视觉的奥秘 – 为什么人类的视觉系统不是完美的

视觉的奥秘
– 为什么人类的视觉系统不是完美的

iamcaibird

前言：为研究图像处理，有必要了解人类的视觉系统HVS(Human Vision System)。视觉的各种有趣的特点，稍有进化论知识的同学大都可用进化论给出较合理的解释。设想我们能否也用神创论对视觉现象给出合理的解释？这里是我学习的小结，也是知识介绍，引文不给出处，有兴趣的同学可单独联系索要。

1． 光与色彩
如果把光当电磁波来理解，人眼能分辨得颜色的波长在0.77～0.39微米之间，对应为红橙黄绿青蓝紫，但对自然中的其他波长，人眼不能识别。想象一下，如果人能接收识别红外线，那人类就有了天生的夜视能力，甚至能看透一些不透光的障碍物，不必再劳驾科学发明夜视仪。这样也会带来一个小尴尬：衣服的遮蔽和诱惑功能将彻底丧失。对于可见7彩色，又可还原为3原始色：红绿蓝RGB（发射态），或青品黄CMY（吸收态，RGB的补色），或色差YUV(亮度和色差)。RGB适用于影像广播（电影电视）, CMY适用于印刷, YUV用于图像分析与压缩。还有其他还原三色。

2． 大脑对视觉的处理
人类的视觉系统，眼睛，是一个复杂的光学和信息处理系统。但人类的视觉却是有缺陷的，除上述的窄的接收光谱范围外，还有：对绿色敏感，其他色迟钝；对亮度Y敏感，对色差U和V迟钝；对图像的轮廓敏感，对色彩迟钝；对图像的处理能力较低而形成的视觉暂留现象；对远距离的物体的判断依赖参照物，等等。这些即有眼睛功能的局限性造成的，也有大脑处理能力和方式造成的：对于关键信息如亮度，对比度，轮廓，位置等，仔细识别，优先处理。对辅助信息，大致识别，粗略处理以获得足够快的反应速度。当然，这意味着一些图像信息的损失。不过，大脑对这些损失的信息会按经验作出补偿或修正，这样得出的结果就有可能是错觉。即使这样，人类视觉还是不能处理变化超过20次/秒的图像，也就是说：如果一个变化的物体，如果变化速率超过20次/秒，人眼将看不到一些变化过程。

3． 视觉错觉
大脑对视觉的处理方式注定了错觉的存在。如人眼看到早晨的太阳比中午的大，是由于大脑利用地平线和周围的物体错误地估计太阳的距离和尺寸；对速度和距离的错觉是造成车祸的一个重要的原因。科学家也利用人类视觉系统的缺陷，发明了许多有趣的东西：电影电视播放的是连续的静态图像，人的视觉暂留使人误以为看到的是连续图像；图像经JPEG, MPEG压缩去掉一部分UV色彩，一部分高频分量，还原后的图像，人眼基本无法察觉图像质量的变化，但图像的数据量会下降的原来的百分之一以下。

4． 视角
眼睛可观察到的范围叫视角，它和眼睛的位置和构成有关。但多数动物的眼睛位置可归为两类：双眼在同侧，双眼在两侧。人类，猿类和大多数食肉哺乳类双眼在同侧；大多数鱼类，鸟类，食草哺乳类双眼在两侧。双眼在同侧的动物，视角只有约水平120度，垂直约100度，但在视角内，有最小的盲区：鼻梁附近。双眼在两侧有较大的视角：水平约300度，垂直约100度，但在水平角度前方有较大的盲区。这也是守株待兔的原因：兔子看不到正前方半米以内的物体。视角最广的是蜻蜓，仓蝇等昆虫，他们有约320度的水平，360度垂直的视角。

我们怎么解释这些现象呢？进化论可以给出合理的解释，恕不赘言；那神创论呢？不必把精力放在攻击进化论上，使一使解释自然中的现象吧。

5. 近视与远视


07/2006