人眼視覺特性介紹

1、人眼視覺特性(一)人眼類似于一個光學(xué)系統(tǒng)，但它不是普通意義上的光學(xué)系統(tǒng)，還受到神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。人眼 觀察圖像時可以用以下幾個方面的反應(yīng)及特性：(1)從空間頻率域來看，人眼是一個低通型線性系統(tǒng)，分辨景物的能力是有限的。由于瞳孔有 一定的幾何尺寸和一定的光學(xué)像差，視覺細(xì)胞有一定的大小，所以人眼的分辨率不可能是無窮的， HVS對太高的頻率不敏感。(2)人眼對亮度的響應(yīng)具有對數(shù)非線性性質(zhì)，以達(dá)到其亮度的動態(tài)范圍。由于人眼對亮度響應(yīng) 的這種非線性，在平均亮度大的區(qū)域，人眼對灰度誤差不敏感。(3)人眼對亮度信號的空間分辨率大于對色度信號的空間分辨率。(4)由于人眼受神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，從空間頻率的角度來說，人

2、眼又具有帶通性線性系統(tǒng)的特性。 由信號分析的理論可知，人眼視覺系統(tǒng)對信號進(jìn)行加權(quán)求和運算，相當(dāng)于使信號通過一個帶通濾 波器，結(jié)果會使人眼產(chǎn)生一種邊緣增強(qiáng)感覺一一側(cè)抑制效應(yīng)。(5)圖像的邊緣信息對視覺很重要，特別是邊緣的位置信息。人眼容易感覺到邊緣的位置變化， 而對于邊緣的灰度誤差，人眼并不敏感。(6)人眼的視覺掩蓋效應(yīng)是一種局部效應(yīng)，受背景照度、紋理復(fù)雜性和信號頻率的影響。具有 不同局部特性的區(qū)域，在保證不被人眼察覺的前提下，允許改變的信號強(qiáng)度不同。人眼的視覺特性是一個多信道(Multichannel)模型?；蛘哒f，它具有多頻信道分解特性(Mutifrequency channel decom

3、positon )。例如，對人眼給定一個較長時間的光刺激后，其刺激靈敏度對同樣的刺激就降低，但對其它不同頻率段的刺激靈敏變卻不受影響(此實驗可以讓人眼去 觀察不同空間頻率的正弦光柵來證實)。視覺模型有多種，例如神經(jīng)元模型，黑白模型以及彩色視 覺模型等等，分別反應(yīng)了人眼視覺的不同特性。Campbell和Robosn由此假設(shè)人眼的視網(wǎng)膜上存在 許多獨立的線性帶通濾波器，使圖像分解成不同頻率段，而且不同頻率段的帶寬很窄。視覺生理 學(xué)的進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，這些濾波器的頻帶寬度是倍頻遞增的，換句話說，視網(wǎng)膜中的圖像分解 成某些頻率段，它們在對數(shù)尺度上是等寬度的。視覺生理學(xué)的這些特征，也被我們對事物的觀察

4、所證實。一幅分辨率低的風(fēng)景照，我們可能只能分辨出它的大體輪廓；提高分辨率的結(jié)果，使我 們有可能分辨出它所包含的房屋、樹木、湖泊等內(nèi)容；進(jìn)一步提高分辨率，使我們能分辨出樹葉 的形狀。不同分辨率能夠刻畫出圖像細(xì)節(jié)的不同結(jié)構(gòu)。人眼在可見光譜范圍內(nèi)的視覺靈敏度是不均勻的，它隨波長的變化而變化。色覺向度光波具有三種可以量化的物理學(xué)向度，那就是波長波幅和純度。所謂純度是指同一束光所含 光波的種類數(shù)。如果該束光只含有一種光波，即為同質(zhì)光。若含兩種以上的光波，就稱為異質(zhì)光 或多彩光。當(dāng)人眼睛的視網(wǎng)膜受到光的刺激時，所引起的色覺經(jīng)驗具有三種心理性向度，即色彩亮度和 飽和度。 色彩之不同，取決于光的波長，而亮度的

5、高低則與光的波幅成正比，但也與光的波長有 關(guān)。在白天，波長550nm左右的光最亮，而在夜晚，波長 510nm左右的光最亮飽和度是指顏色的 純度。其飽和度越大，其色彩越鮮艷，反之，越灰暗。人眼對光譜的靈敏度在人眼的視網(wǎng)膜上有兩種視覺細(xì)胞，即錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞。錐狀細(xì)胞不但可以接受色彩的 刺激，還可以感受亮度的刺激。所以，在白天書畫光下，人眼可以同時識別彩色與非彩色的物體， 但到了夜間或暗處，錐狀細(xì)胞即失去感光作用，視覺功能由桿狀細(xì)胞取代.此時，人眼便無法感覺彩色，僅能辨別白色和灰色。明視覺 暗視覺與中介視覺明視覺在環(huán)境亮度大于2時,視覺完全由錐狀細(xì)胞起作用,最的的視覺響應(yīng)在光譜藍(lán)綠區(qū)間的 555

6、nm讓, 在這樣亮度的環(huán)境中的視覺特性稱為明視覺。暗視覺在環(huán)境亮度低于10-22時，錐狀細(xì)胞失去感光作用，視覺功能由桿狀細(xì)胞取代，人眼失去感覺彩 色的能力，僅能辨別白色和灰色.在這樣亮度的環(huán)境中的視覺特性稱為暗視覺 .中介視覺當(dāng)景物的亮度增加到10-22以上時，除明亮度增加外，還可以發(fā)現(xiàn)三個效應(yīng)。首先，中心凹的察 覺開始變得和邊緣部分的察覺一樣容易。其次，可以感覺到顏色，開始時弱，其后增強(qiáng)。第三， 隨著亮度的變化，錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞對視覺的作用也隨之發(fā)生變化。明適應(yīng)暗適應(yīng)和比視感度明適應(yīng)人由暗處走到亮處時的視覺適應(yīng)過程，稱為明適應(yīng)。當(dāng)人由暗處走到亮處時，人眼一時無法 辨認(rèn)清物體，需要大約一分鐘

7、的調(diào)整適應(yīng)時間，其調(diào)整過程分為三個階段：(1)瞳孔縮小，減少光線的進(jìn)入。(2)錐狀細(xì)胞敏感度逐漸增加。(3)桿狀細(xì)胞敏感度迅速降低。暗適應(yīng)人由亮處走到暗處時的視覺適應(yīng)過程，稱為暗適應(yīng)。當(dāng)人由亮處走到暗處時，人眼一時無法辨認(rèn)物體，需要大約三十分鐘的調(diào)整適應(yīng)時間，其調(diào) 整過程也分為三個階段：(1)瞳孔放大，增加光線的進(jìn)入。(2)錐狀細(xì)胞敏感度減弱，感光度逐漸增加。(3)桿狀細(xì)胞敏感度迅速增加，以取代錐狀細(xì)胞，擔(dān)負(fù)視覺功能。比視感度可見光的波長約在380至780 nm之間,其中黃綠色對人眼的視覺感度最高,設(shè)定為100%,則波 長為480nm的藍(lán)色光和波長為650nm的紅色光的比視感度就只有左右了 ，

8、所以這兩種光的視覺感度 較差。所以，在汽車防霧燈和道路照明中采用能發(fā)出黃綠光的光源，為的就是增加人眼的視覺感 度來提高照明亮度，從而保證安全行車。視敏函數(shù)曲線相對視敏度人眼視覺特性（二）作者：lymex轉(zhuǎn)自：牧夫天文論壇一、導(dǎo)言人眼是人身體中最重要的感覺器官，非常完善、精巧和不可思議，是生命長期進(jìn)化到高級形 式的必然產(chǎn)物。在人感覺的外界信息中，有90項上是通過眼睛獲得的。我們天天在用自己的眼睛， 很多與視覺有關(guān)的事情習(xí)以為常，往往對其特性反而不了解，或者自認(rèn)為很簡單的知識或問題， 但實際上存在誤解。在天文觀測中，了解自己的眼睛，尤其是了解人眼的暗光特性，會更好的進(jìn) 行觀測。人眼的特性主要取決于

9、人眼的構(gòu)造，包括光線如何會聚、如何檢測和視覺信號如何傳導(dǎo)。另 外，神經(jīng)系統(tǒng)的特性尤其是人腦對視覺信息的處理過程也起著一定的作用。本文多次用到亮度的概念，這在上一期夜空亮度一文中有詳細(xì)的定義和描述，這里再簡 單介紹一下。亮度是光度學(xué)概念，是描述物體表面明暗程度的。亮度概念與照度、發(fā)光強(qiáng)度、光 通亮是分別不同的光度學(xué)概念，單位也不同。亮度的單位是尼特。這個概念就像能量、功率和重 力都是不同的概念一樣。一個 40W的日光燈，照射在距離其下面 2米遠(yuǎn)的白紙上，白紙的亮度大 約為25尼特。獵戶座大星云 M42的中心部分，大約是尼特。滿月表面是 3000尼特，木星表面是 800尼特。滿月照射下的白紙為尼特

10、。二、人眼的構(gòu)造人眼的構(gòu)造相當(dāng)于一架攝像機(jī)或照相機(jī)。前面，是由角膜、晶狀體、前房后房、玻璃體所共 同組成的具備鏡頭功能的組合，把物體發(fā)出的光線聚焦到后面的相當(dāng)與膠卷的用于檢測光線的視 網(wǎng)膜上。角膜，為一直徑11mm勺透明膜，鑲嵌于鞏膜前面圓孔內(nèi)，其中央部的曲率半徑為8mm周邊部比較平坦。角膜的屈光指數(shù)為，為眼球的主要曲光媒質(zhì)。晶狀體，為一形似雙凸透鏡的透明組織，由小帶纖維懸掛于瞳孔后面，睫狀肌收縮時小帶松 弛，晶狀體依靠其本身的彈性而變厚，前后表面的曲度增加，整體屈光度增加，利于看清近處物 體，稱為調(diào)節(jié)。在角膜和水晶體之間為虹膜，中間開有一個可以自動控制大小的孔，讓適當(dāng)?shù)墓?線進(jìn)來，稱為瞳孔。

11、前房、后房。前房為角膜后面、虹膜和晶狀體前面的空隙，充滿著房水。后 房為位于虹膜后面、睫狀體、晶狀體周邊部之間的空隙，也充滿著房水。房水的主要功能是維持 眼內(nèi)壓，并維持晶狀體的代謝。玻璃體，為一透明膠樣組織，充填于視網(wǎng)膜內(nèi)的空間。占眼球 4/5 的容積。具有保護(hù)視網(wǎng)膜、緩沖震動的功能。視網(wǎng)膜是接近黑的深紅色， 反光很弱，其上面布滿感光細(xì)胞。正對眼球中心有一個直徑約 2mm 的黃色區(qū)域（折合6度視角），稱為黃斑。黃斑中心有一小凹，稱為中央凹，面積約 1平方毫米。視網(wǎng)膜上有兩種感光細(xì)胞，一種叫做視錐細(xì)胞，另一種叫做視桿細(xì)胞，均以它們外表的形狀命名。一只眼睛里面大約分別有 7百萬視錐細(xì)胞和1億兩千萬

12、視桿細(xì)胞。視錐細(xì)胞是像一個玉米 的錐形，尖向外，只對較強(qiáng)的光敏感，至少有分別感覺紅、綠、藍(lán)三種顏色的視錐細(xì)胞存在，因 此能夠感知顏色；視桿細(xì)胞只有一種，因此沒有顏色感覺，但靈敏度非常高，可以看到非常暗的 物體。視錐細(xì)胞在黃斑里面非常集中，尤其是在中央凹里面最為密集，是產(chǎn)生最清晰視覺的地方。視桿細(xì)胞恰好在黃斑里面最少，除此之外分布的比較均勻，距離中心1020度的范圍內(nèi)相對集中些。人眼前面等效與一個比較理想的鏡頭，其焦距為 17mm（物方）和23mm（像方）,相對光圈為 f/f/ （對應(yīng)2mnr 8mm勺瞳孔大?。?。眼球前后直徑與像方焦距相同，為 23mm也相當(dāng)于+43D曲 光度。三、人眼的特性1

13、、衡量人眼分辨力的參數(shù)：視力與望遠(yuǎn)鏡的分辨力類似，視力表明人眼能夠分辨兩個距離很近物體的能力。通常采用蘭道爾 環(huán)，如圖所示，在5m遠(yuǎn)處觀察直徑為、環(huán)粗和開口均為的環(huán)，此時該開口形成1角分的角度，如果剛好能夠分辨，則視力為。若剛好能夠識別比這大一倍的環(huán)，則視力為。2、分辨本領(lǐng)通常我們所說的人眼的視力，是指在明亮環(huán)境下，注視點的視力，也叫中心視力。注視點對 應(yīng)人眼的黃斑，是人眼視覺細(xì)胞最密集的地方，因此也是視力最好的地方。偏離中心2度的角度,則視力下降為1/2,偏離中心10度，則下降為1/10。這是因為，對于明亮物體，主要是視錐細(xì)胞 在起作用，而視錐細(xì)胞主要集中在大約半徑為3度的黃斑里面，外邊分布

14、比較稀少，因此分辨本領(lǐng)不隹，在偏離中心20度的角度時，視力不還到。右圖表明視力是如何隨角度而變化的，是在亮 度為5尼特時的標(biāo)準(zhǔn)特性。盡管周邊視力不隹，但對于運動物體和閃動非常敏感。例如，直接觀 察日光燈管的一端，不會看到 50Hz的閃動，而用余光觀察，一般可以看到閃動。在比較黑暗的地點，例如在亮度為尼特的情況下，視錐細(xì)胞就不再起作用，只能是分布廣而 相對稀疏的視桿細(xì)胞起作用，因此人眼的分辨能力大為下降，中心黃斑部分視力下降到，反而不如黃斑以外（因為中心黃斑幾乎沒有視桿細(xì)胞），非黃斑區(qū)域視力基本不變，最好視力在黃斑邊緣 附近，大約偏離中心15度左右，為。這時的視力，稱為暗視覺。但由于視桿細(xì)胞只有

15、一種，因此 是分辨不出物體顏色的，因此我們觀察星云時（其表面亮度大多在尼特以下），看不出顏色。有關(guān)視力與亮度之間的關(guān)系，是逐漸變化的，見本文章的第四部分。人眼的這個視覺曲線，是與感覺細(xì)胞的密度直接相關(guān)的，換句話說，視力曲線上的某一點與視網(wǎng)膜上相應(yīng)的感覺細(xì)胞的密度有換算關(guān)系。從另外一個角度來看，由于在 5尼特的亮度情況下 人的瞳孔直徑約為，因此，根據(jù)瑞利判據(jù)，其理論分辨力為140/=56角秒，這與人眼中心的最隹視力是非常匹配的。但是，若光線變暗，瞳孔直徑會變大，盡管理論分辨能力也會提高，但人眼 光學(xué)系統(tǒng)不是理想系統(tǒng)，像差會隨光圈的增大而加大，不過恰巧人眼的后部感覺細(xì)胞在這個時候 分辨能力也隨之下

16、降，因此感覺不到這樣的像差。這一巧妙的配合，是眼睛在長期進(jìn)化的過程中 適應(yīng)的。3、視覺角度人的眼同時可以看到前方物體的角度，稱為視角。從小到大排列，共有 5小類： A單眼視角。一只眼睛，看正前方，眼球不可轉(zhuǎn)動，頭向前方不可動。則（以右眼為例）上 面可見50度，下面70度，左邊60度，右邊100度。B、同上，但頭可以動。這樣，可以比較完整的表現(xiàn)眼球的視覺范圍而把眼框、鼻子的遮擋去 掉。其結(jié)果是，上面可見55度，下面75度，左邊60度，右邊100度。奇怪的是，左右角度沒有 變化。C、同A但為雙眼視角。則上下角度一樣（共 120度），左右分別為100度（共200度）。D 同B但為雙眼視角。則上下角度

17、一樣（共 130度），左右分別為100度（共200度）。E、單眼視角， 眼球可以轉(zhuǎn)動，但頭不可動。則（以右眼為例）上面可見70度，下面80度，左邊65度，右邊115 度。F、雙眼視角。同上但為雙眼，則上下一樣（共 150度），左右分別為115度（共230度）。G 注視視角。雙眼，頭不可動，眼球可以轉(zhuǎn)動，視覺中心可以到達(dá)的范圍。上面 40度，下面50度， 左右各55度在這些視角中，C代表不經(jīng)意可以見到的最大范圍，用于作為動物本能的“防范”；F代表頭不動時可以察覺到的最大范圍，用于動物本能的“進(jìn)攻”。4、視覺曲線人眼的視覺曲線是指對于不同波長（不同顏色）的光，主觀亮度的相對值曲線。如右圖，右 邊的

18、曲線稱為明視覺曲線，是在明亮的環(huán)境下（5尼特）的光譜響應(yīng)。可以看出，人眼最靈敏的點10倍的強(qiáng)是在555毫微米的黃綠色光。對于 475毫微米的藍(lán)色光和650毫微米的橙紅色光，需要度才能引起與這黃綠色光相同的亮度感覺，而對于 685毫微米的紅色光，靈敏度就更下降到 1%T。左邊的曲線，被稱 為暗視覺曲線，是在尼特以下的亮度下測定的?？梢钥闯?，峰值已經(jīng)轉(zhuǎn)移到510毫微米的綠色光，相應(yīng)10以敏度的點分別為420毫微米和585毫微米。這是桿狀細(xì)胞在起作用。四、人眼視覺特性與各種外界條件的關(guān)系1、視力與亮度的關(guān)系視力隨著被觀測物體的亮度變化是非常顯著的。在一般情況下，視力隨亮度的增加而提高。右圖為亮度與視

19、力關(guān)系曲線，橫軸為亮度（尼特），縱軸為白地黑圈蘭道爾環(huán)視力?？梢钥闯?，直 到3000尼特，視力都在隨亮度而上升。而且，從至300尼特的亮度范圍內(nèi)，視力與亮度的對數(shù)成正比（直線關(guān)系），這符合韋伯-費希納定律。我們往往在看細(xì)小物體時要走到窗前就是這個道理。 這也說明，晚間看書寫字時，保持一定的照明是非常必要的，避免由于亮度降低而引起的視力下 降，進(jìn)而必須把書本移近眼睛才能看清楚，這樣時間長了就會導(dǎo)致近視。從圖上也可以看到，在 尼特以下的亮度，人眼的視力將變得很差。不幸的是，大多數(shù)星云的表面亮度都小于尼特，在這種情況下人的視力只有大約，即只能分辨出7角分（而不是平常所說的1角分）的物體。因此，我們在

20、直接觀察星云時，需要大的口徑，以便在保持亮度的基礎(chǔ)上有一定的放大倍數(shù)，才能觀測到細(xì)節(jié)。2、反差對比識別與亮度的關(guān)系把兩個不同亮度的物體相臨的放在一起，為了區(qū)分它們的不同，其亮度應(yīng)該有一定的差異，小于這個差異，就區(qū)分不出來。當(dāng)亮度大于 1尼特時，只要有更小的亮度差異，人眼就可以分 辨出來。在尼特時，需要 5%勺差異才能分辨，在尼特時，需要 10%勺差異，在1毫尼特時，需要 25%勺差異，而毫尼特就需要 60%勺差異了。到了最極限的情況，就是一個全黑的物體和一個30微尼特的物體，人眼剛剛能夠分辨，因此，這30微尼特也就成為人眼絕對靈敏度的一種表示方法。3、視力與觀察時間的關(guān)系視覺并非是一瞬間的事情

21、，為了清楚的看見物體，需要有一定的時間。與相機(jī)一樣，如果露 光時間不夠，則視力下降。一般來講，越亮的物體，就可以曝光時間越短。5尼特亮度的物體，至少需要1/10秒才能達(dá)到的視力，曝光1/25秒只能達(dá)到一半的視力，而1/50的曝光視力只有。對于暗物體，一般需要成反比的加大曝光時間才能夠分辨。4、視力與明暗適應(yīng)的關(guān)系我們都有過從亮處突然進(jìn)入暗處而看不到任何東西的經(jīng)歷（例如，電影已經(jīng)開演后才進(jìn)入電 影院內(nèi)）。這說明，人眼需要一定的時間的暗適應(yīng)后才能看清暗物體，稱為暗適應(yīng)。人眼的暗適應(yīng) 分三種，一個是瞳孔放大，是個相對比較的反映。從2mm放大到5mm艮快，但進(jìn)一步散大需要長一點的時間。第二是視錐細(xì)胞的

22、適應(yīng)，中等速度，需要在 5分鐘的時間才能達(dá)到大約尼特的感覺 下限。最后是視桿細(xì)胞的適應(yīng)，速度最慢，需要長達(dá)25分鐘才能達(dá)到或接近 30微尼特的感覺下限。另一方面，是從暗處到達(dá)亮處的明適應(yīng)。盡管人眼感覺不舒服，但會在很快的時間（1分種之內(nèi)）恢復(fù)原來的不靈敏狀態(tài)。但是，經(jīng)過長期（幾天）不見光的環(huán)境后，人眼高度靈敏，直接突 然暴露在強(qiáng)光下會造成永久性傷害。因此，從無光的山洞里走出來的人，需要逐步見光才可以， 否則將造成眼睛永久性傷害。5、色彩感覺與亮度的關(guān)系由于人眼對色彩的感覺要依賴與三鐘分別感知藍(lán)、綠、紅色光的視錐細(xì)胞，而視錐細(xì)胞的靈 敏度比較低，因此造成人眼在低亮度物體下失去顏色感覺的先天缺陷。

23、在1尼特以上，人眼可以容易的辨認(rèn)顏色，而亮度下降到尼特時，已經(jīng)接近視錐細(xì)胞的最低靈敏度，開始對亮度失去感覺， 下降到尼特時，主要是對顏色沒有感覺的單色桿狀細(xì)胞在起感覺作用，就基本上沒有顏色感覺了。 因此，我們看到的天空中的星云，都是沒有顏色的。6、人眼對亮度的適應(yīng)人的眼睛能夠適應(yīng)的最高亮度，大約為 3000尼特。這個數(shù)值，是與白天天空的亮度以及陽光 下比較深色物體的亮度（如土地、植物）是相符合的，也是人類在地球上生存所必須的。超過這 個亮度，人眼就無所適從，長時間暴露在高亮度的環(huán)境下會對眼睛造成傷害。例如，登山運動員 在有雪的高山上一定要帶上深色眼鏡，否則高海拔太陽本來就非常強(qiáng)烈，再加上白雪的

24、反射，會 使人很快患上雪盲。本來地球地面的反光是比較弱的，無論是原始的黑土地，還是綠色植物，但 現(xiàn)在在城市里的很多人造物體往往違反這個規(guī)律，例如大面積的淺色的地磚、明亮的建筑物玻璃 幕墻。因此，夏天長時間戶外活動也應(yīng)準(zhǔn)備一副墨鏡，以便保護(hù)自己的眼睛，不受強(qiáng)光的刺激， 以便在夜晚觀測時保持高度的靈敏。五、誤區(qū)1、人眼是個理想的光學(xué)系統(tǒng)人眼的光學(xué)系統(tǒng)其實很簡單，并非是理想系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：A、色差。人眼是有色差的。之所以很難辨別出色差，是因為a）人眼焦距小，因此色差相對??；b）人眼相對光圈小，尤其是高亮度的情況下，因此色差難于觀察出來；c）人眼最主要的感覺區(qū)域一黃斑直徑相對很小，只利用

25、像的中心一小部分。而邊緣即使有色 差，人眼的分辨能力也不夠，因此感覺不出來；d）大腦對色差有補(bǔ)償作用。其實，從人眼的簡單結(jié)構(gòu)就可以看出，色差是不可避免的。人眼在進(jìn)行手術(shù)后，仍然可以保 證沒有色差，并非是自調(diào)節(jié)作用很強(qiáng)，而是主要是因為人眼的結(jié)構(gòu)造成原本對色差就不敏感。B、調(diào)焦范圍不夠。主要指近視、遠(yuǎn)視。C光學(xué)質(zhì)量有問題（主要指散光）人眼視覺特性（三）人眼的視覺特性1、在一般情況下，如有兩種光譜成分不同的光，只要三種光敏細(xì)胞對它們的感覺相同，則主 觀彩色感覺（包括亮度和色度）就相同。2、格拉斯曼定律一復(fù)合光的亮度等于各光分量的亮度之和。3、人眼的視覺范圍有一定的限度，明暗感覺是相對的。4、韋伯-費

26、赫涅爾定律一亮度感覺與亮度L的對數(shù)成線性關(guān)系。5、一方面，重現(xiàn)景物的亮度無需等于實際景物的亮度，而只需保持二者的最大亮度與最小亮 度的比值不變；另一方面，人眼不能察覺的亮度差別，在重現(xiàn)景物時也無需精確復(fù)制出來。6、人眼分辨景物細(xì)節(jié)有一極限值，對彩色細(xì)節(jié)的分辨能力遠(yuǎn)比對亮度細(xì)節(jié)分辨力低。7、視覺的空間頻率響應(yīng)具有低通濾波器性質(zhì)。8、人眼存在視覺惰性一電影、電視放映的生理基礎(chǔ)。臨界閃爍頻率取決于亮度、亮度變化幅度、觀看距離等。一、人眼的亮度感覺.人眼的光亮感覺光也是一種電磁輻射，人眼對 780380納米之間電磁波的刺激有光亮的感覺，故波長在這個 范圍內(nèi)的電磁波稱為可見光。.人眼的彩色感覺人眼對78

27、0380納米之間的光還有彩色感覺，具體如圖 1-1所示。.人眼的視敏特性人眼對380780納米內(nèi)不同波長的光具有不同的敏感程度，稱為人眼的視敏特性。衡量描述 人眼視敏特性的物理量為視敏函數(shù)和相對視敏函數(shù)。1）視敏函數(shù)在相同亮度感覺的條件下，不同波長上光輻射功率的倒數(shù)可以用來衡量人眼對各波長光明亮感覺的敏感程度。稱為視敏函數(shù)。2）相對視敏函數(shù)實驗表明，人眼對波長為 555納米的光最敏感，因此把任意波長的光的視敏函數(shù)與最大視敏函數(shù)值 K（555）相比的比值稱為相對視敏函數(shù)，記為：二、人眼亮度感覺的特性描述人眼對光亮差別的感覺特性。.亮度光源或反射面的明亮程度，亮度的單位為（坎德拉/平方米）。.亮度

28、視覺的范圍人眼總的感光范圍極其寬廣，明視覺的亮度感覺范圍為到量級，而暗視覺的感覺范圍為千分之幾到幾個。.光亮感覺的特點1）人眼的主觀亮度感覺與周圍環(huán)境亮度有關(guān)。2）主觀亮度感覺S與亮度值B的對數(shù)成比例關(guān)系：，其中和K是常數(shù)。3）主觀亮度感覺是心理量而不是物理量，故其單位是以實驗得出的變化級數(shù)（S）來表征的。實驗表明，在不同的亮度 B值下，人眼能覺察的最小亮度變化并非定值。B大，也大；B小，也小, 但是/B的值是大致相同的。將可覺察的最小相對亮度變化/B稱為對比度靈敏度閾，用標(biāo)記，其值通常在之間。人眼的亮度感覺并非決定于絕對亮度變化，而是決定于相對亮度變化。故重現(xiàn)景物的亮度無 須等于實際景物的亮

29、度，而只需保持最大亮度與最小亮度之比值相同，就能給人以真實感。4.對比度和亮度層次1）對比度指光源或發(fā)光面的最大亮度與最小亮度之比值。用下式表示：。外界景物的對比度不超過100: 1,顯象管圖像的對比度為 30: 1。實際觀看圖象時，其對比度會受到環(huán)境光的影響而下降，圖像實際的對比度為：。2）亮度層次概念：亮度層次指畫面最大亮度和最小亮度之間可分辨的亮度級差數(shù)，也稱為灰度層次，用n標(biāo)記，。亮度層次是圖像質(zhì)量的重要參數(shù)。亮度層次多，圖像顯得明暗層次豐富，柔和細(xì)膩；反之， 亮度層次少，圖像會顯得單調(diào)生硬。3）亮度感覺亮度視覺范圍：人眼能夠感覺到的亮度范圍。這個范圍很大，可達(dá) 109: 1。人眼總的視覺范 圍很寬，但不能在同一時間感受這么大的亮度范圍。當(dāng)平均亮度適中時，亮度范圍為 1000: 1;平 均亮度較高或較低時亮度范圍只有 10： 1；通常情況下為100: 1;電影銀幕亮度范圍大致為100: 1;顯像管亮度范圍約為30: 1。人眼對景物亮度的主觀感覺不僅取決于景物實際亮度值，而且還與周圍環(huán)境的平均亮度有關(guān)。人眼的明暗感覺是相對的，在不同環(huán)境亮度下，對同一