人眼视觉特性

1、人类视觉特性(HVS)人的眼睛类似于光学系统，但不是一般意义上的光学系统，而是由神经系统控制的。用人眼观察图像时可用的反应和特征如下。(1)在空间频率区域，人眼是低通线性系统，分辨景物的能力是有限的。瞳孔有一定的几何大小和一定的光学像差，视觉细胞有一定的大小，因此人眼的分辨率不能无限，HVS对过高的频率不敏感。(2)人对亮度的响应具有代数非线性特性，以获得亮度的动态范围。人眼对亮度反应的这种非线性，使得在平均值较大的区域，人眼对灰度误差不敏感。(3)人眼对亮度信号的空间分辨率大于色度信号的空间分辨率。(4)人眼由神经系统调节，因此从空间频率的角度来看，人眼具有另一个通过线性系统的特性。根据信号

2、分析理论，人眼视觉系统计算信号的加权总和，等于使信号通过带通滤波器，对人眼产生边缘增强感觉的一方抑制效果。(5)图像的边缘信息对视觉，尤其是边缘的位置信息很重要。人眼很容易感觉到边缘的位置变化，而对边缘的灰度错误，人眼不敏感。(6)人眼的视觉隐蔽效果是受背景照度、纹理复杂性和信号频率影响的局部效果。具有不同本地特性的区域具有不同的允许更改的信号强度，以确保不引人注目。人眼的视觉特性是多通道模型。或“多频率通道分解属性”(muti frequency channel decomposon)。例如，如果在人眼中长时间施加光的刺激，则该刺激敏感度对同一刺激的减少，但对不同频率段的刺激敏感度不受影响(

3、该实验可以通过观察不同空间频率的正弦光栅来确认)。神经模型、黑白模型、彩色视觉模型等视觉模型分别反映了人眼视觉的各种特征。因此，Campbell和Robosn假定人眼视网膜上有多个独立的线性带通滤波器，从而将图像分解为各种频率段，各种频率段的带宽较窄。对视觉生理学的进一步研究也发现，这些过滤器的频带宽度增加了两倍。换句话说，视网膜的图像在对数尺度上分解为相同宽度的特定频率段。视觉生理学的这些特征也由我们对事物的观察证实。分辨率低的风景照片，我们只能区分它的一般轮廓；提高分辨率的结果，可以区分房子、树、湖等。提高分辨率，使您可以区分树叶的形状。每个分辨率都可以表征图像细节的不同结构。人眼特性作者

4、：从lymex转移：主厨天文论坛一、简介人类身体最重要的感觉器官人眼是非常完美、精密、难以置信的长期进化成高级形式的生命的必然产物。90%以上的人感觉到的外部信息是通过眼睛获得的。我们每天都在使用自己的眼睛，习惯了很多与视觉相关的东西，对其特性反而有不理解或认为自己简单的知识或问题，但实际上有误会。在天文观测中理解自己的眼睛，特别是了解人眼的黑暗特性，就能更好地观察。人眼的特性主要取决于人眼的构成，包括光线如何聚合、如何检测、视觉信号如何传导等。另外，神经系统的特性，特别是人脑，在处理视觉信息的过程中起着一定的作用。在之前的夜空亮度号中，我们多次使用了亮度的概念，详细的定义和说明。明度是强度概

5、念，描述物件表面的明暗度。强度概念是与照度、发光强度和光源强度不同的光度控制概念，其单位也不同。亮度的单位为nit。这个概念就像能源、电力和重力都是其他概念一样。一盏40瓦的荧光灯，照在下面2米远的白纸上.白纸的亮度约为25尼特。猎户座星云M42的中心部分，约为0.02尼特。满月表面为3000尼特，木星表面为800尼特。满月调查下的白纸是0.05尼特。第二，人眼的结构人眼的结构像照相机或照相机。前面由角膜、镜片、前后方、玻璃体组成，与用于检测光线的薄膜类似，将物体发出的光集中在一起。角膜是直径为11毫米的透明胶片，镶嵌在巩膜前的圆孔上，其中央曲率半径为8毫米，周围相对平坦。角膜的折射指数为1.

6、376，是眼球的主要曲光介质。作为透镜、双凸透镜等透明组织，悬浮在瞳孔后的小带状纤维，纤毛肌肉收缩时小带状松弛，随着镜片本身的弹性而增厚，前后表面的弯曲增加，整体折射率增加，有助于看到附近的物体，称为调节。角膜和晶状体之间有虹膜，中间有可自动调整大小的开口，使适当的光线进入，称为瞳孔。向前，向后。前方是角膜背面，虹膜，镜片前面的缝隙，充满了防水。后方位于虹膜后面和睫状体、镜片周围部之间的缝隙也充满了水。防水的主要功能是保持眼压，保持镜片的代谢。玻璃体，视网膜内空间填充的明胶样组织。占眼球四分之五的体积。具有保护视网膜和缓冲振动的功能。视网膜是接近剑的深红色，光泽弱，光受体复盖在上面。眼球中心有

7、一个直径约2毫米的黄斑(6度视角)。黄斑中心有一个小凹，称为中央凹，面积约为1平方毫米。视网膜有两种光受体，一种是圆锥细胞，另一种是视觉细胞，都是以外形命名的。一只眼中约有700万个锥体细胞和1.2亿个视神经细胞。圆锥细胞像玉米一样呈圆锥形，末端向外，对强光敏感，至少有分别检测红色、绿色和蓝色三种颜色的圆锥细胞，因此能感知颜色；视神经细胞只有一种，没有颜色，但灵敏度很高，能看到很暗的物体。锥体细胞非常集中在黄斑部，尤其是中央凹型内最密集，产生最清晰视觉效果的地方。视觉细胞在黄斑部分布最小，其他分布比较均匀，在距中心10度到20度的范围内相对集中。人眼正面的透镜长度为17毫米(物)和23毫米(物

8、)，相对光圈为f/2.1至f/8.4(相当于2毫米至8毫米的瞳孔大小)。眼球的前后直径等于矩形的焦距，等于23毫米，等于43D歌曲的亮度。三、人眼的特性1、测量人眼分辨率的参数：视力和望远镜的分辨率一样，视力显示了人眼区别两个非常近的物体的能力。一般来说，兰德尔环是从5米的距离观察到直径为7.5毫米、环粗和开口均为1.5毫米的环，此时开口形成1个角，如果能正确区分的话，视力为1.0。识别出比这个大两倍的环，视力就变成了0.5。2、辨别能力通常我们称之为人眼的视力，也称为在明亮环境下观察的视觉，中心视力。视线是与人眼相对应的黄斑病变，人类眼睛视觉细胞最密集的地方，因此视力也是最好的地方。偏离中心

9、2度，视力下降一半，偏离中心10度，视力下降1/10。对于明亮的物体，主要是锥体细胞工作，相反锥体细胞主要集中在半径3度左右的黄斑部，由于外侧分布不足，分辨能力下降，偏离中心20度，视力也不到0.1。右图显示了视觉如何随角度变化，亮度为5尼特时的标准属性。周围视力不好，但对移动的物体或闪烁很敏感。例如，如果直接观察荧光灯管的一端，则不会显示50Hz的闪烁，而通过余光观察，则通常会看到闪烁。在亮度为0.01尼特的情况下，在黑暗的地方，锥体细胞不再工作，只有分布较广、相对稀疏的视神经细胞工作，因此人眼分辨率大幅下降，中心黄斑部分视力下降到0.05，与黄斑外海湾(中心黄斑几乎没有视觉峰细胞)一样没有

10、变化，黄斑外区域视力基本不变，最好的视力在黄斑边缘附近。这个时候的视力叫暗视力。但是表观杆细胞只有一种，无法分辨物体的颜色，所以我们观察星云表面亮度大部分在0.01nits以下的星云时看不到它的颜色。见本文第四部分，视力和亮度之间的关系逐渐变化。人眼的这个视觉曲线与感觉细胞的密度直接相关。换句话说，视力曲线的某一点与视网膜相应感觉细胞的密度和转换关系。从另一个角度来看，在5尼特的亮度下，人的瞳孔直径约为2.5毫米，根据瑞利标准，理论分辨率为140/2.5=56角秒，这与人眼中心的最佳视力非常吻合。但是，随着光线变暗，瞳孔直径变大，理论分辨率提高，人眼学系统并不是理想的系统。水车随着光圈的增大而

11、变大，但碰巧人眼后的感觉细胞也在此时分解，感觉不到这种水车。这种巧妙的搭配，是雪在漫长的进化过程中适应的。3、视觉角度人眼同时向前看的物体的角度称为视觉。从小到大，共五个小类：a，单眼观点。一只眼睛，直接向前看，眼球不转，头向前不动。以右眼为例，您可以看到50度，向下70度，向左60度，向右100度。b，相同的书，但是头可以动。这样可以更全面地显示眼球的视觉范围，并且可以去除眼罩和鼻罩。结果是向上55度，向下75度，向左60度，向右100度。奇怪的是，左右角度没有变化。c，相同的a，但两眼的角度。上下角度(共120度)约为100度(共200度)。d，b，但是两眼的观点。上下角度(共130度)、

12、左右角度(共200度)分别为100度。e，单眼视觉，眼球可以旋转，但头部不能移动。以右眼为例，您可以看到70度，向下80度，向左65度，向右115度。f，双眼的角度。上下150度，右侧115度(共230度)。g，注视观点。双眼，头部不动，眼球旋转，视觉中心到达的范围。上方40度，下方50度，左右各55度从这个角度来看，c代表了无意识地看到的最大范围，被用作动物本能的“预防”。f用于动物本能的“攻击”，在头部不移动时可以检测到的最大范围。4、视觉曲线人眼的视觉曲线是对不同波长(不同颜色)的光的主观亮度的相对值曲线。右侧曲线，如右图所示，被称为(5尼特)光谱响应的明亮视觉曲线。可见人眼最敏感的地方

13、是555毫微米的黄绿色。对于475毫微米的蓝光和650毫微米的橙色红光，产生与该黄绿色光相同的亮度感觉需要10倍的强度，对于685毫微米的红色光，灵敏度进一步下降到1%。左侧曲线(称为暗视觉曲线)以低于0.001nit的亮度测量。可以看到峰被转移到了510毫克的绿色光，相应的10%灵敏度的点分别是420纳米和585纳米。这是棒状细胞在起作用。四、人类视觉特征与各种外部条件的关系1、视力与亮度的关系根据观察到的物体的亮度，视力很重要。通常，视力随着亮度的增加而增加。右图为亮度和视力的关系曲线，横轴为亮度(nit)，纵轴为白色黑圈兰德尔视力。到3000尼特为止，可以看到视力随着亮度上升。而且，在0

14、.1到300尼特的亮度范围内，视力与亮度的对数(直线关系)成正比，与韦伯-费希纳定律一致。我们看小物体的时候，去窗户就是这个道理。也就是说，晚上看书和写作的时候必须保持一定的照明，避免亮度下降引起的视力下降，把书移近眼睛，就会近视。0.01尼特以下的亮度也可以看到人眼变坏。不幸的是，大多数星云的表面亮度小于0.01尼特，在这种情况下，人的视力大约只有0.14。也就是说，通常不是说一角，而是只区分七角点的物体。因此，我们直接观察星云时，为了保持亮度的标准，必须有一定的尺度才能观测到细节。2、对比度识别和亮度关系把两个不同亮度的物体绑在一起，为了区分差异，其亮度必须有些差异，小于差异就不能区分。亮

15、度大于1尼特时，亮度差不到1.5%就可以分辨人眼。0.1毫尼特需要5%的差异才能区分，0.01毫尼特需要10%的差异，1毫尼特需要25%的差异，0.1毫尼特需要60%的差异。在最极端的情况下，完全变黑的物体和30微网的物体很快就能分辨出人眼，因此，这30微网也成为表示人眼绝对灵敏度的方法。3、视力与观察时间的关系视觉并不是瞬间的事。要看清事物，需要一定的时间。和照相机一样，曝光时间不足会降低视力。通常，对象越亮，曝光时间越短。5尼特亮度的物体需要至少1/10秒才能达到1.0的视力，25秒的曝光时间达到视力的一半，50/50的曝光视力只有0.1。对于深色物体，大体上是成反比的，要增加曝光时间才能

16、分辨出来。4、视力和阴影适应我们都经历过从明亮的地方突然进入黑暗的地方，什么也看不见的经历(例如电影开始后才进入电影院)。这表明，要使人眼看到黑暗的物体，需要一定程度的时间的黑暗适应。人眼的黑暗适应分为三种。一个是瞳孔放大，另一个是相对比较反映。从2mm放大到5mm速度较快，但要分散得更大需要更长的时间。第二是信标细胞的适应，以中等速度，达到约0.1 nits的感觉下限需要5分钟。最后，视神经细胞的适应最慢，达到或接近30微丝的感觉下限需要最多25分钟。相反，从暗到亮的明适应。即使人眼感觉不舒服，在很快的时间(一种以内)内，也会恢复到原来的不敏感状态。但是，在长时间(几天)没有看到光的环境后，人眼非常敏感，如果直接暴露在强光下，就会造成永久性的损伤。因此，从哑光洞穴出来的人必须逐渐看到光。否则，眼睛可能永久受损。5、颜色感和亮度之间的关系人眼对颜色的感觉需要依靠三个分别识别蓝色、绿色和红色的锥体细胞，锥体细胞的灵敏度比较低，因此人眼在亮度低的物体上失去颜色感觉的先天缺陷。在1 nit以上，人眼容易识别颜色，如果亮度下降到0.1 nits，就已经接近圆锥细胞的最低敏感度，开始失去对亮度的感觉，下降到0.01 nits时，主要是感觉不到颜色的单色