人眼亮度和色度对比敏感视觉特性的#br# 测量及其模型研究

为了探讨人眼对比度敏感视觉特性,利用显示器显示11种空间频率、平均亮度为10、60和90 cd/m2的目标光栅,设计实验测量了120名青年的人眼亮度和色度对比敏感度数据,并采用最小二乘法对测量数据进行了分析和拟合,提出了一种多项式调制下的指数形式的人眼亮度和色度对比敏感视觉特性的数学模型,且与国内外典型的模型进行了对比分析。结果表明:随着空间频率f的增加,人眼对比敏感度先增加后减小,当f在3 cpd～4 cpd(周/度)时,人眼最为敏感,其与目前典型的视觉模型基本一致。表明提出的测量方法是有效的、可行的,提出的视觉模型具有一定的科学性;且该测量方法操作简单,视觉模型计算复杂度低,在实际应用中优于典型的测量方法和视觉模型,具有一定的参考价值。     

利用视标和波前数据的NCSF测量

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度测定系统,利用Hartman-Shack波前像差传感器测量人眼波前像差,以及高空间频率的对比敏感度测量仪测量全视觉对比敏感度函数,进而得到人眼的神经对比敏感度.和传统激光干涉方法测量神经对比敏感度相比较,本文的测定方法,避免了激光干涉所产生的相干噪音和激光散斑不利因素,并且可以得到白光神经对比敏感度NCSF.对不同人眼分别对绿光和白光视网膜神经对比敏感度进行了测定,测试结果表明:在同等亮度下,绿光的神经对比敏感度远高于白光神经对比敏感度;绿光和白光的对比敏感度曲线的最大值出现在空间频率为8c/deg附近,而其神经对比敏感度曲线的最大值出现在相对高一些12c/deg附近的空间频率上.     

利用视标和波前数据的NCSF测量

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度测定系统,利用Hartman-Shack波前像差传感器测量人眼波前像差,以及高空间频率的对比敏感度测量仪测量全视觉对比敏感度函数,进而得到人眼的神经对比敏感度.和传统激光干涉方法测量神经对比敏感度相比较,本文的测定方法,避免了激光干涉所产生的相干噪音和激光散斑不利因素,并且可以得到白光神经对比敏感度NCSF.对不同人眼分别对绿光和白光视网膜神经对比敏感度进行了测定,测试结果表明：在同等亮度下,绿光的神经对比敏感度远高于白光神经对比敏感度|绿光和白光的对比敏感度曲线的最大值出现在空间频率为8 c/deg附近,而其神经对比敏感度曲线的最大值出现在相对高一些12 c/deg附近的空间频率上.     

用显示器测量人眼衬比度敏感函数

人眼视觉系统(HVS)特性是图像显示、处理和理解等理论与技术的重要依据,衬比度敏感函数(CSF)是描述视觉系统空间特性的主要指标之一。显示器作为图像信息输出的主要设备,显示器环境下人眼衬比度敏感函数数据更有实际应用价值。研究用阴极射线管(CRT)显示器测量人眼亮度衬比度敏感函数,详细描述采用10 bit图像显示卡产生亮度条纹衬比度达到人眼阈值的方法,提出采用多衬比度交互阈值确定(MITD)衬比度阈值的心理物理学实验方法。对矩形条纹的平均亮度10 cd/m26、0 cd/m29、0 cd/m2三个等级,0.41 cpd,0.82 cpd,1.23 cpd,1.97 cpd,3.08 cpd,3.79 cpd,4.93 cpd,7.04 cpd,9.86 cpd,16.43 cpd,24.64 cpd 11个空间频率和12名正常视力的青年进行了测量。测量结果与国内外采用光学装置方法测量结果进行了比较和讨论。     

与观察时间相关的人眼对比度敏感特性研究

研究了人眼在不同观察时间下的亮度对比度敏感函数。从CIE规定的颜色中心中分别选取中性灰和橙色作为图片背景,并得到不同空间频率的矩形条纹图片。根据心理物理学的极限法进行视觉评价,测得在两个背景三种典型适应观察时间下人眼的亮度对比度敏感函数。比较了中性灰和橙色背景下人眼亮度对比度敏感函数数据,并拟合得到在不同背景及对比度适应时间下的亮度对比度敏感特性曲线。结果表明,当观察时间相同时,橙色背景的亮度对比敏感函数值比中性灰背景的亮度对比度敏感函数值小;随着人眼对条纹观察时间的延长,人眼亮度对比度敏感函数的峰值及其对应的空间频率也随之增大,与背景颜色无关。     

基于多尺度叠加的视觉距离模糊算法的研究

为能够模拟观察距离变大时引起的颜色视觉效应,研究了人眼视觉的视锐度特性和对比敏感度特性。通过对人眼视锐度原理的分析,实现了视锐度方法模拟视觉距离增大时的视觉模糊算法;通过对对比敏感度模型测试原理的分析,结合人眼视觉空间频率的多通道特性,实现了基于对比敏感度函数模型模拟视觉距离增大时的视觉模糊算法。视锐度方法可简单模拟视觉距离增大时的模糊效果,可用于观察灰度物体情况。观察彩色物体时,通过使用反差敏感度模型算法,能够模拟视觉感知的多尺度特性、低通和带通滤波特性、局部适应性和颜色感知的叠加性。     

人眼对比度敏感视觉特性及模型研究

人眼视觉系统特性是图像显示、处理、理解等技术的重要依据,通过实验测试和理论分析研究人眼的视觉特性,使人眼视觉特性模型化,对促进光电成像技术的发展和应用具有重要的作用。结合前人拟合人眼对比度敏感函数和理论提取其数学模型的经验,对用CRT显示器显示目标光栅,在暗室环境下测量三种平均亮度的人眼对比度敏感数据采用线性调制作用下的指数形式的方法进行了拟合,并从理论上得出了一种新的CSF数学模型。通过与国外拟合结果的对比,表明此模型是一种更好的人眼对比对敏感视觉特性模型。     

阴极射线管显示器亮度范围内对人眼视觉特性的实验研究

用CRT显示器显示5种频率的目标光栅,通过改变矩形波光栅的平均亮度,测量了9名男性青年在不同平均亮度条件下的对比度觉察阈值,并得出亮度与对比度觉察阈值间的关系曲线,从而探讨人眼在显示器亮度范围内的亮度视觉特性.实验结果表明,不同人眼对频率f＝3.79和4.97cpd(周/度)的目标光栅的对比度觉察阈值非常相近,而对频率f＝1.23,1.97和9.86cpd的目标光栅的对比度觉察阈值相差甚远;提高显示器亮度可以降低对比度觉察阈值,提高显示器显示图像分辨力,但是随着亮度的增加(达到Weber区域),亮度对分辨力的提高达到一定限度,而且,当亮度在60cd/m²左右时,显示信息效果与人眼视觉特性最匹配.基于对人眼在显示器亮度范围内的亮度视觉特性的研究,为在显示器上进行图像处理、显示器制造、摄影、印刷、配色等研究和应用奠定基础. 关键词： 人眼视觉特性 对比度觉察阈值 视角 空间频率     

基于波前技术的人眼神经对比敏感度测量

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度(NCSF)测试系统。该系统在测试人眼空间对比敏感度(CSF)的同时,利用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼波前像差,通过计算进而得到人眼的NCSF。与通过两种设备分别测量全视觉CSF和波前像差获得NCSF相比,该方法避免了不同测试状态下像差波动的影响,简化了测试过程;和传统激光干涉方法测量NCSF相比,该方法避免了激光干涉产生的相干噪音和激光散斑等不利因素,并且通过改变不同亮度不同颜色视标,可以得到不同亮度,不同波长下的NCSF。选用绿光视标对四例正常人眼的NCSF进行了测量,结果表明:该系统可以同时获得人眼的全视觉CSF、屈光系统调制传递函数和NCSF;在同等亮度下,不同人眼的NCSF存在个体差异;对同一个体,NCSF曲线的最大值对应的空间频率比全眼空间CSF曲线的最大值对应的空间频率高一些。     

人眼视觉的传递特性及模型

介绍了国内外对人眼视觉特性及其调制传递函数的研究 ,对几种典型的人眼视觉模型进行了分析。较之以往采用的具有低通特性的指数型和高斯型 ,及具有带通特性的Barten模型和复合模型更符合人眼视觉传递特性。在此基础上将两种带通模型和国内外一些典型的试验数据进行了比较研究 ,得出 :Barten模型参数简单 ,计算方便 ,但实用的范围较复合模型小。复合模型综合考虑了人眼瞳孔、显示器亮度、视场角、量子效率、积分时间等因素的影响 ,是一种更全面的反映人眼传递特性的视觉模型     

基于图像内容视觉感知的图像质量客观评价方法

图像质量客观评价在图像和视频传输、编解码以及服务质量中起着非常重要的作用.然而现有的方法往往没有考虑图像内容特征及其视觉感知,使得其质量客观评价与主观感知结果存在一定的差距.基于此,本文结合图像内容的复杂性特征和人眼的掩蔽特性、对比敏感度特性以及亮度感知的非线性特性,提出了一种基于人眼对图像内容感知的图像质量客观评价方法.该方法首先结合亮度感知的非线性模型将图像进行转换,得到人眼感知强度图;再分别以人眼对比敏感度值和图像局部平均对比度值作为权重因子对强度求和,以求和的数据信息作为人眼感知图像的内容,并构建图像感知模型;最后以此模型分别模拟人眼感知参考图像和失真图像,并计算二者的强度差,以强度差为评价分数的基础构建图像质量客观评价模型.采用LIVE,TID2008和CSIQ三个数据库中的共47幅参考图像和1549幅测试图像进行仿真实验,且与SSIM,VSNR,FSIM和PSNRHVS等典型的图像质量客观评价模型进行对比分析,同时探讨影响图像质量评价的因素.结果表明:所提方法的评价分数与主观评价分数的Pearson线性相关性系数和Spearman秩相关系数值比SSIM的评价结果均有一定程度的提高,提高幅度分别平均为9.5402%和3.2852%,比PSNRHVS和VSNR提高幅度更大.综合以上表明:所提方法是一种有效可行的图像质量客观评价方法;同时,在图像质量客观评价中,考虑人眼对图像内容的感知和复杂度的分析有助于提高图像质量主客观评价的一致性,评价精度可得到进一步的提高.     

简易-环境光对比度与恰可察觉明度阈值建模

针对环境光对移动终端显示内容室外可读性的影响,以及移动终端设备亮度与环境光的相关性,用液晶显示器(LCD)的移动终端测量了人眼恰可察觉明度阈值。在不同环境光照度,不同设备亮度下,观察不同空间频率和不同平均明度的正弦灰色条纹,记录恰可察觉明度阈值。分析了环境光对不同频率和不同平均明度条纹的恰可察觉明度阈值的影响,建立了简易-环境光对比度与恰可察觉明度阈值模型。结果表明:环境光的影响与条纹的人眼对比敏感度成反比,所建模型可得到较为明确的函数关系,该研究成果可适用于不同环境光下移动终端亮度的优化设置。     

人眼的彩色和亮度传递特性及模型化

综述国内外对人眼视觉特性的实验和模型化研究,对亮度调制传递函数以及彩色对比度的实验与模型进行了较详细的分析．指出Wandell提出的模式——彩色分离模型对人眼彩色视觉传递特性的研究较为全面和可行。     

可见光与红外彩色融合图像感知清晰度评价模型

提出了感知清晰度评价模型,来评价人眼对红外与可见光彩色融合图像细节和边缘的可辨识度。首先,利用人眼对比度敏感函数模型,抑制在特定观察条件下图像中人眼不敏感的频率成分。之后,在局部频带对比度模型基础上,结合人眼亮度掩模特性构造了感知对比度模型。最后,计算融合图像人眼兴趣区域(细节和边缘区域)的感知对比度,进而评价融合图像的感知清晰度。实验结果表明,与现有的五种彩色图像清晰(模糊)度的客观评价模型相比,考虑人眼视觉特性感知清晰度模型的计算结果与人眼主观感受具有较好的一致性,可以有效地对彩色融合图像清晰度进行客观评价。     

基于视感知特征的多光谱高保真降维方法研究

为解决多光谱数据在降维压缩过程中的颜色精度保持问题,提出一种基于人眼视觉感知特征的多光谱数据高保真降维压缩方法(VPCM)。研究首先依据人眼视觉响应的非线性解析特征,成功构建了同时综合人眼光谱特征与色度特征的变换函数,并通过进一步构造的优化函数对其进行修正,以针对不同的样本集找到最佳变换方向,而后利用修正后的视觉特征变换函数对光谱样本集进行空间变换(Γ(S)=C),然后利用主成分分析方法对经视觉特征函数变换后样本集光谱数据进行降维压缩处理,并通过逆变换重构出样本集光谱数据(Γ-1(C)=^S),进行降维评价。实验选取四类具有典型代表性的数据集作为测试样本,分别以D50/2°条件下的CIELab色差和75组典型照明光源(钨丝灯、荧光灯和LED灯)下的平均同色异谱指数(MMI)作为色度主要评价指标,同时对比了Lab-PQR和2-XYZ两种较为先进的光谱降维算法。实验结果为VPCM方法的MMI值最小,其次是LabPQR,而2-XYZ的表现较差;VPCM方法在75组光源下对四组样本集的平均重构色差ΔEab也为最小,且最大样本平均色差及方差均要小于其他两种方法;VPCM方法的重构光谱精度介于Lab-PQR和2-XYZ之间,Lab-PQR的重构光谱精度最高。实验结果显示新方法色度压缩精度整体优于对比的两种方法,在变换参考条件下具有良好的色差稳定性,能够较好的应用于多光谱数据色度高保真压缩。     

小范围内精确控制显示器亮度和色度方法研究

通过对CRT显示器的亮度和色度的实验测量,研究了显示器的稳定特性和其相对稳定后的色度偏差。结合显示器的亮度和显色特征,提出了一种精确控制CRT显示器的亮度和色度方法,并通过实验进行了验证。实验结果表明,亮度控制相对误差不会超过0.8%。在色度控制误差中,其平均色差、最大色差、最小色差分别为0.2358、0.5532、0.0287ΔE*ab。结果表明,提出的显示器亮度和色度控制方法能够较好的实现精确控制显示器的亮度和色度,比现有的LUT和GOG模型方法具有更高的控制精度。     

基于人眼视觉的对不良照明图像的二值化方法

提出一种新的基于视觉特性的自适应阈值分割方法.利用人眼视觉对比敏感度特性把图像块分成两类,分别借助OTSU算法和模拟人眼识别过程的多尺度模糊隶属方法实现对这两类具有不同灰度特性图像块的自动阈值分割.实验结果表明,使用该方法能够有效的克服不良照明的影响,还原图像的原本特征信息,二值化效果较好.     

基于不同颜色方向和空间频率的彩色对比灵敏度特性研究

为了研究不同空间频率和颜色方向的彩色对比灵敏度特性,在O.5～11.7 cycle/(°)的空间频率范围内分别在6°和10°视场下以灰色或红色为颜色中心,在CIELAB颜色空间的等亮度面上选取6个颜色方向,采用交叉阶梯法通过心理物理视觉实验测得以色差阈值倒数定义的彩色对比灵敏度.基于实验数据比较了不同颜色方向上低通形式...     

人眼的高级像差对视功能的影响

准确测量和分析人眼的高级像差有助于更好地改善视觉,具有重要的实验和临床意义。测量了实际人眼的波前像差,分析了高级像差对人眼视功能的影响。像差数据由哈特曼-夏克（Hartmann-Shack）波前传感器分别对不同瞳孔的人眼进行测量而获得,视功能的评价方法采用了调制传递函数（MTF）、对比敏感度函数（CSF）、斯特雷尔（Strehl）比率。由人眼的波前像差数据和视网膜空间像调制度（AIM）曲线直接给出了视锐度值与对比敏感度值。矫正了离焦与像散后．被测者的平均视锐度值达到了1．0,对比敏感度在低频（20c／mm）处约为52,高频（80c／mm）处约为1;矫正了前4阶像差后,平均视锐度值可提高到1．2,对比敏感度在低频（20c／mm）处提高到96,高频（80c／mm）处提高到7。实际人眼各不相同,达到理想成像需矫正高级像差的阶数也不同。矫正了前九阶像差后,均可达到理想成像,斯特雷尔比率值大于0．8。     

基于感知对比度的图像清晰度客观评价模型

图像清晰度是评价图像质量时常用的指标之一。现有的清晰度评价模型未能充分考虑人眼视觉的亮度掩盖特性。为此,在均方根对比度基础上,考虑人眼亮度掩盖特性,通过计算图像中人眼感兴趣区域(包含细节、边缘和纹理)的感知对比度构造一种无参考的图像清晰度客观评价模型。并利用IVC数据库来验证模型,结果表明,与已有的4种清晰(模糊)度评价模型相比,该模型的评价结果更接近人眼主观感受,且计算量小,运算耗时短,是一种简单有效的图像清晰度评价模型。