计算机视觉教程-课件2

第2章 视觉和视知觉

2.1 视觉过程和特性

2.2 形状知觉

2.3 空间知觉

2.4 运动知觉第2章 视觉和视知觉 2.1 视觉过程和特性2.1 视觉过程和特性 2.1.1 视觉过程 2.1.2 视觉的时间特性 2.1.3 视觉的空间特性

2.1 视觉过程和特性 2.1.1 视觉过程2.1.1 视觉过程

光学过程：眼睛和照相机

光学过程基本确定了成像的尺寸2.1.1 视觉过程 光学过程：眼睛和照相机2.1.1 视觉过程

化学过程：锥细胞和柱细胞

基本确定了成像的亮度或颜色

神经处理过程：在大脑神经系统里进行

将对光的感觉转化为对景物的知觉2.1.1 视觉过程 化学过程：锥细胞和柱细胞2.1.2 视觉的时间特性

随时间变化的视觉现象：

(1)亮度适应

(2)眼睛的时间分辨率

感知中的时间因素：

(1)慢响应，对应整体时间刺激的总和

(2)快响应，对应对快速变化的刺激的反应效

果总和2.1.2 视觉的时间特性 随时间变化的视觉现象：2.1.2 视觉的时间特性

视觉在时间上的累积效应：

接收光的总能量E与物体可见面积A、表面亮度L和时距（观察时间长度）T成正比

在Tc时间内眼睛受刺激的程度和刺激的时距成正比。若时距超过Tc，则不再有时间累积效应2.1.2 视觉的时间特性 视觉在时间上的累积效应：2.1.3 视觉的空间特性

视觉在空间上的累积效应：

光面积和强度的反比定律

当小而弱的光点单独呈现时可能看不见，但是当多个这样的光点连在一起作为一个大光点同时呈现时便能看见2.1.3 视觉的空间特性 视觉在空间上的累积效应：2.1.3 视觉的空间特性

视敏度：

在良好的光照条件下，人所能看到的景物细节的精确性

视敏度可用不同方式借助不同的测试物或图形进行测试2.1.3 视觉的空间特性 视敏度：2.2 形状知觉 2.2.1 形状的感知

2.2.2 轮廓 2.2.3 图形和背景

2.2 形状知觉 2.2.1 形状的感知2.2.1 形状的感知

(1)视觉边缘和目标

(2)前景和背景的分离 前景位于轮廓内部，它具有某种形状 背景一般位于轮廓外部，并不具有特定的形状

(3)形状构造的规律 根据格式塔理论，形状有一些构造规则

(4)形状和信息2.2.1 形状的感知 (1)视觉边缘和目标2.2.2 轮廓

轮廓（封闭的边界）是形状知觉中最基本的概念，人在知觉一个形状以前一定先看到轮廓 轮廓的构成如果用数学语言来说就是轮廓对应亮度的二阶导数 轮廓与形状又有区别，轮廓不等于形状 轮廓在帮助构成形状时还有“方向性”。轮廓通常倾向于对它所包围的空间发生影响，即轮廓一般是向内部而不是向外部发挥构成形状的作用2.2.2 轮廓 轮廓（封闭的边界）是形状知觉中最基本的概2.2.2 轮廓

主观轮廓：

在没有直接刺激作用下产生的轮廓知觉。主观轮廓的形成是在一定感觉信息的基础上进行知觉假设的结果2.2.2 轮廓 主观轮廓： 在没有直接刺激作用下产生的轮2.2.2 轮廓

图形和背景：

形状感知的第一步是将目标从背景中区分出来(1)图形有一定的形状，背景相对来说没有形状(2)尽管图形和背景在同一个物理平面上，前景常 看起来更接近观察者(3)图形一般占据比背景小的区域面积，但图形与背 景相比常更动人，更倾向于具有一定的意义(4)图形和背景不能同时看到，但可顺序看到2.2.2 轮廓 图形和背景： 2.3 空间知觉 2.3.1 非视觉性深度线索 2.3.2 双目深度线索 2.3.3 单目深度线索

2.3 空间知觉 2.3.1 非视觉性深度线索2.3.1 非视觉性深度线索

非视觉性深度线索有其生理基础：

(1)眼睛聚焦调节 (2)双眼视轴的辐合 为将两眼对准物体，两眼视轴必须完成一定的辐合运动。控制视轴辐合的眼肌运动能给大脑提供关于物体距离的信息2.3.1 非视觉性深度线索 非视觉性深度线索有其生理基础2.3.2 双目深度线索

人对空间场景的深度感知主要依靠双目视觉 双眼视差是产生立体知觉和深度知觉的原因，它提供了双目深度线索

人处在正常的身体姿势时，两眼的视差是沿水平方向的，这称为横向像差。人的深度知觉主要由横向像差产生

主观视觉方向与作用在视网膜上任何一对相应点处刺激物的实际位置可能不一致2.3.2 双目深度线索 人对空间场景的深度感知主要依靠双2.3.3 单目深度线索

在单目视觉中刺激物本身的一些物理条件，通过观察者的经验和学习，在一定条件下也可以成为知觉深度和距离的线索

(1)大小和距离

(2)照明的变化

(3)线性透视

(4)纹理梯度

(5)物体的遮挡2.3.3 单目深度线索 在单目视觉中刺激物本身的一些物理2.3.3 单目深度线索 (6)运动视差

当观察者在固定环境中运动时，由于物体的距离不同，导致视角变化快慢产生差异2.3.3 单目深度线索 (6)运动视差2.4 运动知觉

运动速度的上下限是以下变量的函数

(1)物体的尺寸

(2)亮度和反差

(3)环境，运动的感知有一定的相对性

表观运动：在一定条件下，当实际中没有景物运动时也可能感知到运动

眼睛的运动：感知在一定程度上依赖这种运动2.4 运动知觉 运动速度的上下限是以下变量的函数2.4 运动知觉 动态深度线索：单目深度线索在视网膜有运动时也能提供深度信息

运动视差：当人向两边运动（横向运动）时所导致的图像与视网膜相对运动所产生的信息 旋转和径向运动（当物体移向或离开眼睛）也可提供关于空间及其中的物体的信息 需要区分对动态线索的表达和由于观察者自身运动造成的动态线索

2.4 运动知觉 动态深度线索：单目深度线索在视网膜有运动时第2章 视觉和视知觉

2.1 视觉过程和特性

2.2 形状知觉

2.3 空间知觉

2.4 运动知觉第2章 视觉和视知觉 2.1 视觉过程和特性2.1 视觉过程和特性 2.1.1 视觉过程 2.1.2 视觉的时间特性 2.1.3 视觉的空间特性

2.1 视觉过程和特性 2.1.1 视觉过程2.1.1 视觉过程

光学过程：眼睛和照相机

光学过程基本确定了成像的尺寸2.1.1 视觉过程 光学过程：眼睛和照相机2.1.1 视觉过程

化学过程：锥细胞和柱细胞

基本确定了成像的亮度或颜色

神经处理过程：在大脑神经系统里进行

将对光的感觉转化为对景物的知觉2.1.1 视觉过程 化学过程：锥细胞和柱细胞2.1.2 视觉的时间特性

随时间变化的视觉现象：

(1)亮度适应

(2)眼睛的时间分辨率

感知中的时间因素：

(1)慢响应，对应整体时间刺激的总和

(2)快响应，对应对快速变化的刺激的反应效

果总和2.1.2 视觉的时间特性 随时间变化的视觉现象：2.1.2 视觉的时间特性

视觉在时间上的累积效应：

接收光的总能量E与物体可见面积A、表面亮度L和时距（观察时间长度）T成正比

在Tc时间内眼睛受刺激的程度和刺激的时距成正比。若时距超过Tc，则不再有时间累积效应2.1.2 视觉的时间特性 视觉在时间上的累积效应：2.1.3 视觉的空间特性

视觉在空间上的累积效应：

光面积和强度的反比定律

当小而弱的光点单独呈现时可能看不见，但是当多个这样的光点连在一起作为一个大光点同时呈现时便能看见2.1.3 视觉的空间特性 视觉在空间上的累积效应：2.1.3 视觉的空间特性

视敏度：

在良好的光照条件下，人所能看到的景物细节的精确性

视敏度可用不同方式借助不同的测试物或图形进行测试2.1.3 视觉的空间特性 视敏度：2.2 形状知觉 2.2.1 形状的感知

2.2.2 轮廓 2.2.3 图形和背景

2.2 形状知觉 2.2.1 形状的感知2.2.1 形状的感知

(1)视觉边缘和目标

(2)前景和背景的分离 前景位于轮廓内部，它具有某种形状 背景一般位于轮廓外部，并不具有特定的形状

(3)形状构造的规律 根据格式塔理论，形状有一些构造规则

(4)形状和信息2.2.1 形状的感知 (1)视觉边缘和目标2.2.2 轮廓

轮廓（封闭的边界）是形状知觉中最基本的概念，人在知觉一个形状以前一定先看到轮廓 轮廓的构成如果用数学语言来说就是轮廓对应亮度的二阶导数 轮廓与形状又有区别，轮廓不等于形状 轮廓在帮助构成形状时还有“方向性”。轮廓通常倾向于对它所包围的空间发生影响，即轮廓一般是向内部而不是向外部发挥构成形状的作用2.2.2 轮廓 轮廓（封闭的边界）是形状知觉中最基本的概2.2.2 轮廓

主观轮廓：

在没有直接刺激作用下产生的轮廓知觉。主观轮廓的形成是在一定感觉信息的基础上进行知觉假设的结果2.2.2 轮廓 主观轮廓： 在没有直接刺激作用下产生的轮2.2.2 轮廓

图形和背景：

形状感知的第一步是将目标从背景中区分出来(1)图形有一定的形状，背景相对来说没有形状(2)尽管图形和背景在同一个物理平面上，前景常 看起来更接近观察者(3)图形一般占据比背景小的区域面积，但图形与背 景相比常更动人，更倾向于具有一定的意义(4)图形和背景不能同时看到，但可顺序看到2.2.2 轮廓 图形和背景： 2.3 空间知觉 2.3.1 非视觉性深度线索 2.3.2 双目深度线索 2.3.3 单目深度线索

2.3 空间知觉 2.3.1 非视觉性深度线索2.3.1 非视觉性深度线索

非视觉性深度线索有其生理基础：

(1)眼睛聚焦调节 (2)双眼视轴的辐合 为将两眼对准物体，两眼视轴必须完成一定的辐合运动。控制视轴辐合的眼肌运动能给大脑提供关于物体距离的信息2.3.1 非视觉性深度线索 非视觉性深度线索有其生理基础2.3.2 双目深度线索

人对空间场景的深度感知主要依靠双目视觉 双眼视差是产生立体知觉和深度知觉的原因，它提供了双目深度线索

人处在正常的身体姿势时，两眼的视差是沿水平方向的，这称为横向像差。人的深度知觉主要由横向像差产生

主观视觉方向与作用在视网膜上任何一对相应点处刺激物的实际位置可能不一致2.3.2 双目深度线索 人对空间场景的深度感知主要依靠双2.3.3 单目深度线索

在单目视觉中刺激物本身的一些物理条件，通过观察者的经验和学习，在一定条件下也可以成为知觉深度和距离的线索

(1)大小和距离

(2)照明的变化

(3)线性透视

(4)纹理梯度

(5)物体的遮挡2.3.3 单目深度线索 在单目视觉中刺激物本身的一些物理2.3.3 单目深度线索 (6)运动视差

当观察者在固定环境中运动时，由于物体的距离不同，导致视角变化快慢产生差异2.3.3 单目深度线索 (6)运动视差2.4 运动知觉

运动速度的上下限是以下变量的函数

(1)物体的尺寸

(2)亮度和反差

(3)环境，运动的感知有一定的相对性

表观运动：在一定条件