第二章人眼的視覺(jué)特性與圖像探測(cè)春

新型光電成像器件及其應(yīng)用

第二章人眼的視覺(jué)特性與圖像探測(cè)曹峰梅光電學(xué)院光電成像與信息工程研究所2023/7/2第二章人眼的視覺(jué)特性與圖像探測(cè)2.1.人眼的視覺(jué)特性與模型2.2.圖像探測(cè)理論與圖像探測(cè)方程2.3.目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別2023/7/2第二章人眼的視覺(jué)特性與圖像探測(cè)2.1.人眼的視覺(jué)特性與模型人眼的構(gòu)造視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)（桿狀細(xì)胞，錐狀細(xì)胞）視細(xì)胞的分布人眼的視覺(jué)特性視覺(jué)的適應(yīng)絕對(duì)視覺(jué)閾閾值對(duì)比度光譜靈敏度分辨力視覺(jué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)2023/7/2視網(wǎng)膜視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)桿狀細(xì)胞錐狀細(xì)胞視細(xì)胞的分布2023/7/2視覺(jué)的適應(yīng)明視覺(jué)暗視覺(jué)中介視覺(jué)顏色適應(yīng)3×10-5cd/m23cd/m23×105cd/m2暗視覺(jué)明視覺(jué)中介視覺(jué)2023/7/2人眼的視覺(jué)特性絕對(duì)視覺(jué)閾：全黑視場(chǎng)下，人眼感覺(jué)到的最小光刺激值，約10－9lx量級(jí)。眩目亮度：與像場(chǎng)亮度相關(guān)。閾值對(duì)比度：時(shí)間不限，使用雙眼探測(cè)一個(gè)亮度大于背景亮度的圓盤，察覺(jué)概率為50%時(shí)，不同背景亮度下的對(duì)比度。對(duì)比度C：當(dāng)Lt和Lb分別為目標(biāo)與背景的亮度時(shí)，對(duì)比度表示為：

由于背景亮度、對(duì)比度和人眼所能探測(cè)的目標(biāo)張角三者之間存在制約關(guān)系（Wald定律），特別是在目標(biāo)張角<7’，時(shí)，存在Rose定律：2023/7/2人眼的視覺(jué)特性光譜靈敏度（光譜光視效率）：人眼對(duì)各種不同波長(zhǎng)的輻射光有不同的靈敏度（響應(yīng)），對(duì)大量正常視力觀察者的實(shí)驗(yàn)表明：在較明亮環(huán)境中，人眼視覺(jué)對(duì)波長(zhǎng)0.555μm左右的綠光最敏感；在較暗條件下，人眼視覺(jué)對(duì)波長(zhǎng)0.512μm左右的黃綠光最敏感；右圖給出不同視場(chǎng)亮度下，人眼的光譜光視效率曲線：人眼的分辨力：人眼能區(qū)分兩發(fā)光點(diǎn)的最小角距離稱為極限分辨角θ，其倒數(shù)為人眼分辨力。從內(nèi)因分析，影響分辨力的因素為眼睛的構(gòu)造。從外因分析，是目標(biāo)的亮度與對(duì)比度。人眼會(huì)根據(jù)外界條件自動(dòng)進(jìn)行適應(yīng)，從而可以得到不同的極限分辨角。

明視覺(jué)

暗視覺(jué)

2023/7/2人眼的視覺(jué)特性視覺(jué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF用MTF評(píng)價(jià)視覺(jué)特性的優(yōu)點(diǎn)：MTF曲線可以推斷由單純的視力測(cè)定難以了解的視覺(jué)功能，如推斷弱視眼的特性。對(duì)視網(wǎng)膜、信息處理系統(tǒng)的特性作統(tǒng)一的數(shù)學(xué)處理。能按MTF推斷各種圖像的像質(zhì)特性，知覺(jué)特性等。用激光干涉技術(shù)，有把眼球的成像系統(tǒng)和視網(wǎng)膜之后的大腦處理系統(tǒng)加以分離并作出評(píng)價(jià)，這將是非常重要的。視覺(jué)過(guò)程的幾個(gè)階段：眼球光學(xué)系統(tǒng)把外界的三維信息傳遞，形成二維圖像；視細(xì)胞檢驗(yàn)光，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，視網(wǎng)膜進(jìn)行圖像信息處理；大腦枕葉視皮層的信號(hào)處理與大腦中樞的辨識(shí)。人眼的MTF：眼球光學(xué)系統(tǒng)的MTF：把細(xì)小的狹縫像投影到視網(wǎng)膜上，測(cè)定反射像的寬度，由于眼球光學(xué)系統(tǒng)近似滿足先行條件，故用傅氏變換可得MTF。視網(wǎng)膜的MTF視覺(jué)系統(tǒng)總的MTF2023/7/2第二章人眼的視覺(jué)特性與圖像探測(cè)2.2.圖像探測(cè)理論與圖像方程圖像信號(hào)與圖像噪聲理想條件下光電成像的圖像探測(cè)方程2.3.目標(biāo)的探測(cè)與識(shí)別

理論分析證明：光電成像存在著圖像探測(cè)的極限值，這一極限稱為圖像探測(cè)靈敏閾。一個(gè)景物的細(xì)節(jié)能否被光電成像系統(tǒng)所探測(cè)到，即形成一個(gè)可以被人眼識(shí)別的輸出圖像，與如下三個(gè)因素相關(guān)。景物細(xì)節(jié)的輻射亮度（單位面積的輻射強(qiáng)度）；景物細(xì)節(jié)對(duì)光電成像系統(tǒng)接收孔徑的張角；景物細(xì)節(jié)與背景之間的輻射對(duì)比度。20跡23揪/6擋/2堤7第二鋒章隱人眼臥的視津覺(jué)特頌性與議圖像該探測(cè)圖像辨信號(hào)晚與圖玩像噪邊聲圖像專信號(hào)：光棟電成參像系憤統(tǒng)在嶺有效仰積分恥時(shí)間趣內(nèi)接艙收到余兩個(gè)看相鄰詠的像善元的規(guī)輻射攀量子討數(shù)的懇平均傲值分籮別為攜和曲，此豈時(shí)，貞系統(tǒng)扒能否惜分辨寄出這礙兩個(gè)竿像元嫩，取雄決于裙與哭的眾差異排。故浮圖像涌信號(hào)愁值可五以表傷示為徐右式漏：圖像礦噪聲閣（光旗子噪費(fèi)聲）：各林像元救所輻榨射的劫光子掛數(shù)的仆瞬時(shí)恨值n統(tǒng)計(jì)訓(xùn)平均餐值的孔偏差室稱為旗“漲近落”宣，用惑均方舅根表彼示，適由于取光子納發(fā)射章服從降泊松各分布皂，故琴其均跡方根親值可開表示據(jù)為右撥式：圖像該信噪益比：只有堂圖像糞信噪多比的判值大從于閾陽(yáng)值信暈噪比駐，信遞號(hào)才獻(xiàn)可以臘被探瘋測(cè)到爽，閾箏值信閣噪比序由實(shí)白驗(yàn)獲未得。20真23酷/6吊/2課7第二笑章坑人眼廁的視野覺(jué)特售性與翻圖像鑒探測(cè)理想般條件期下光流電成顧像的籌圖像治探測(cè)萄方程光電旨成像蕩所輸獸出的騰圖像內(nèi)信號(hào)背表達(dá)謎式：古式中L、Φ表示吐兩個(gè)疫邊長(zhǎng)涌為h的正齊方形妄相鄰嚷像元翻的輻扛射亮洋度和獎(jiǎng)輻射己通量崖（功保率）騙，φ為像鍵元與偵探測(cè)等器表自面的啊法線矩交角云。p為像渣元瞬獸間發(fā)栽射出撥的量該子數(shù)季，d為像汗元與津成像南系統(tǒng)斗距離完，r為成牲像系歲統(tǒng)孔殿徑的勝半徑嫂，τ為有才效積妙分時(shí)型間，η為量膠子效趣率，Q為每釋流明釋光通怒量在測(cè)每秒心內(nèi)所池通過(guò)崇的光哈子數(shù)芳。光電仰成像兩系統(tǒng)短輸出置的圖譯像信驕噪比這：20尚23碌/6垮/2葵7第二剝章棒人眼慢的視角覺(jué)特基性與臉圖像毫探測(cè)理想驕條件遞下光奮電成障像的穴圖像擱探測(cè)滔方程理想鋼探測(cè)繳器圖鳴像探皇測(cè)方任程(羅斯吐方程)夏根漸方程弗里押斯-羅斯播定律20鋸23網(wǎng)/6鉛/2珠7第二歉章被人眼勉的視臟覺(jué)特忙性與酒圖像賞探測(cè)20巴23領(lǐng)/6漫/2澆7第二策章飼人眼攀的視翻覺(jué)特墓性與握?qǐng)D像島探測(cè)2.壓3.目標(biāo)魂的探優(yōu)測(cè)與倆識(shí)別目標(biāo)保搜索昌的一宏般原使理目標(biāo)喂探測(cè)肢－識(shí)悲別模毅型約翰覽遜準(zhǔn)菊則20允23朋/6君/2曠7第二淡章稻人眼咱的視叮覺(jué)特柔性與扛圖像脾探測(cè)目標(biāo)壯搜索爐的一忠般原擺理探測(cè):把一款個(gè)目述標(biāo)同沾其所屠處背潔景或喝其它應(yīng)目標(biāo)忍區(qū)別難開來(lái)分類:把探愛測(cè)出煩的目晉標(biāo)大赤致分機(jī)類（缸飛機(jī)陳？坦萬(wàn)克）識(shí)別:把分急類目陜標(biāo)再驚細(xì)分奧（坦然克？高汽車頓）辨別：把飯已識(shí)熔別的飽目標(biāo)醒進(jìn)行暈辨認(rèn)伯（型犯號(hào)、習(xí)細(xì)節(jié)陽(yáng)）搜索忠概率搏的大據(jù)小，租在一焦定程嫩度上挪提供幅了光茄電成謊像系值統(tǒng)性性能的亭評(píng)估鑼，通騾常可廢以寫氣成各羊種條社件概愛率的險(xiǎn)乘積貌。在假妖定目怠標(biāo)一艱定在吊視場(chǎng)池內(nèi)出紛現(xiàn)，哀并且錦上述尋每一斑項(xiàng)都兵是互鋒相獨(dú)歲立的添，即知某一嚇?biāo)阉鞒蝿?wù)傻的發(fā)船生，質(zhì)不影趴響下想一個(gè)搞搜索手任務(wù)晃產(chǎn)生壘的概鋒率，發(fā)則上紛式可努簡(jiǎn)化婦如下吧：20偷23禾/6舉/2災(zāi)7第二腿章模人眼顯的視械覺(jué)特追性與毀圖像凱探測(cè)目標(biāo)曠探測(cè)賴－識(shí)拴別模奶型假定莊搜索鈴光電絕成像揪系統(tǒng)過(guò)顯示蒜屏上掘的目吳標(biāo)像敲的過(guò)湊程為概：在一貿(mào)個(gè)完向全可鴨以確叉定的宮面積拒上進(jìn)坑行謹(jǐn)矛慎的乞搜索根據(jù)虧所搜沙索的抵目標(biāo)攪與周石圍景叮物的債亮度具對(duì)比恩度探府測(cè)根據(jù)小對(duì)比慶度所構(gòu)形成碎的外桶形輪墳廓進(jìn)普行識(shí)掏別PR為顯墳示器融上可販以將擾目標(biāo)鐘識(shí)別間的概列率P1為在腥一個(gè)偶確定彈的包代含目站標(biāo)的蛛面積襪上，生掃視炸到目沿標(biāo)的錄概率P2為掃任視到徒的目帳標(biāo)被悲探測(cè)碌到的典概率P3為探設(shè)測(cè)到歇的目尸標(biāo)被品識(shí)別循的概紗率η為噪傍聲引項(xiàng)起的阻總衰抗減因遮子。20畫23襯/6罰/2凍7第二田章鼓人眼催的視腰覺(jué)特悠性與餓圖像邊探測(cè)目標(biāo)震探測(cè)釋－識(shí)笛別模嶺型P1，掃巧視到鞏目標(biāo)岔的概竹率瞥見蟻時(shí)間水：1/理3蹄s瞥見擔(dān)孔徑赤：有盞效瞥鳥見掃倚描孔急徑，賄平均曲凝視硬中心會(huì)之間紐奉的距尚離。瞥見礦孔徑敏對(duì)應(yīng)卡的面汁積Ag目標(biāo)棒面積條：ATk:與景售物密揪度程鞋度相含關(guān)的燙參數(shù)修，通看常為10～10君0，有哨時(shí)也討在10歐0～10訊00之間禮變化惑。搜索昌面積乞：As完善旺系統(tǒng)休的自句由搜殿索掃視暗到目個(gè)標(biāo)的基瞥見預(yù)數(shù)只墾能是a失去里目標(biāo)咱的瞥休見數(shù)葬為b一次源瞥見配中掃啦視到眠目標(biāo)此的概杯率為p，未待掃視冰到的午概率辱為qn次瞥毒見中份心掃啄視到快目標(biāo)婚的概津率為P所需蕉的瞥韻見次久數(shù)N20尚23肥/6猴/2裝7第二李章講人眼數(shù)的視印覺(jué)特貿(mào)性與鉆圖像憲探測(cè)目標(biāo)左探測(cè)促－識(shí)掘別模皮型P2，掃距視到配的目扎標(biāo)被率探測(cè)解的概鴿率－扒對(duì)比猾度探桌測(cè)概釋率當(dāng)目塌標(biāo)對(duì)防其相睡鄰背柱景的右對(duì)比貸度大變于閾敲值對(duì)取比度怨時(shí)，桐目標(biāo)徐就有糕一定英的被飛探測(cè)汽概率弦。勃來(lái)等克韋玻爾的犁試驗(yàn)習(xí)：觀帝察者鳳在8個(gè)可薄能的購(gòu)位置標(biāo)上進(jìn)栗行強(qiáng)備迫選請(qǐng)擇；而搜輔索顯儲(chǔ)示器嚇時(shí)，糟是在逐所有懂位置痛上自殖由選訂擇。教勃建蘇議自惰由選渡擇所面需閾齒值要耗大2.曬4倍；款考慮丹到目餅標(biāo)出拆現(xiàn)的集位置程和時(shí)炊間的毯不確縫定性嗚，再觀提高1.林5倍。修正洗曲線表把閾薪值對(duì)明比度姨曲線啞上調(diào)5.絨5倍。捷可近灰似表紡示為獸雙曲勇線。當(dāng)其梅他觀圍察對(duì)扇比度C時(shí)的詢概率仿僅與C/CT的值顏有關(guān)代時(shí)，悟可近晃似表握示為辛：20風(fēng)23敏/6東/2彎7第二雁章蓮人眼狡的視肉覺(jué)特唱性與妥圖像扛探測(cè)目標(biāo)歷探測(cè)帶－識(shí)筍別模聯(lián)型P3，探您測(cè)到幟的目夕標(biāo)被播識(shí)別坊的概屑率對(duì)于碌已知蓮或提愿示過(guò)愛且熟牢悉的箱目標(biāo)架形狀侮的識(shí)巴別是斬把目昌標(biāo)的諷形狀叫與記黃憶中圍的形踢狀向妨判別鞠的過(guò)退程，揉需要貍探測(cè)筐到目足標(biāo)的靠細(xì)節(jié)餅足夠筍多。一些謎實(shí)驗(yàn)光研究盲得出泉此概躺率與Nr的關(guān)宴系：Nr由目噸標(biāo)臨足界尺危寸中反所包那含的耕獨(dú)立蛛可探叔測(cè)點(diǎn)挺確定斧：計(jì)算散顯示喂器上犬實(shí)際進(jìn)目標(biāo)賠像對(duì)鍬人眼告的張海角α及目號(hào)標(biāo)的遷顯示刑對(duì)比務(wù)度C；由C/馬CT=1煙.5確定C滿足90愁%探測(cè)耗概率濟(jì)的閾岡值對(duì)男比度CT；由閾報(bào)值對(duì)騾比度零雙曲雜線公套式確厘定50簽%探測(cè)激概率假下的垂最小仍可探遞測(cè)角α’，即奔為可逼使具呆有顯塘示對(duì)歸比度C的目潮標(biāo)達(dá)翻到90沫%探測(cè)付概率骨的目麻標(biāo)張謙角；目標(biāo)蒼張角α中包饞括的α’數(shù)目樸，即兩獨(dú)立即可探價(jià)測(cè)點(diǎn)Nr=α/α’。20收23希/6犬/2敞7第二譯章葵人眼悔的視既覺(jué)特靈性與灣圖像瞞探測(cè)目標(biāo)坑探測(cè)搜－識(shí)啞別模墾型η，影促響識(shí)粥別概燃率的蘿總噪洽聲因疤子噪聲葛的種耀類：系統(tǒng)迎噪聲航：探盞測(cè)器羞噪聲隸、放卸大器酬噪聲間、熒妻光屏剝的顆廣粒噪怪聲等舌；與信如號(hào)相售關(guān)的嘴噪聲溉：如縫光子巧噪聲甘等。噪聲把的影蠟響形貌式：增加膛了圖雞像景與物密溝集因叛子G而降境低了P1增加紡了點(diǎn)拴探測(cè)互所需幸的閾愈值對(duì)乎比度CT而降禽低了P2；由于辱對(duì)比許度邊術(shù)界的畜變斜形或外對(duì)比特度梯瞞度的件降低逮，相法應(yīng)地窯降低庫(kù)了Nr值而測(cè)使P3減小負(fù)。Ra淹nd模型怠采用作了變憂量分紗離的防方法婦，使驅(qū)每一主項(xiàng)表欠示成蜘少數(shù)慮幾個(gè)綠參數(shù)牙的函遵數(shù)，翅并把邪噪聲布項(xiàng)獨(dú)腫立處糠理，您從而鮮使問(wèn)晴題得括到透相當(dāng)眉大的索簡(jiǎn)化。20孔23享/6舒/2降7第二屑章孩人眼喘的視透覺(jué)特萄性與而圖像貪探測(cè)約翰顆遜準(zhǔn)購(gòu)則目標(biāo)肥的等同效條知帶：低一組城黑白且間隔掘相等立的條曠帶狀具圖案擁，其占總高蛋度為螺基本誰(shuí)上能撥被識(shí)范別的昌目標(biāo)平臨界潮尺寸勢(shì)，及嗓目標(biāo)吼的最姜小投辦影尺牧寸，肉其長(zhǎng)器度為傭垂直蔑于臨鼻界尺邀寸方路向的雖橫跨呀目標(biāo)撐的尺搶寸，肌等效估條帶澇圖案己的可權(quán)分辨驗(yàn)力為夕目標(biāo)屬臨界籍尺寸何所包扶含的呀可分姿辨的度條帶坊數(shù)（映周／膽臨界池尺寸胞）約翰裝遜論霜證了小等效誰(shuí)條帶癢圖案尋可分境辨力梯能用消來(lái)預(yù)嫌測(cè)目緩標(biāo)的涂探測(cè)劉識(shí)別低，通壓過(guò)實(shí)胃驗(yàn)確弄定了茂各類介目標(biāo)樣探測(cè)茶識(shí)別堡準(zhǔn)則陸。目標(biāo)的等效條帶圖案研究勺表明推：有哲可能