光学基本知识PPT课件.ppt

视觉人的眼睛 在接收光源直接发出的光或被物体反射的光 光射入眼睛后产生的视知觉 光觉 看见明亮 色觉 看见颜色 形觉 看见物体的形状 动觉 看见物体的运动 立体觉 看见物体的远 近 深 浅 1 人眼能否清楚地识别物体 与下列条件有关 1物体的明亮程度2物体其与背景的亮度对比3物体的颜色4物体的色对比5光的颜色6物体的大小和视距的视角大小7观察时间的长短 2 2 视觉的工作特点 1 视野范围 水平范围 180 垂直范围 130 中心视场30 范围内最清晰 2 明视觉和暗视觉明视觉 亮度在1cd m2以上的环境中人眼的视觉暗视觉 亮度在1cd m2以下的环境中人眼的视觉 3 3 颜色感觉 人眼对不同波长的光所引起的不同的色觉4 视度 在观察周围事物时 视觉的清晰程度5 影响视觉的因素 1 亮度物体只有具有一定的亮度才能在人眼的视网膜上成像 在一般亮度情况下 视力随亮度的增加而提高 当观察对象的周围亮度与中心亮度相等或周围稍暗时视力最好 若周围比中心亮 则视力显著下降 过高的亮度或强烈的亮度对比 则会引起眼睛的不舒适感而造成视力下降 人眼的视觉亮度在10 6 104cd m2 4 2 视角 物体的尺寸与物体到任眼的距离的比值为视角 3 亮度对比 只有被观察的物体与其北京在亮度和颜色上存在差别时 人眼才能正常分辨 差别越大 看得越清楚 视觉越好 4 识别时间 指在一定的照度条件下 看清楚物体所用的时间 视角大的物体 照度高的地方 识别时间越短 5 眩光 视影响视觉的重要因素 5 过高的亮度或强烈的亮度对比 则会引起眼睛的不舒适感而造成视力下降 这种现象称为眩光 其原因是由于高亮度的刺激使瞳孔缩小 角膜或晶状体等眼内组织产生的光散射在眼内形成光幕 视网膜受高亮度的刺激使眼的明暗适应状态变坏 甚至导致破坏 6 2 1光学基本知识 光谱光源辐射的光往往由许多波长的单色光组成 把光线中不同强度的单色光按波长长短依次排列 称为光源的光谱 7 光谱灵敏度 人的视觉与光的波长有关 称为光感的光谱灵敏度 可见光波长 380 780mm 明亮时视网膜锥状体工作 最大相对灵敏度在波长为555nm的黄绿光处 昏暗时视网膜杆状体工作 最大相对灵敏度移到507nm处 此时光谱的色感觉消失了 蓝色 440 470nm 蓝绿色 470 500nm 黄色 560 600nm 等 在不同的亮度下色调并不变化 8 人的视觉系统 眼睛本质上是一个照相机 红 绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同 对不同亮度的感知程度也不同 因此 可使用数字图像处理技术降低数据率而不致看起来图像质量太差 9 亮度 亮度是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉 它与被观察物体的发光强度有关 对同一物体照射的光越强 反射光也越强 越亮 对于不同的物体在相同照射情况下 反射越强 则看起来越亮 10 色调 色调是人眼对的光的彩色感觉 它反映颜色的种类 是决定颜色的基本特性 某一物体的色调 是指该物体在日光照射下 反射的各光谱成分作用于人眼的综合效果对于透射物体则是透过该物体的光谱综合作用的结果 11 饱和度 饱和度是指颜色的纯度即掺入白光的程度 或者说是指颜色的深浅程度 对于同一色调的彩色光 饱和度越深颜色越鲜明或说越纯 饱和度还和亮度有关 12 亮度某一物体 或发光体 的表面亮度是该物体单位面积向视线方向发出的发光强度 亮度用符号L表示 其单位为坎德拉 每平方米 cd m2 由于物体在各个方向的亮度不一定相同 因此常在符号L的右下角注明角度 用以表示与物体表面法线成 角方向的亮度 物体的亮度越大 人们就会感到它越亮 13 发光强度是表征光源 物体 发光能力大小的物理量 光源在某一特定方向上单位立体角内 每球面度 球的面积为4 R2所张球面度为4 辐射的光通量 称为光源在该方向上的发光强度 简称光强 用符号I表示 单位为坎德拉 cd 对于向各方向均匀辐射光通量的光源 各方向的光强相等 其值为 14 光通量 光源在单位时间内 向周围空间辐射出的 使人眼产生光感觉的能量 称为光通量 用符号 表示 单位为流明 lm 人们通常以电光源消耗1W电功率所发出的流明数 lm W 来表征电光源的特性 称为发光效率 简称光效 电光源的光效越高越好 人眼对可见光中波长为555nm的黄绿色光最灵敏 波长离555nm越远 如波长较长的红光和波长较短的紫光 灵敏度越低 所以光通量与光辐射的强弱及其波长都有关系 15 照度 对被照物体表面而言 它单位面积上所接受的光通量 称为该被照面的照度 照度用符号E表示 单位为勒克斯 lx 被光均匀照射的平面照度为 16 色温是电光源的技术参数之一 当光源的发光颜色与黑体 能吸收全部光能的物体 加热到某一个温度所发出的光的颜色相同时 称该温度为光源的颜色温度 简称色温 显色性和显色指数 同一物体在不同的光源照射下 显示出不同的颜色 光源对被照物体颜色呈现的真实程度称为光源的显色性 对同一物体 在被测光源的光照射下呈现的颜色 与在标准光源的光照射下呈现的颜色的一致程度愈高 Ra则愈大 显色性愈好 17 反射率 当光通量投射到被照面后 一部分被反射 一部分透过被照面 一部分则为被照面所吸收 这就是在相同照度下 不同物体有不同亮度的原因 被物体反射的光通量中 与射向物体的光通量 之比 叫做反射率或称反射系数 即 18 图像的基本概念 像素 Pixel 是组成图像的最基本单元 它是一个方形的色块 每个色块有自己特定的位置和颜色值 在Photoshop中用缩放工具将图像放到足够大时 可以看到类似马赛克的效果 一个小方块就是一个像素 一幅图像单位面积内的像素越多 图像的质量就越好 像素 19 分辨率 Resolution 是和图像相关的一个重要概念 它是衡量图像细节表现力的技术参数 分辨率可以分为4种类型 图像分辨率 屏幕分辨率 输出分辨率 位分辨率 分辨率 分辨率为72dpi细节放大630倍的显示效果 分辨率为300dpi细节放大150倍的显示效果 20 图像分辨率 图像中每单位打印长度像素 点 的数量 屏幕分辨率 屏幕分辨率是显示器上每单位长度显示的像素数目 输出分辨率 输出分辨率是激光打印机等输出设备在输出图像时产生的每英寸的油墨点数 dpi 位分辨率 图像的位分辨率又称位深 是用来衡量每个像素储存信息的位数 21 图像的种类 点阵图像由许多色点组成 每一个点称为像素 Pixel 每一个像素都有自己特定的位置和颜色值 点阵图像的质量与分辨率有关 就是说 如果在屏幕上把一幅低分辨率的图像放大较大的倍数 点阵图像就会出现锯齿状的边缘 点阵图像可以由Photoshop和其它图像编辑软件生成 点阵图像 22 矢量图形由直线 曲线 文字和色块组成 而这些曲线和文字以数学公式来描述 矢量图形与分辨率无关 把它们缩放到任意尺寸并按任意分辨率打印 也不会丢失细节或降低清晰度 所以常用于标志设计 工程绘图 矢量图形 23 图像格式 BMP格式是Windows系统的标准图像文件格式 BMP格式支持RGB 索引颜色 灰度和位图颜色模式 不支持Alpha通道 BMP格式 TIFF格式 TIFF TaggedImageFileFormat 格式用于在应用程序和计算机平台之间交换文件 是一种灵活的位图图像格式 受几乎所有的绘画 图像编辑和页面排版应用程序的支持 几乎所有的扫描仪都可以产生TIFF图像 TIFF格式支持具有Alpha通道的CMYK RGB Lab 索引颜色和灰度图像以及无Alpha通道的位图模式图像 24 图像格式 JPEG格式 JPEG JointPictureExpertGroup 是一种有损图像压缩格式 利用JPEG格式可以进行高倍率的压缩图像 所以压缩后的图像文件比较小 JPEG格式支持CMYK RGB和灰度颜色模式 但不支持Alpha通道 与GIF格式不同 JPEG保留RGB图像中的所有颜色信息 但通过有选择地扔掉数据来压缩文件大小 GIF格式 GIF GraphicInterchangeFormat 格式是网页上通用的一种文件格式 用于显示超文本标记语言 HTML 文档中的索引颜色图形和图像 最多只有256种颜色 GIF格式 CompuServe 保留索引颜色图像中的透明度 但不支持Alpha通道 25 彩色图像格式 位图模式 位图模式的图像只有黑色和白色的像素 通常线条稿采用这种模式 只有双色调模式和灰度模式可以转换为位图模式 如果要将位图图像转换为其它模式 需要先将其转换为灰度模式 26 彩色图像格式 灰度模式 灰度模式通常是8位的图像 包含256个灰阶 即用256种不同灰度值来表示图像 0表示黑色 255表示白色 任何模式的图像都可转换为灰度模式 但原来图像中的彩色信息将被丢失 27 彩色图像格式 双色调模式 双色调模式通过2 4种自定油墨创建双色调的灰度图像 双色调模式不是一个单独的图像模式 它包含四种不同的图像模式 单色调 双色调 两种颜色 三色调 三种颜色 和四色调 四种颜色 28 彩色图像格式 索引色模式 索引色模式使用0 256种颜色来表示图像 当一幅RGB或CMYK的图像转化为索引颜色时 PhotoShop将建立一个256色的颜色查找表 CLUT 存放并索引图像所用到的颜色 因此索引色的图像占硬盘空间较小 但是图像质量也不高 适用于多媒体动画和网页图像制作 29 彩色图像格式 RGB模式 RGB模式的图像通过R 红 G 绿 B 蓝 三个颜色通道 为每个像素的RGB分量指定一个介于0 黑色 到255 白色 之间的强度值 通过RGB三个颜色通道 RGB色彩模式的图像可以在屏幕上生成多达1 670万种颜色 RGB颜色模式下的每个像素包含24 8 3 位颜色信息 30 彩色图像格式 CMYK模式 CMYK模式是针对印刷而设计出的一种颜色模式 由青色 洋红 黄色 黑色四种颜色组成 在Photoshop中 在C 青色 M 洋红 Y 黄色 K 黑色 四个通道中为每个像素的每种印刷油墨指定一个百分比值 在CMYK模式的图像中每像素包含32位 8 4 位颜色信息 31 彩色图像格式 位图模式 Lab模式通过两个色调参数 a b 和一个光强度参数 L 来控制色彩 Lab颜色是Photoshop在不同颜色模式之间转换时使用的中间颜色模式 如当RGB和CMYK两种模式互换时 都需要先转换为Lab模式 这样才能减少转换过程中的损耗 32 常见图形文件格式 gif GIF图像文件 可以使用WEB浏览器查看 html htm HTML文件 可以使用WEB浏览器查看 jpg JPEG图像文件 可以使用WEB浏览器查看 pdf 文档的电子版本 PDF是一种电子文档的标准 可以使用xpdf