图形图象分辨率基础(三)

    人类信息交流中，最丰富的信息流是视觉媒体。凡是通过视觉传递信息的媒体，都属于视觉类媒体。它包括图形、图象、文字以及一切形象化的视觉信息形式。视觉类媒体特性研究，涉及光度学、色度学、图形学、数字信号处理和人类视觉胜利心理特性等，认识和运用其基本特征，是视觉媒体处理的各种技术之基础。作为一名专业的图形设计员来说，了解视觉媒体特性是必不可缺的。下面我们将从几个不同的侧面来分析和说明视觉类媒体的主要特性。
一、可见光谱与光度学参量
    人眼所看到的客观存在的世界，通常称之为景象。客观物体所发出的光线或是物体受光源照射后所反射、透射的光，在人的视网膜上成象，是一种自然的生理功能，它使人能借助视媒体去认识世界。近代科学的发展，特别是光电转换技术进步，使人类能够以各种方法来记录、处理、传输客观景象，如各类图片、照片、绘画、文稿、X光胶片等；不仅是获取和记录那些人眼可见的图象信息还可利用非可见光和其它手段成象，或利用适当转换装置将其变为人眼可视图象，例如红外成象、超声成象、微波成象等；科学技术使人的视觉能力逐步增强和延伸。从物理上讲，光线是电磁波的一种能量辐射形式。电磁波的主要多数包括：传播方向，所具能量，极化情况和波长。电磁波的频率范围很宽，根据波长不同，具有不同性质，包括无线电波、红外线、可见光谱、紫外线、X射线、宇宙射线等。可见光谱在电磁波中仅是很窄的一段，其波长在380至780毫微米之间，波长不同呈现不同的颜色，从紫、蓝、绿、黄到橙、红，连续地变化描述方法使用如下物理量：光源发光强度、光通量、照度、亮度，还使用视敏曲线反映人眼的感觉特性。
二、三基色原理
    不同波长的单色光会引起不同的彩色感觉，然而同样的彩色感觉却可以来源于不同的光谱成分的组合，这个事实说明，光谱分布与彩色感觉之间的关系是多对一的，也说明在彩色重现过程中并不要求客观景物反射光的光谱成分，而重要的是人眼应获得原景物的相同的彩色视觉。实验证实，大自然中几乎所有颜色都可以用几种基色按不同比例混合而得到。三基色原理包括如下内容：
1．选择三种相互独立的颜色，即不能以其中两种混合而得到第三种作为基色，将这三基色按不同比例进行组合,可获得自然界各种彩色感觉。如彩色电视技术中选用红(R)、绿(G)和蓝(B) 作为基色，印染技术中选用黄、品红、青作为基色。
2．任意两种非基色的彩色相混合也可以得到一种新的彩色，但它应该等于把两种彩色各自分解为三基色，然后将基色分量分别相加后再相混合而得到的颜色。 3．三基色的大小决定彩色光的亮度，混合色的亮度等于各基色分量亮度之和。
4．三基色的比例决定混合色的色调，当三基色混合比例相同时，色调相同。
     利用三基色原理，将彩色分解和重现，最终实现在视觉上的各种不同彩色，是彩色图象的显示和表达的基本方法。在各类彩色应用技术中，人们使用多种混色方法，但从本质上讲是两种: 相加混色和相减混色。
     相减混色利用了滤光特性，即在白光中减去不需要的彩色，留下所需要颜色。如印染、颜料等采用的相减混色。相减混色关系式如：黄色= 白色－蓝色，青色= 白色－红色，红色= 白色－蓝色－绿色，黑色= 白色－蓝色－绿色－红色。
    相加混色不仅运用三基色原理，还进一步利用人眼的视觉特性，产生较相减混色更宽的彩色范围。常用的相加混色方法有以下三种：
1. 时间混色法：将三基色按一定比例轮流投射到同一屏幕上，由于人眼的视觉惰性，只要交替速度足够快，产生的彩色视觉与三基色直接相混时一样。这是顺序制彩色电视图象显示的基础。
2. 空间混色法：将三基色同时投射到彼此距离很近的点上，利用人眼分辨力有限的特性而产生混色，或者使用空间坐标相同的三基色光的同时投射产生合成光，这是同时制彩色电视图象和计算机图象的显示基础。
3. 生理混色法：利用两只眼睛分别观看两个不同颜色的同一景象，也能获得混色效果。
三、视觉生理和心理规律
    关于人眼视觉机理、人脑从景物提取信息等问题，科学家们还难以作出清楚的解释。视觉媒体的重要性促使人类对此进行大量的实验研究，并在此基础上提出假说，总结规律。运用视觉生理和心理过程的这些实验规律，在彩色电视实用化和图象工程应用上许多成功实践，表明这些视觉规律经得起考验，对研究发展视觉类媒体具有极其重要的意义。
    人的眼睛是一个巧妙的器官，其视觉能力是令现代科学技术工作者惊叹的。现将主要规律概括如下：
1．视觉调节力
    通过改变晶体的折射率，人眼可调节视距；依靠视细胞和瞳孔的调节，眼睛能适应非常宽的亮度范围，所能感受亮度上、下限之比为l000：1。控制眼球运动的肌肉有六种，使眼睛能自发的或反射性的，还有非自发的运动参与，扩宽视野或观察视媒体细节，具有更好的临场感受和恰当的扫描方式。
2．视觉暂留性
    眼睛的另一个重要特性是视觉惰性，即光象一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光象的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留性。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0．05至0．2秒。视觉暂留性事实上是近代电影与电视的基础，因为运动的视频图象都是运用快速更换静态图象，利用视觉暂留性而在大脑中形成图象内容连续运动感觉的。光栅扫描技术、计算机动画设计也利用了视觉暂留性，精确安排视觉暂留时间。 3．视觉锐度
眼睛分辨景物细节的能力叫视力，又叫视觉锐度(Visual Acuteness)。眼睛分辨景物细节的能力有一极限值，若以人眼对被观察物体相邻最近两点的最小视角为θ来表示，则视力定义为该θ的倒数。θ以角分为单位，这与医学中视力定义一致。
    视力与下述因素有关：人的视网膜上光敏细胞间物理距离决定人眼分辨率的极限，当景物成象在黄斑区，分辨率最高；当亮度和对比度过低，视力下降；当亮度过高，视力不会增加，甚至因“眩目”而降低。人限对彩色分辨率低于对亮度分辨率，而且对不同颜色构成的彩图细节的分辨率也不同。
4．亮度辨别力
    人眼在比较两个强弱不同亮度时，有较好的判断力，对亮度变化过程敏感。对于不同亮度的背景，人能察觉到的最小亮度差别也不同。人眼分辨亮度的能力与背景亮度有关，也即对比灵敏度不同。对比度C定义为：C＝Bmax／Bmix。Bmax和Bmix是重现图象或景物时的最大和最小亮度。只要保持该C常数，就可实现人眼亮度分辨的重现。
5．空间频率响应
    在人眼视力范围之内，对于图象上不同空间频率成分具有不同的灵敏度。实验表明，人眼对中频响应较高，对高、低频的响应较低，因而视觉上会显出马赫带效应，即亮度突变处明显增强。这时人眼判读特定目标有利。
6．适应性及对比效应
    人眼通过自身的适应性调节，摄取视觉空间的信息及其变化状态。具体适应性规律表现在以下几方面：
明暗条件变化下的眼适应，亮适应(即由暗到亮变化)时，几秒钟就能分辨出景象的明暗和颜色，其过程约在3分钟内达到稳定。暗适应（即由亮到暗处）时，几分钟才能分辨景象，约45分钟才稳定，过程要长些。