【正文】 第二章 視覺和電視顯示基本原理 ? 顯示器顯示的信息是供人眼觀看的， 人的眼睛是人類視覺系統(tǒng)的重要組成部分，它是很復雜的器官。人眼的生理特性對制訂顯示規(guī)范有很大的影響。 視覺信息的產(chǎn)生 圖像處理的許多目標 ， 最終要通過人眼來判斷所處理的結(jié)果 。 有必要研究人類視覺系統(tǒng)的特點 ， 并研究它的 等效數(shù)學 — 物理模型 。 中央凹 一 .人類視覺構(gòu)造 人眼的外形接近于球形，是一個直徑為 24mm的球狀體，眼球壁由 鞏膜、脈絡膜 和 視網(wǎng)膜 組成。 角膜、鞏膜； (在眼球壁最外一層，呈白色，是眼球的保護層。鞏膜前面 1/6的透明部分叫角，光線從角膜射入眼內(nèi)。 ) 脈絡膜（有豐富血管和色素，起輸送養(yǎng)料作用）、睫狀肌）、虹膜（ 脈絡膜最前面的環(huán)形部分） 視網(wǎng)膜 (第三層為 視網(wǎng)膜 ,約占眼球內(nèi)表面的 2/3 )黃斑 中央凹 錐體細胞－明視覺細胞 桿體細胞－暗視覺細胞 人 眼 ：白色堅韌 ,厚 ~ ：透明，R:8mm ● ：黑色不透光 —水狀體 :淡鹽溶液 ,折射率 液 — 玻璃體 :含大量水份膠狀物 ,折射率 ：帶色的彩帶 ：直徑：~8mm — 眼珠 ,折射率為 狀物 ,前后曲面半徑 :10mm,6mm :視神經(jīng)網(wǎng) :不引起視覺 直徑 :2mm :最敏感直徑 ? 視覺特性 人眼的視網(wǎng)膜上有大量的光敏細胞，按其形狀可分為 桿狀細胞 和錐狀細胞 。這兩種細胞在視覺特性上有著不同的性能和作用，兩者給出的視覺效應是不一樣的。 桿狀細胞 的感光靈敏度很高，在低照度時，主要靠它分辨明暗，但對彩色不敏感。桿狀細胞 從中央凹開始向四周慢慢減少，體積大，約有 75,000,000～ 150,000,000個，分布面大且?guī)讉€到幾十個柱細胞連到同一個神經(jīng)末梢，使得分辨率比較低；主要提供視野的 整體視象 ，不感受顏色并對低照度較敏感，形成具有高靈敏度的無色覺功能的 暗視覺 。例如在日光下鮮艷的彩色物體在月光下變得像無色的，就是由于只有柱細胞在工作。 錐狀細胞 感光靈敏度較低，在微弱的光線下不起作用，但在光線較為明亮時既能感知各種明暗層次又能辨別出光的顏色。錐狀細胞 主要分布在視網(wǎng)膜的中央凹，體積小，排列密度很高，每個眼內(nèi)約有 6,000,000～７ ,000,000個錐細胞，一個 錐狀細胞就連接 一個神經(jīng)末梢 ,感光靈敏度低，對顏色很敏感。錐細胞視覺稱為 明視覺 或 亮光視覺 。 (動物有些只有一種感光細胞 ) 電視畫面都是在有一定亮度的環(huán)境下拍攝的，屏幕上呈現(xiàn)的圖像也有相當?shù)牧炼?。所以，在電視系統(tǒng)中只需考慮錐狀細胞的視覺特性即可。 ? 明適應與暗適應 ? 暗適應：人眼從光亮中進入到暗室時，在最初的瞬間什么都看不見，逐漸地才適應了黑暗，從而區(qū)分出周圍物體的輪廓 ,在最初的 510min內(nèi)桿狀細胞和錐狀細胞一起暗適應 ,但后者更快適應 。前者的感受度增加的更高，桿狀細胞感受度增加可達幾十萬倍。 ? 明適應：由暗環(huán)境到亮環(huán)境的過程 ,眼的感受度降低 。 ? 包括兩種基本過程： 瞳孔大小的變化 和 視網(wǎng)膜感光化學物質(zhì)的變化 。主要機制是視覺的雙重作用，即在黑暗中由中央視網(wǎng)膜轉(zhuǎn)化為邊緣視網(wǎng)膜的作用。視覺的暗適應程度是與視紫紅質(zhì)的合成程度相對應。視紫紅質(zhì)是桿狀細胞內(nèi)的一種化學物質(zhì)，在爆光時便被破壞褪色； ? 二、視覺靈敏度 ? 同一波長的光，當其強度不同時，給人的亮度感覺是不同的，相同強度而波長不同的光，給人的亮度感覺也是不同的 ,即不同的色光具有不同的感受性。 ? 人眼的靈敏度因人而異，通過對大量視力正常者的實驗統(tǒng)計，可得到如 圖 13 相對視敏函數(shù)曲線 所示的相對視敏函數(shù)曲線。由圖可見，在亮視覺下，當輻射功率相同時，人眼感覺 555nm的草綠光最亮，波長自555nm起向左和向右逐漸減小和增大時，亮度感覺逐漸下降。 圖 13 相對視敏函數(shù)曲線 ? 三、人眼的色度視覺 視覺三色原理的假設：錐狀細胞分為三類 , 分別稱為紅敏細胞、綠敏細胞和藍敏細胞，它們分別只對紅色、綠色和藍色光譜能量的刺激產(chǎn)生視覺反映。三種細胞對可見光的反應靈敏度曲線如 下圖三種錐狀細胞的相對視敏函數(shù)曲線 所示。 圖中的峰值分別出現(xiàn)在 580nm， 540nm和 440nm處。 不同波長的光對三種細胞的刺激量是不同的，產(chǎn)生的彩色視覺各異，人眼因此能分辨出五光十色的顏色。電視技術利用這一原理，在圖像復現(xiàn)過程中，不是重現(xiàn)原來景物的光譜分布，而是利用 3種相似于紅、綠、藍錐狀細胞特性的 3種光源進行配色，在色感上得到相同的效果。 四、人眼的分辨力 人眼在感知外界景物時，并非景物的所有信息都能被看到，在一定距離之外，景物中一些過小、過細的內(nèi)容就無法被覺察。這說明人眼分辨景物細節(jié)的能力是有限的。人眼分辨景物細節(jié)的能力稱為分辨力，用分辨角的倒數(shù)來定義。 分辨角，是指在被觀察物體上，人眼能分辨出的最近兩個相鄰點對眼睛形成的張角。測試方法如 圖 14 人眼的分辨力 所示，圖中設人眼剛能分辨出白色屏幕上的兩個黑點 a和 b，這時 a和 b之間的距離為 d， a和 b對眼睛形成的張角為 ? ，則 ? 就是分辨角。分辨角越小，說明人眼的分辨力越高，也即視力越好。 圖 14 人眼的分辨力 （ 1）分辨力很大程度上取決于景物細節(jié)的亮度和對比度（最大亮度和最小亮度的比值）。亮度過低或過高，視力下降；細節(jié)對比度越小，也越不易分辨。 （ 2）人眼對彩色細節(jié)的分辨力要遠低于對黑白細節(jié)的分辨力。根據(jù)這一特性，在彩色電視中只傳送黑白圖像細節(jié)，而不傳送彩色細節(jié)，以減少色信號的帶寬，這就是大面積著色原理的依據(jù)。 視敏度和細節(jié)視覺 視角： 對象與眼睛所形成的張角。 3438距 離物體 長 ?? 度視角 ?V=1/α 視敏度 V: 指分辨物體細節(jié)和輪廓的能力，通常以找出兩條線間的最小間隔來說明。 通常以分（‘）表示 觀察距離 亮度 對比度 V bIaV ?? log? ??? V V ??五、視覺惰性與閃爍感覺 人的視覺對外界光刺激的響應有一定的延時。當一定強度的光突然作用于人眼時，需要經(jīng)過一定的時間才能形成一個穩(wěn)定的主觀亮度感覺；當光消失以后，亮度感覺也不是瞬間消失，而是要經(jīng)過一段時間之后才能消失，對于中等亮度的光刺激，視覺暫留時間約為 至 。也就是說，視覺的建立和消失都有一定的惰性，我們稱之為視覺惰性，如 圖 16 視覺惰性 所示。 圖 16 視覺惰性 ? 視覺惰性，是現(xiàn)代電影和電視的基礎。電影和電視都是將一幅幅靜止的畫面以一定的頻率在銀幕或屏幕上輪流顯現(xiàn)出來，只要靜止畫面在顯現(xiàn)時每兩幅之間的時間間隔小于視覺暫留時間（約 )，這時人眼觀看的雖然是一連串的靜止畫面，但前一幅畫面的印象尚未消失，后一幅畫面的印象又開始建立，前后畫面在視覺上融合銜接在一起，因此人眼感覺到畫面不是斷續(xù)出現(xiàn)而是連續(xù)出現(xiàn)的。 ? 視覺殘留受如下因素影響： ? 1，發(fā)光物體的光