息
人眼通过认知视觉输入信息视觉是人类最重要的感官之一，人眼通过认知视觉输入信息，进而构建对外在世界的认知和理解。
我们每天都会接收到大量的视觉信息，这些信息通过眼睛的视觉系统被转换为神经信号，被大脑处理和解读。
在这篇文章中，我们将探讨人眼视觉系统的工作原理以及它如何通过认知来处理输入信息。
人眼视觉系统的工作原理可以简单概括为光线进入眼睛，经过晶状体的折射和虹膜的调节，最终形成在视网膜上的倒立、微缩的光影像。
视网膜是眼睛的内层，其中含有特殊感光细胞——视杆细胞和视锥细胞，它们感受不同光强度和颜色的信息。
当光线通过视杆细胞和视锥细胞刺激视网膜时，这些细胞会产生电信号，然后将信号传递给视神经。
视神经是连接视网膜和大脑的通道，将光信号传送到大脑的视觉皮层进行进一步的处理和解读。
大脑的视觉皮层位于顶叶后部，是处理视觉信息的主要区域。
在视觉皮层中，光信号被转换为我们所熟悉的形状、颜色、运动等信息，并与大脑中的其他感官系统相互交互，从而帮助我们构建对外界的综合认知。
在人类的认知过程中，视觉输入信息起着至关重要的作用。
人类通过视觉系统接收到的信息占据了大脑处理信息的很大部分。
视觉输入信息让我们能够感知周围的环境，识别和区分不同的物体、人物和场景，帮助我们进行导航、决策和交流。
首先，视觉输入信息帮助我们识别物体。
人眼通过对输入信息中的线条、形状、纹理和颜色等特征进行特定的处理，将它们与大脑中的存储的模式进行匹配。
这种模式匹配过程使我们能够快速准确地识别出周围的物体，如人脸、动物和物体。
其次，视觉输入信息使我们能够感知和理解环境。
通过对输入信息中空间位置、光照、色彩对比度等特征的处理，我们能够获得关于环境的信息，例如识别出现实世界的考察物体的远近、高低、上下等。
这种环境感知能力对于导航和定位至关重要，在日常生活中发挥着重要作用。
此外，视觉输入信息还帮助我们理解运动。
通过对输入信息中连续帧之间的变化和位移的处理，我们能够感知运动和变化，从而对周围世界的动态特征进行理解。
人类看得到物体的原理
人类看得到物体的原理
人类能够看到物体的原理主要有以下几点:
1. 物体反射或发出光线,进入人眼睛。
2. 光线首先通过人眼的角膜、瞳孔进入眼球,然后折射到眼球内的晶状体。
3. 晶状体将光线汇聚并投射到眼球内后部的视网膜上。
4. 视网膜有照光感受器视锥细胞和视杆细胞,它们能感受光线,并将光能转化为神经冲动。
5. 不同类型的感受细胞分别对颜色和明暗敏感,并以不同频率产生冲动。
6. 这些视觉神经冲动通过视神经传递到大脑的视觉皮层区域。
7. 视觉皮层对神经冲动进行解析,构建物体的图像信息,如形状、颜色、运动等。
8. 然后与存储的视觉记忆进行匹配,最终将物体识别出来。
9. 物体边缘的对比、相邻关系也会加入判断,以校正位置和关系。
10. 视觉皮层对各部分信息进行综合,才能产生一个完整清晰的视觉图像。
11. 所以人能够看到物体的实质是大脑对光线编码信息的解析、识别和理解。
12. 如果视觉路径的任何部分受损,都可能引起视力障碍或失明。
综上所述,人眼和大脑共同参与将光信息转化为视觉的过程,这就是人类能够看见物体的科学原理。
人眼视觉原理：光线如何通过眼睛产生视觉
人眼视觉原理：光线如何通过眼睛产生视觉
人眼视觉原理涉及到光线如何通过眼睛产生视觉的过程，包括光的折射、眼睛的结构、视网膜的作用等。
以下是人眼视觉的基本原理：
1. 光的折射：
角膜和晶状体：当光线穿过眼睛表面的角膜和晶状体时，由于它们的曲率，光线会发生折射。
2. 眼睛的结构：
巩膜和虹膜：巩膜是眼球表面的白色区域，而虹膜是有色的环形结构，它们控制着进入眼睛的光量。
瞳孔：虹膜中央的孔道称为瞳孔，通过它调节光线的量，瞳孔在弱光中会放大，而在强光中会缩小。
玻璃体和玻璃体悬挂韧带：玻璃体是眼球内部的透明凝胶状物质，玻璃体悬挂韧带连接晶状体。
3. 焦距调整：
晶状体的调整：眼睛通过调整晶状体的形状来改变光的焦距，从而使物体的清晰影像投影到视网膜上。
4. 视网膜的作用：
视网膜：光线经过眼球的折射和调焦后，最终在视网膜上形成倒置的实像。
感光细胞：视网膜上有两种主要类型的感光细胞，分别是视锥细胞（对颜色敏感，主要负责白天视觉）和视杆细胞（对光强敏感，主要负责夜晚和昏暗环境的视觉）。
5. 神经传递：
视神经：感光细胞产生电信号，通过视神经传递到大脑的视觉皮层。
6. 大脑解码：
大脑处理：大脑对传递过来的电信号进行解码和整合，形成我们所看到的图像。
7. 三维视觉：
双眼视差：由于人类有两只眼睛，双眼之间的微小差异称为视差，通过这种视差，我们能够感知深度和三维空间。
人眼视觉的原理涉及到光的折射、眼球结构、焦距调整、视网膜的感光细胞、神经传递和大脑处理等多个步骤。
这个复杂的过程使我们能够感知到周围环境的光学信息。
人类眼睛的视觉原理
人类眼睛的视觉原理人类眼睛是我们感知世界的重要器官，视觉是我们日常生活中最为重要的感觉之一。
眼睛能够通过光线的反射，将图像记录在视网膜上，使我们看到各种物体。
了解人类眼睛的基本原理可以帮助我们更好地理解我们所看到的世界。
1. 颜色感知光线对于颜色的感知是我们在日常生活中最为熟悉的。
人类眼睛能够感知不同波长的光线，从而感知各种颜色的物体。
光线的波长决定了我们感知到的颜色的种类。
例如，红色光线的波长为约700纳米，而绿色光线的波长为约500纳米。
当这些光线反射到眼睛时，我们才能感知到它们代表的颜色。
2. 感知深度感知深度是指我们可以区分前景和背景物体的能力。
我们可以通过固定物体的大小和位置，从而判断它们的距离。
这种感知深度的方式被称为“单眼视差”。
当我们处于一个物体的前方时，这个物体会遮挡其他前方物体的一部分。
眼睛会将这种覆盖关系发送到大脑，从而帮助我们感知到距离。
3. 视角视角是指我们在眼睛位置的特定方向上可以看到的区域。
人类的视角大约为160度，但是我们只能够清晰地看到中央30度的区域。
在这个中央区域内，我们有最高的分辨率和色彩感知能力。
这是因为在中央区域，感光细胞密度最高，而在周围区域，感光细胞密度逐渐降低。
4. 瞳孔瞳孔是眼睛的黑色部分，它可以调节光线的进入量。
在弱光条件下，瞳孔会放大，以便更多的光线进入眼睛。
在强光条件下，瞳孔会收缩，以限制光线的进入量。
这是为了保护视网膜免受过度光线损伤。
5. 视锥细胞和视杆细胞视锥细胞和视杆细胞是视网膜上的两种感光细胞类型。
视锥细胞对颜色和细节的感知更为敏感，而视杆细胞对光线强度和运动感知更敏感。
视锥细胞主要分为三种类型，分别对应于红、绿、蓝三种颜色。
这使得我们能够分辨世界上的各种颜色。
综上所述，了解人类眼睛的视觉原理可以帮助我们更好地理解我们所看到的世界。
无论是颜色感知、深度感知还是瞳孔的功能，这些基本原理都对我们的视觉能力产生深远的影响。
随着科学的不断发展，我们对于人类眼睛的认识也会不断更新和深化。
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2020/11/17
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视网膜的结构
杆状细胞 锥状细胞
视细胞的分布
视网膜
2020/11/17
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视觉的适应
明视觉 暗视觉 中介视觉 颜色适应
暗视觉
中介视觉
3×10-5cd/m2
明视觉
3cd/m2
3×105cd/m2
2020/11/17
精品课件
人眼的视觉特性
绝对视觉阈：全黑视场下，人眼感觉到的最小光刺激值，约10－9 lx量级。
二次色
品红（magenta）：红+蓝 青（cyan）：蓝+绿 黄（yellow)：红+绿
补色
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标准基色和色度图
原色：如果将X,Y,Z三种颜色适当混合即可产生 白色效果，而其中两种颜色组合不能产生第三种颜 色，这三种颜色称为原色。即红、绿、兰为原色。
CrR gG bB
实验发现，很多颜色的光无 法用RGB三种原色组合获得。 例如，500nm颜色=G+B-R RGB彩色监视器无法获得
第一章 数字视频基础
1.0. 视频应用 1.1. 人类视觉系统与模型 1.2. 彩色模型 1.3. 数字视频基础 1.4. 多维随机信号分析
2020/11/17
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视频应用
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视频应用
图像与视频信号处理无所不在
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视频应用
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目标的检测与识别
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图像与视频拼接
普通相机视场：50×350 人眼视场：200×800
一种颜色 CrR gG bB
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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 CrR gG bB
精品课件
3. RGB颜色模型
R（红）G（绿）B（蓝）
0.8 0.7
0.1 0.2
0.7
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CMY(青、品红、黄)、CMYK (青、品红、黄、 黑）
灵敏度：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(波长为0.51m)的光子轰击角膜引起的，据估算，这一刺 激只有5~14个光子实际到达并作用于视网膜上。
分辨力： 对比度：1图0-6lx案不同，对对比度的要求也不同（如点与点：26％； 方波条纹之间：3％） 信噪比：人眼观察物1体0-5lx需要排出干扰，如果干扰太大将影响到人 眼的观察效果。图案不同，人眼对信噪比的要求不同（如方波图 案：1～1.5左右；余弦图案：3～3.5左右）
10-4lx
10-3lx
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光波与颜色
波长与颜色关系
无
次
线
红红
声声 电 微 外色
波波 波 波 线光
可 见 光
紫紫 色 外射 光 线线
X
可见光频率范围：红 橙 黄 绿 兰 紫 4.3X1014Hz----
7.5X1014
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光波与颜色
由红绿蓝三色组成的颜色
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光的特征
色调：主频率 决定颜色
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
打印中的主要颜色是黑色 等量的CMY原色产生黑色，但不纯 在CMY基础上，加入黑色，形成CMYK彩色空间
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4. CMY颜色模型
RGB是加色模型，CMY是减色模型
C 1 R
M
1
G
Y 1 B
R 1 C
阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的 圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。
对比度C：当Lt和Lb分别为目标与背景的亮度时，对比度表示为：
C Lt -Lb Lb
由于背景亮度、对比度和人眼所 能探测的目标张角三者之间存在制约 关系（Wald定律），特别是在目标张 角<7’，时，存在Rose定律：
LbC2α2 const
2020/11/17
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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：
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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
G
1
M
B 1 Y
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5. HSI颜色模型
• 面向视觉感知的颜色模型 • HSI(色调hue、饱和度saturation、亮度 intensity）
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运动视频分析系统
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运动视频分析系统
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运动视频分析系统
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1.1. 人眼的视觉特性与模型
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1.1. 人眼的视觉特性与模型
人眼的构造
视网膜的结构（杆状细胞，锥
状细胞）
视细胞的分布
人眼的视觉特性
视觉的适应
绝对视觉阈
阈值对比度
光谱灵敏度
分辨力
视觉系统的调制传递函数
亮度
单位时间、单位角度、单位投射面上光源幅射能量
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
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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
Z=0.0000R+0.0101G+0.9899B
x, y, z：色系数
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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
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2. 标准基色和色度 图
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2. 标准基色和色度图（续）
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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
人眼的分辨力：人眼能区分 两发光点的最小角距离称为 极限分辨角θ，其倒数为人 眼分辨力。
从内因分析，影响分辨力的 因素为眼睛的构造。
从外因分析，是目标的亮度 与对比度。
人眼会根据外界条件自动进行 适应，从而可以得到不同的 极限分辨角。
2020/11/17
暗视觉
明视觉
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人眼观察物体的要求