lecture04-视觉媒体

1、2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础1多媒体技术基础视觉媒体基础向辉山东大学计算机学院2009年秋季2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础2本章内容n视觉媒体基本概念n颜色基础n数字图像n数字视频2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础3视觉媒体（Visual Media）n视觉系统是人类获取外界信息的主要途径n视觉、听觉、触觉、嗅觉、味觉n百闻不如一见n视觉媒体种类n静止图象、视频n图形、动画2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础4视觉媒体发展n小孔成像：墨子（公元前476390）nCamera Obscura：亚里士多德（ 公元前384-322 ）2021-

2、10-25多媒体技术基础视觉媒体基础5视觉媒体发展nJoseph Niepce，18262021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础6视觉媒体发展n1839年，Louis Daguerre在巴黎发表了银版照相术（Daguerreotype）n1893年，爱迪森（Edison）的工作室（Black Maria），开拍了首部运用电影放映机（Kinetoscope）播放，全长20秒的短片n两年之后，卢米埃兄弟（Auguste Lumiere and Louis Lumiere）发表了第一部电影n1920s：开始出现有声电影n1930s：彩色电影2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础7视觉媒

3、体发展n1920s：第一次电视试验n1930-32：首次试验性电视播放 (纽约)n1936：首次奥运会直播，Berlinn1939：美国开始提供黑白电视节目服务n1954：美国，NTSC制式彩色电视n1967：德国，PAL制式彩色电视2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础8视觉媒体发展n九十年代以来的进展nJPEG and MPEG standardsnDigital still camerasnDigital TV broadcastingnDigital video/versatile disk (DVD)nIntegration of computers and videonWo

4、rld Wide WebnInternet video streaming2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础9人的视觉系统（Human Visual System）角膜Cornea水状体Aqueous Humor瞳孔Pupil虹膜Iris睫状肌Ciliary Muscle巩膜Sclera黄斑区Fovea视网膜Retina视神经Optic Nerve玻璃体Vitreous Humor水晶体Eyelens脉络膜Choroid悬韧带 Suspensory ligament盲点Blind Spot2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础10视觉成像nimage 被聚焦在眼的后面物体图

5、象光轴2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础11成像流程曝光控制感知处理CorneaLensIris/pupilPhotoreceptorsensitivityRetinaRodsConesBrain成像2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础12人眼与相机n角膜：镜头n虹膜：光圈n水晶体：镜片n玻璃体：暗箱n视网膜：底片n视神经：通讯线路n黄斑：视细胞密集，焦点n盲点：视神经接点，无视细胞2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础13人眼与相机的差别n人眼由水晶体厚薄来聚焦；照相机调整镜头的距离来聚焦n人眼以瞳孔大小及视网膜改变敏感度来调节光的强度；照相机靠光圈大小n相机需

6、要静止不动的取像才能有好的效果，视网膜上静止不动的近端刺激无法被知觉（正常的眼球有无意识的震颤，即使你盯著某物体看，它对于视网膜是不停晃动的）n相机底片经冲洗技术得到影像；而人眼接收刺激后由一连串的视觉感知过程而得到影像2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础14两种光敏细胞n对于暗视觉（scotopic）条件敏感，细节不敏感n仅对黑白单色n散步于视网膜Synaptic endingsCell nucleusInner segmentsOuter segmentsRod（杆状细胞）杆状细胞）Cone（锥状细胞）锥状细胞）n对明视觉（ photopic）条件敏感，细节敏感n三种对应三原色n

7、集中于黄斑区2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础15n从亮处进入黑处，感觉什么都看不见n检测阈值随周围光照强度变化n转换有一定的时间n锥状细胞与杆状细胞的切换大约为7分钟Photopic (cones)Scotopic (rods)051015202530Time in dark (minutes)Threshold of detection(log scale)人眼的适应性2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础16三种锥状细胞光谱敏感程度400460530650600700500Wavelength (nm)Relative responseBlueCyanGreenRed

8、490GRB2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础17视错觉（illusion）2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础18视错觉（illusion）2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础19视错觉（illusion）2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础20视错觉（illusion）实际亮度感知亮度2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础21颜色（Color）n颜色是视觉系统对可见光的感知结果n颜色是人的大脑对物体的一种反映，是人的一种感觉，而这种感觉又是带有极端的主观性n可见光波长：380 nm780 nm之间n大多数光不是一种波长的光，而是由许多不同波

9、长的光组合成的2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础22牛顿色圆Isaac Newton (1642 - 1727)2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础23Young-Helmholtz理论n英国心理学家（Thomas Young）1802年提出三原色学说，提出混合红、绿、蓝三色光可得到不同的色彩n德国心理学家赫尔姆兹（Herman L. F. von Helmholtz）进一步发展了其学说，并发表于其“Physiological Optics” （1866） 一书中n1965年前后人们才做详细的生理学实验进行了验证2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础24Maxwe

10、ll的贡献n三基色相加不能覆盖整个感知色调的色域，而使用相减混色产生的色调却可以n彩色表面的色调和饱和度对眼睛的敏感度比明度低n现代色度学基础2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础25光谱色定义n纯颜色通常使用光的波长来定义，用波长定义的颜色叫做光谱色(spectral colors)2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础26n国际照明委员会(CIE) 定义n色调（Hue）n饱和度（Saturation）n明度（Brightness）颜色的三个特性2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础27色调（Hue）n颜色的外观，用于区别颜色的名称或颜色的种类n视觉系统对可见物体辐射

11、或者发射的光波波长的感觉n色调取决于可见光谱中的光波的频率n最容易把颜色区分开的一种属性n用红、橙、黄、绿、青、蓝、靛、紫等术语来刻画2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础28饱和度(saturation)n指颜色的纯洁性，它可用来区别颜色明暗的程度n当一种颜色渗入其他光成分愈多时，就说颜色愈不饱和n完全饱和的颜色是指没有渗入白光所呈现的颜色，仅由单一波长组成的光谱色就是完全饱和的颜色nChroma：色度2021-10-25多媒体技术基础视觉媒体基础29明度（Brightness）n明度（brightness）n视觉系统对可见物体辐射或者发光多少的感知属性n有色表面的明度取决于亮度和表面的反射率n亮度（luminance）n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)，并在555 nm处达到了峰值n它的幅度与物理功率成正比 用Y表示n光亮度（lightness）n人的视觉系统对亮度(luminanc