光度学和色度学.ppt

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觉,白,白,B,（实际亮度）,S,亮度感觉,0,0,t,1,t,2,t,3,t,t,当有光脉冲刺激人眼时，视觉的建立和消失都需要一定的过程，即具有一定的惰性。光源消失以后，景物影响会在视觉中保留一段,时间，称为视觉暂留或视觉惰性现象。视觉暂留时间在,0.05,0.2,秒。,实验表明，若景物以间歇性光亮重复呈现，只要重复频率大于,20,赫兹，视觉上始终保留有景物存在的印象。该重复频率可称为,融合频率,。人眼感觉的连续性是活动画面有连续感的前提。在荧光屏上，电视图像是几十万个象素按一定顺序轮流发光形成，然而人们看到的是每幅完整的画面在整体的发光，获得一幅幅连续画面印象的感觉，正是视觉暂留效应的结果。,（,3,）人眼的视觉惰性,明暗感觉的相对性给图像传输和重现带来了方便：,重现图像的亮度不必等于实际图像的亮度，只要保持两者的对比度不变，就能给人以真实的感觉；,人眼不能感觉出来的亮度差别在重现图像时不必精确地复制出来。,2.,视觉现象,视觉现象大多起因于人类的主观因素，而这些现象或多或少是相互联系的。,（,1,）亮度适应力,根据人眼机理及人的视觉模型，人眼感知的主观亮度和实际的客观亮度之间,并非完全相同，但是有一定的对应关系。人眼能够感觉的亮度范围（称为,视觉,范围）,极宽，从千分之几尼特直到几百万尼特。其所以如此之宽，是由于依靠了瞳孔和光敏,细胞的调节作用。瞳孔根据外界光的强弱调节其大小，使射到视网膜上的,光通量,尽可,能是适中的。在强光和弱光下，分别由,锥状细胞,和杆状细胞作用，而后者的灵敏度是,前者的,1,万倍。在不同的亮度环境下，人眼对于同一实际亮度所产生的,相对亮度,感觉,是不相同的。例如对同一电灯，在白天和黑夜它对人眼产生的,相对亮度,感觉是不相同,的。另外，当人眼适应了某一环境亮度时，所能感觉范围将变小。例如，在白天环境,亮度,10,，,000,特时，人眼大约能分辨的亮度范围为,200,20,，,000,尼特，低于,200,尼特,的亮度同感觉为黑色。而夜间环境为,30,尼特时，可分辨的亮度范围为,1,200,尼特,，,这时,100,尼特的亮度就引起相当亮的感觉。只有低于,1,尼特的亮度才引起黑色感觉。,（,2,）对比灵敏度,（,3,）亮度的感觉,（,4,）马赫效应,马赫带效应,（,5,）同时对比度,（,6,）,空间,错觉,和假,轮廓,纳克方块,（,Necker cube,），或称为,内克尔立方体,，是一个,错视,的图像，,由瑞士晶体学家,路易斯,艾伯特,纳克,在其,1832,年发表的论文中首次提出。,纳克方块是一个由,12,条线组成的图像，是等大透视的角度绘画一个,立方体,，,等长的平行线不论其远近，在图中会画成等长的,平,行线，其中没有任何关于,立体的资讯。因此对于立方体的放置位置及观看角度会有模棱两可的诠释。,纳克方块是个有歧义性的图，一种诠释方式是在一个较高位置看透明立方体,的俯视图；另一种诠释方式是在一个较低位置看透明立方体的仰视图。,人类的视觉系统在接收这类的图像时，会设法诠释图像的各部份，使整,体的图像没有矛盾之处。有时会用纳克方块来测试人人类视觉系统的电脑,模型，测试电脑模型是否可以像人类视觉系统一样的诠释这个图象。,大多数的人在看纳克方块时，会将左前方的面视为立方体最接近观察者的,一面，也许是因为人们在物体上方俯视物体的机率远高于物体下方仰视物,体的情形，因此大脑倾向以这个的方式来诠释图像。,左边是纳克方块，右边是,不可能立方体,人类在观看纳克方块时，不会对方块的各部份有不一致的诠释。若有不一致,的诠释，其结果可能会类似,不可能立方体,，是,不可能物体,的一种。,由纳克方块可以看出人类视觉系统的一些特性。人类诠释纳克方块的方式可以,说明,人脑,有类似,类神经网络,的特性，存在二个不一样，但都可以互换的稳定状,态。,西德尼,布拉德福,在出生后,10,个月就失明，在,52,岁时接受手术恢复视力，,他观看纳克方块时不会像一般人有模棱两可诠释的情形。,利用错视,生活中可以利用,错视,的地方：,矮中见高,就是在居室中，其中一部分做吊灯，而另一部分不做，那么没有吊灯的部分,就会显得,“,高,”,了。,虚中见实,通过条形或整幅的,镜面玻璃,，可以在一个实在窨里制造出一个虚的空间，,而虚的空间在,视觉,上却是实的空间。,冷调降温,例如厨房大面积使用深色时，我们呆在里面，就会觉得温度下降,2-3,度。,粗中见细,在实木地板或者玻化砖等光洁度比较高的材质会显得较高的材质边上，,放置一些粗糙的材质，例如复古砖和,鹅卵石,，那么光洁的材质会显得,更光洁，这就是对比形成的,视错觉,。,曲中见直,一些建筑的天花板往往并不是平的，当弯曲度不是很大的情况下，可以,通过处理四条边附近的平直角，造成,视觉,上的整体平整感。,3.,视觉模型,（,1,）调制传递函数,光学传递函数：,调制传递函数：,（,2,）对数空间响应模型,2.2,光度学,光度学,研究光的强弱的学科称为光度学（包括光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫射等有关光的度量）,人眼可见的图像可以用光度学来度量，,f(x,y),表示,(x,y),点处，图像的光强度。,几个重要概念：,发光强度,I,（,intensity,）,光源发光的功率称为发光强度。其单位主要有两种：,烛光（,Candle Power,c,）,1c,是指标准蜡烛发出的光。,坎德拉（,Candle,cd,）,1cd,就是,“,完全辐射体,”,加温到铂的熔点时从,1cm,2,表面面积上发出的光的,1/60,在实用中可以认为,1c=1cd,光通量,光通量是每秒钟内光流量的度量，其单位是流明（,lm,）,流明是指与,1cd,的光源相距的单位距离，与入射光相垂直的单位面积上每秒钟流经的光流量叫,1lm,照度,E,（,illumination,）,入射到某表面的光通量密度。用每单位面积的流明数来表示。,主要单位：勒克司（,lx,）,1 lx,1 lm/m,2,辐透（,phot,）,1 phot,1 lm/cm,2,亮度（,Brightness,）,这个概念用来说明物体表面发光的度量。光可以由一个面光源直接辐射出来，也可以由入射光照射下的某表面反射出来。亮度对两者均适用。,亮度的衡量有两种不同单位,A,以每单位面积上的发光强度来表示的。尼特,1,尼特,1cd/m,2,B-,以每单位面积发出的光通量来表示的。朗伯,1,朗伯,1lm/cm,2,一些实际情况下的光照度值（单位：,lx,）,对比度（,contrast,）,图像中最大亮度,B,max,与最小亮度,Bmin,之比。,反射（,reflect,）,反射系数透射（,transmission,）,透射系数,灰度,图像从亮到暗之间的亮度层次称为灰度,2.3,色度学,为了进行图像的彩色分析，需建立研究彩色计量的学科称为色度学。它是研究人眼彩色视觉的定性和定量规律及其应用的学科。,（,1,）颜色的三要素,Essential Elements(,颜色的三要素,),light,光,object,被照明物体,observer,观察者,light,光,我们看到的物体颜色由光的强度和它的光谱频率决定。,光比较暗时，物体颜色较少（如黑夜）,光比较亮时，可看到更多的颜色,light,光,可见光谱,白光由所有可见光谱的颜色混合而成,light,光,实际上，我们所知的白光光源通过光谱来区分。,天空是,bluish white.,Tungsten,（钨）丝灯发,yellowish white.,为了能客观的评价颜色，我们定义了一些标准光源以避免颜色的混淆,object,物体,在颜色到达我们的眼睛之前，还受到物体上的着色剂的影响：,颜料,染料,磷粉等,object,物体,物体对照射光,反射,吸收,折射,对着色剂进行混合，可以控制看到的颜色,反射光的颜色决定物体颜色,着色剂不一样，反射、吸收不同波长的光，影响物体的颜色,observer,观察者,observer,观察者,颜色的感知也受周围颜色的影响,observer,观察者,物体颜色,发射光颜色,反射光、折射光的颜色,颜色：,可见光的一种视觉特性，,客观上，光本身没有颜色，,但可见光的不同光谱分布刺激人眼产生颜色感觉。,颜色是一种,主观评判,observer,观察者,颜色的,冷暖,颜色的,明暗,颜色的,活泼与呆板,记忆色,膨胀色、收缩色,进入色、后退色,颜色与爱好等,observer,观察者,观察者也有可能有颜色视觉缺乏的情况。,observer,观察者,通常，人类对颜色的判决力优于任何仪器。,因为我们对颜色的观察可利用独特的生理学和心理学过程，我们称之为,“,理解,”,（,2,）三基色学说,这种学说认为人眼的锥状细胞是由红、绿、蓝三种感光细胞组成。由红（,R,）、绿（,G,）、蓝（,B,）三色光可以组成任何色彩（色光）,国际照度委员会（,CIE,）规定，,R,波长,700nm,，,G,：,546.1nm,，,B,：,435.8nm,（,3,）混色规律,不同颜色混合在一起，能产生新的颜色，这种方法称为混色法。,混色,相加混色：是各分色的光谱成分相加，彩色电视就是利用红、绿、蓝三基色相加产生各种不同的彩色。,相减混色：光谱成分的相减，在彩色电影、幻灯片、彩色印刷、绘画中就是利用相减混色。,相加混色是由发光体发出的光相加而产生各种颜色，而相减混色是先有白色光，而后从中减去某些成分（吸收）得到各种彩色,相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色是黄、青、品红（一般不确切的说成是黄、蓝、红）也就是说相加混色的补色是相减混色的基色,相加混色和相减混色有不同的规律。,相加混色和相减混色的区别：,所有颜色都可以用互相独立的三基色混合得到。,假如三基色的混合比相等，则色调和色饱和度也相等,任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基色分别合成这两种颜色的各自成分混合起来得到的结果相等。,混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。,格拉斯曼定律：,光源色：发光体（光源）具有一定的彩色称为光源色,物体色：不发光物体在光源的照射下，呈现彩色，称作物体色。,实际上物体所以呈现彩色是由于物体,反射,，或,透射,了照射光谱的一部分而吸收了其余部分。,消色物体的色：消色物体指黑、白、灰色物体，它对着照明光线具有非选择性吸收的特性，即光线照射到消色物体上时，被吸收的各种波长的入射光是等量的；被反射或透射的光线，其光谱成分也与入射光的光谱成分相同。当白光照射到消色物体上时，反射率在,75,以上，即呈白色；反光率在,10,以下的，即呈黑色；反光率介于两者之间，就呈现深浅不同的灰色。,有色物体的色：有色物体对照明光线具有选择性吸收的特性，即光线照射到有色物体上时，入射光中各种波长的色光是不等量的被吸收，有的被吸收得多，有的被吸收得少。白光照射到有色物体上时，其反射或透射的光线与入射光线相比，不仅亮度有所减弱，光谱成分也改变了，因而呈现出各种不同颜色。,光源的光谱成分对物体颜色的影响,当有色光照射到消色物体上时，物体反射光颜色与入射光颜色相同。两种以上有色光同时照到消色物体上时，物体颜色呈现加色效应。它是利用源色相加获得彩色影像的方法,红,绿,蓝,青,黄,品,黑,当有色光照射到有色物体上时，物体颜色呈现减色效应。它是利用源色相减获得彩色影像的方法,人眼分辨率,对彩色的分辨率高，可以达到几百种甚至上千种,对黑白的分辨率弱，只能区分,30,多种不同的灰度级,例如大家在观看彩色电视时就可以观察到这一点，在彩色显示时看到了一些画面细节，但当色调调到黑白显示时，这些细节就会看不出来。这就是伪彩色技术的基本依据。,（,4,）颜色的三个属性,色调（,Hue,）：色调是与混合光谱中主要波长相联系的，表现不同颜色的感受。,饱和度（,Saturation,）,:,颜色的鲜明程度，与一定色调的纯度有关，纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度逐渐减少。饱和度越高，颜色越深。,亮度（,Intensity,）,:,指光波作用于感受器所发生的效应，与物体的反射率成正比，反射系数越大，物体的亮度越大，反之越小。如果无彩色就只有亮度,1,个维量的变化。对彩色来说，颜色中掺入白色越多就越明亮，掺入黑色越多亮度就越小。,2.4,颜色模型,色度学模型,纯理论和计算,CIE-RGB,、,CIE-XYZ,、,CIE-UCS,、,CIE-ULCS(LUV),、,L*a*b*,工业彩色模型,电视传输、彩色显示、打印等实际场合,NTSC-RGB(,电视,),、,CMYK(,打印机,),、,NTSC-YIQ,、,YUV(,多媒体,),视觉彩色模型,艺术家常用，与人眼视觉相吻合。用色调、饱合度和亮度来描述颜色。,HSI,等,1.RGB,模型,x,y,z,o,蓝（,Blue,）,品红（,Magenta,）,青（,Cyan,）,绿（,Green,）,黄（,Yellow,）,红（,Red,）,R,：,Red G:Green B:Blue,白,黑,2.HSI,模型,H,：,Hue S:Saturation I:Intensity,这个模型基于两个重要的事实：,I,分量与图象的彩色信息无关,H,和,S,分量与人感受颜色的方式是紧密相连的。,0,o,红,120,o,绿,240,o,蓝,H,S,色相环,红,绿,蓝,柱形彩色空间,