視覺的奧秘 – 為什麽人類的視覺係統不是完美的

視覺的奧秘
– 為什麽人類的視覺係統不是完美的

iamcaibird

前言：為研究圖像處理，有必要了解人類的視覺係統HVS(Human Vision System)。視覺的各種有趣的特點，稍有進化論知識的同學大都可用進化論給出較合理的解釋。設想我們能否也用神創論對視覺現象給出合理的解釋？這裏是我學習的小結，也是知識介紹，引文不給出處，有興趣的同學可單獨聯係索要。

1． 光與色彩
如果把光當電磁波來理解，人眼能分辨得顏色的波長在0.77～0.39微米之間，對應為紅橙黃綠青藍紫，但對自然中的其他波長，人眼不能識別。想象一下，如果人能接收識別紅外線，那人類就有了天生的夜視能力，甚至能看透一些不透光的障礙物，不必再勞駕科學發明夜視儀。這樣也會帶來一個小尷尬：衣服的遮蔽和誘惑功能將徹底喪失。對於可見7彩色，又可還原為3原始色：紅綠藍RGB（發射態），或青品黃CMY（吸收態，RGB的補色），或色差YUV(亮度和色差)。RGB適用於影像廣播（電影電視）, CMY適用於印刷, YUV用於圖像分析與壓縮。還有其他還原三色。

2． 大腦對視覺的處理
人類的視覺係統，眼睛，是一個複雜的光學和信息處理係統。但人類的視覺卻是有缺陷的，除上述的窄的接收光譜範圍外，還有：對綠色敏感，其他色遲鈍；對亮度Y敏感，對色差U和V遲鈍；對圖像的輪廓敏感，對色彩遲鈍；對圖像的處理能力較低而形成的視覺暫留現象；對遠距離的物體的判斷依賴參照物，等等。這些即有眼睛功能的局限性造成的，也有大腦處理能力和方式造成的：對於關鍵信息如亮度，對比度，輪廓，位置等，仔細識別，優先處理。對輔助信息，大致識別，粗略處理以獲得足夠快的反應速度。當然，這意味著一些圖像信息的損失。不過，大腦對這些損失的信息會按經驗作出補償或修正，這樣得出的結果就有可能是錯覺。即使這樣，人類視覺還是不能處理變化超過20次/秒的圖像，也就是說：如果一個變化的物體，如果變化速率超過20次/秒，人眼將看不到一些變化過程。

3． 視覺錯覺
大腦對視覺的處理方式注定了錯覺的存在。如人眼看到早晨的太陽比中午的大，是由於大腦利用地平線和周圍的物體錯誤地估計太陽的距離和尺寸；對速度和距離的錯覺是造成車禍的一個重要的原因。科學家也利用人類視覺係統的缺陷，發明了許多有趣的東西：電影電視播放的是連續的靜態圖像，人的視覺暫留使人誤以為看到的是連續圖像；圖像經JPEG, MPEG壓縮去掉一部分UV色彩，一部分高頻分量，還原後的圖像，人眼基本無法察覺圖像質量的變化，但圖像的數據量會下降的原來的百分之一以下。

4． 視角
眼睛可觀察到的範圍叫視角，它和眼睛的位置和構成有關。但多數動物的眼睛位置可歸為兩類：雙眼在同側，雙眼在兩側。人類，猿類和大多數食肉哺乳類雙眼在同側；大多數魚類，鳥類，食草哺乳類雙眼在兩側。雙眼在同側的動物，視角隻有約水平120度，垂直約100度，但在視角內，有最小的盲區：鼻梁附近。雙眼在兩側有較大的視角：水平約300度，垂直約100度，但在水平角度前方有較大的盲區。這也是守株待兔的原因：兔子看不到正前方半米以內的物體。視角最廣的是蜻蜓，倉蠅等昆蟲，他們有約320度的水平，360度垂直的視角。

我們怎麽解釋這些現象呢？進化論可以給出合理的解釋，恕不贅言；那神創論呢？不必把精力放在攻擊進化論上，使一使解釋自然中的現象吧。

5. 近視與遠視


07/2006