课件：二人的知觉.ppt

第2章 人的知觉,2.1 人的五感,人的五感: 视觉 听觉 嗅觉 触觉 味觉,刺激能产生物理变化值,人所感觉到的心理变量值,韦伯费克纳法则,S人通过感觉器官感觉到的信号 I物理刺激量 k，c为常数,人的感觉与刺激量的对数成正比,使感觉强度成等差级数增加，必须使刺激大小成等比级数增加,S人通过感觉器官感觉到的信号 I物理刺激量 k，c为常数,韦伯比,心理感觉量的变化比与韦伯比成正比,对I求导,常数,2.2 眼睛结构和特性,2.2.1 眼睛结构,从生理上讲，眼睛可比作一个照相机，因为它们都包含一个暗箱，一端打开让光线进入，还包括一个可变组合镜头，用于将图像聚焦在暗箱后壁的光敏物质是视网膜。,2.2.2 光亮度的知觉,光亮度人对光的心理感受程度。 与光强度对应 与光波长和眼的感受能力有关 光觉阈人要感知光的存在，必须要有一定量的光进入眼中，这种最小光量叫光觉阈。光的波长、光刺激的持续时间、光刺激的面积，以及光在视网膜上的位置等都能影响光觉阈。,光觉阈I 与刺激面积A 的关系 A 值小时满足里克(Ricco)法则： IA = 常数 A 值大时满足派伯(Piper)法则： IA 1/2 = 常数 光觉阈I 与刺激时间T 的关系 T 值小时：IT = 常数 T 值大时 ：I = 常数,辨别阀 区分明亮度差所需的最小光量度，最小值为I。 根据当时的光强度I不同而不同 随着I的增大，I/I减少；当I大到一定程度时，I/I接近一定值。 相对辨别阀韦伯比,人在心理上感觉到的光亮度并不单单决定于光的物理量，也受当时地域周围环境状况的影响（例：白天和晚上的手机屏幕） 马赫现象：光亮度与反差的一个典型例子,环境影响,边界处亮度对比加强，使轮廓表现得特别明显，但感知（红线）与实际（黑线）不重合。,2.2.3 色觉,色觉不同波长的光线作用于视网膜而在人脑引起的感觉。色觉是视觉系统的基本机能之一， 三色视觉 太阳光经过一个棱镜后会分解成多色光带，称为光谱。 人类具有三个分开的彩色视觉处理，所以属于三色视觉者。,锥体细胞中包含三种光敏化学物质，每一种都在光谱中有一个大的敏感区，锥体对三种波长有反应。 三个分开但又相互重叠的光化学处理：一个是低频（长波长）处理（对应于红色570nm ），一个中频处理（对应于绿色530nm ），一个高频处理（对应于蓝色440nm ）。 当某个特定频率的光进入视网膜后，就会有选择性地与能够区分频率的组织结构起作用。,三色视觉,三基色,三基色：锥体细胞包含三种化学物质，因此，我们只用三种颜色（称为三基色）的组合就能看到所有颜色。 电视选择红（R，Red）、绿（G, Green）、蓝（B, Blue）三基色。 三基色以不同的比例相混合，可成为各种色光，但基色却不能由其他色光混合而成。 三基色相混合（相加）而成白光。,三基色和相加混色,互补色,互补色(Complementary Colors )：两种相混合能形成白光的色光。 互补色是彼此之间最不一样的颜色。 示例：R（红）与C（青），G（绿）与M（品红），B（蓝）与Y（黄）,反相色,三个对称组：蓝-黄，红-绿，黑-白。 示例：若注视绿色，则它周围就会出现绿红色；当注视黑色，则其周围就会出现白色；当长时间注视蓝色，而再将眼睛移向白色时，就会看到黄色的残留。 解释：即被刺激的受信器产生疲劳的时候，若移动视线，则对应的另一方受信器就开始活跃地动作。,色调、饱和度和亮度,颜色的三要素：色调、饱和度和亮度 色调与光波的波长有直接关系 亮度和饱和度与光波的幅度有关 人眼看到的任一彩色光都是这三个特性的综合效果,色调,色调：指颜色的外观，用于区别颜色的名称或颜色的种类。 色调取决于可见光谱中的光波的频率。色调是视觉系统对一个区域所呈现颜色的感觉，就是视觉系统对可见物体辐射或者发射的光波波长的感觉。 色调的种类很多（一千万种以上）。专业人士可辨认出的颜色大约可达三百至四百种。 色调次序：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。当人们混合相邻颜色时，可以获得在这两种颜色之间连续变化的色调。黑、灰、白则为无色彩。 色彩(colorfulness) ：描述感知色调的一个术语，是视觉系统对一个区域呈现的色调多少的感觉（例如，浅蓝，深蓝）。,色调表示,圆周表示,色环,饱和度,饱和度：颜色的纯洁性，可用来区别颜色明暗的程度。,饱和度用颜色圆上的半径来表示。 不饱和：当一种颜色渗入其他光成分愈多时，就说颜色愈不饱和。 完全饱和：没有渗入白光所呈现的颜色（例如，仅由单一波长组成的光谱色）。,明度,明度(brightness)是视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性。 有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率。 明度的一个极端是黑色(没有光)，另一个极端是白色，在这两个极端之间是灰色。 在纯正光谱中，黄色的明度最高，显得最亮；其次是橙、绿；再其次是红、蓝；紫色明度最低，显得最暗。 明度和人的感知有关，目前还无法用物理设备来测量。,垂直轴表示明度,纯正颜色的明暗差别,垂直轴表示明度,纯正颜色的明暗差别,亮度,亮度(luminance)是用反映视觉特性的光谱敏感函数加权之后得到的辐射功率(radiant power)，用单位面积上反射或者发射的光的强度表示。 与物理功率成正比，并在555 nm 处达到峰值。 量度：用指定的亮度即白光作参考，并把它标称化为1或者100个单位。 例如，监视器用亮度为80 cd/m2的白光作参考，并指定Y = 1 。,亮度与明度,明度是一种心理亮度的度量单位, 同样一幅照片, 如果用 32 级等差明度来表示质量要比 32 级等差亮度好得多。要达到同等表现质量, 用亮度表示要比用明度多用 150% 以上的数据量, 即 255级亮度约只相当于 100 级的明度, 在实际使用中, 如果用明度来表示, 则 128 级明度就有很高的质量了。,32 级亮度,32 级明度,2019/8/25,25,可编辑,色调、饱和度与亮度的关系,淡色的饱和度比浓色要低一些,同一色调越亮或越暗越不纯 同一色调的彩色光，饱和度越深，颜色越鲜明或说越纯，相反则越淡,2.2.4 视觉的时间特性,阶梯状的光刺激时对亮度的感觉：当时间从50ms变化到100ms，其间光亮度达到一个峰值，然后再逐渐减少，达到一个定值。 Broca-Sulzer现象：刺激的光越强，出现峰值的上升时间越短。 临界闪烁频率（CFF）：光以某个周期作明、暗变化时，人所能感知的连续光的频率。 F = algI + b F-CFF, I-光强度, a、b-常数。,2.2.5 形状和景深的知觉,人有几种途径获得视觉深度显示 第一类只需一只眼的眼力就可获得，称为单眼视觉深度线索。 另一类深度线索依赖于双眼视觉。当我们将视觉集中在视野内的一个物体上时（定位），两只眼睛相互朝对方转动（会聚），以使物体在视网膜上的图像落在每只眼睛的黄斑区。这时眼睛会无意识地调节晶状体的曲度以尽量保证图像清楚，这个过程称为调节。 还有一些以调节和会聚为基础的动觉的、非视觉的深度感线索，有时也称为双眼差异或立体镜视觉。,图形和背景的感知问题（图底反转）,Ponzo错觉,Ponzo错觉：由于两条斜线的影响，被夹在中间的两条长度相等的水平线看起来并不一样长,错觉现象,实际不存在的图形（眼睛欺骗）,文字认知的文脉存在性,2.3 耳朵结构和特性 2.3.1 耳朵结构,耳朵的结构 声波外耳道鼓膜耳小骨前庭听神经大脑,2.3.2 声音的基本特性,声音是机械振动或气流振动引起周围传播媒质发生波动的现象，产生声音的发声体称为声源。当声源体产生振动时，引起相邻近的空气的振动，产生声波。 声波传到人耳，经过人类听觉系统的感知就是声音。 f 为基音频率，决定了声音音调的高低；Ak为第k次谐波分量的振幅，与声音的响度有关；kf为谐音的频率，与声音的音色有关； 为第k次谐波的初始相位。,1.频率,频率是单位时间内信号振动的次数，用f 表示，单位是赫兹（Hz）。 声波的频率范围：10-41012Hz。 频率低于20Hz的声波为次声波；频率高于20kHz的声波为超声波；人耳可以听到的声音是频率在20Hz20kHz的声波，称为音频信号。 人说话的信号频率通常在3003400Hz之间，即语音信号。,音频信号分类,窄带语音 信号频带为300-3400Hz，用于电话通信。 宽带语音 信号频带为50-7000Hz，用于电话会议、视频会议。 数字音频（DAB）广播 信号频带为20-15000Hz。 高保真立体声音频信号 信号频带为20-20000Hz，用于VCD、DVD、CD、HDTV伴音。,2、频谱,纯音：频率单一、声压随时间按正弦函数规律变化的声音。 复合音：由频率不同、振幅不同和相位不同的正弦波叠加形成的。在复合音中频率最低的成分称为基音。频率与基音成整倍数的分音称为谐音（谐波）。 声音的频谱结构是用基音、谐音数目、各谐音幅度大小及相位关系来描述的。 声音的音色由其频谱成分决定，音调相同而音色不同的声音是由于它们的谐音数目、谐音振幅及其随时间衰减的频率不同而造成的。,3、声压及声压级,声压：单位为帕（Pa）或微巴（ bar）。 声压的大小反映了声音振动的强弱，同时也决定了声波的幅度大小。 瞬时声压：某点的瞬时总压强减去静压强。 峰值声压：在某一时间间隔中最大的瞬时声压。 有效声压：在一定时间内，瞬时声压对时间取均方根值。（一般所说的声压）,人们对声音强弱的主观感觉大至正比于声压的对数值。 常采用按对数方式分级的方法来表示声音的强弱，这就是声压级。 声压级用符号Lp表示，单位是分贝（dB） p为有效声压值；pref 为基准声压，一般取2*10-5Pa，这个数值是人耳所能听到的1kHz声音的最低声压 ，低于这一声压，人耳就无法觉察出声波的存在了。,2.3.3 声音的主观感觉,人的听感是一个非常复杂的物理生理心理过程。 人对声音的感知有响度、音调和音色三个主观听感要素。 人的主观听感要素与声波的客观物理量声压、频率和频谱成分之间既有着密不可分的联系，又有一定区别。 声音的响度与声波振动的幅度有关； 音调高低取决于声波的基音频率； 音色由声波的频谱成分决定。,1、响度声音大小,响度是人耳对声音强弱的主观感觉程度，单位为宋（sone），用符号N表示。在客观的度量中，声音的强弱是由声波的振幅（声压）决定的。 一般来说，响度同声压级大体成比例，即声压级越大响度也越大，但这只对同一频率的声音来说是正确的。 频率也在一定程度上影响响度。 1宋定义为频率为1kHz的纯音在声压级为40dB时的响度。,2、响度级,人耳对声音强弱的主观感觉还可以用响度级来表示。响度级的单位为方（phon），一般用符号LN表示。 响度级LN与响度N 之间的换算公式为 声压级为40dB时，响度级定为40phon，响度为1sone。 响度级每增加10phon，响度增加1倍。,3、等响度曲线,响度是指人耳对声音强弱的一种主观感觉，当听到其他任何频率的纯音同声压级为40dB的1kHz的纯音一样响时，虽然其它频率的声压级不是40dB，但也定义为40phon。 这种利用与基准音比较的实验方法，测得一组一般人对不同频率的纯音感觉一样向的响度级、声压级与频率三者之间的关系曲线，称为等响度曲线。,等感曲线反映出响度听觉的如下特点： 响度主要有声音的强度决定，随声强提高而提高； 频率也在一定程度上影响响度； 不同频率的声音的响度增长率也不同，低频纯音的响度增长率较快。,4、音调声音高度,音调也称音高，表示人耳对声音调子高低的主观感觉。音调与声波基频相对应。频率低的调子给人以低沉、厚实、粗旷的感觉，频率高的调子给人以亮丽、明快的感觉