人眼视觉特性

3．5．2 人眼视觉特性

数字图像是给人观看的，是通过人眼接受的。因此，图像视频系统的设计和实现应充分考虑人眼的视觉特性，在信息处理和压缩时根据人眼在感知图像时的各种特性，让人们观察到最满意的图像。

1．视觉惰性和细节分辨力

所谓视觉惰性，是指在观测某个物体时，即使外界的图像已经消失，主观的视觉却还要把这个图像保持一段短暂时间的现象。通常这个暂留时间为0．05～0．2s，也就是说，我们必须以小于50ms的换幅间隔来展示图像，这样，前一幅画面在人眼中的图像还未消失，后一幅画面又开始建立，使画面在人眼看起来是连续的。即图像的换幅频率大于20Hz时画面给人的感觉是连续的。这个频率可称为融合频率。当然，50ms只是一个临界值，如果取这个值为换幅间隔，有时候会让人产生一种闪烁的感觉。在实际应用中，应该取小于50ms的值作为换幅间隔。但是这个值并不是越小越好，在播放物体运动的画面时，如果换幅间隔过小，有些图像在视网膜上根本来不及成像就已经被跳过。当空间平面白板上的两个黑点充分靠近到一定程度时，观察者在一定距离处观察时就无法对它们进行区分了，也就是说，人眼的细节分辨力是有限的；彩色分辨力要比黑白的低许多，如果黑白细节分辨力为100%时，对应的绿红细节分辨力为40%，绿蓝细节分辨力为19%。当照度太大或太小时，分辨力就会降低；当黑点亮度与背景亮度接近时，分辨力也会降低；运动物体速度越快分辨力越差。如果相邻两幅中某点的相对位置距离眼睛的视角超过了7．5°，画面仍然会产生跳跃的感觉。因此，在设置画面的换幅间隔时，应综合考虑这两方面的因素，选择一个合适的中间值，以达到流畅的视觉效果。一般设计运动画面的换幅频率为32Hz。

综合考虑人眼的视觉惰性和细节分辨力，运动的电视图像换幅频率必须大于45．8Hz，即最长不超过0．022s换一幅画面。

2．运动物体的观测

当人眼在观测运动的物体时，眼球通常会产生两种运动：一种是快速跳跃运动，即图像迅速地落在视网膜的中央；另一种是平滑跟随运动，即眼球随着物体同步运动。目前的研究认为，平滑跟随运动是在观看连续运动的物体时眼球的主要运动，因此在虚拟教学场景匹配中主要关注眼球的平滑跟随运动对人眼在观看显示屏上运动图像时的影响。

眼球的快速跳跃运动通常产生于视觉跟随运动的初期，此时运动物体尚未聚焦在视网膜的中央，因此人眼无法看到物体的细节。当眼球快速跳跃运动过程结束时，眼球移动的角速度通常同步于所观测的运动物体的速度，此时眼球的运动即转变为平滑跟随运动。

在眼球的平滑跟随运动过程中，眼球的转动角速度与物体的移动速度基本保持一致。在这个过程中，大脑将映射在视网膜上的亮度信号同时进行时间域和空间域的积分。人眼在观测显示屏上显示的运动图像时，眼球的运动也是由这两种运动组成的。眼球通过快速跳跃运动使显示屏上运动物体的影像映射到视网膜的中央，其后人眼通过平滑的跟随运动使物体的影像保持在视网膜的中央。由此可见，当人眼在观测运动画面时，眼球的主要运动方式是平滑跟随运动，而快速跳跃运动只存在于眼球运动的初期。

因为一切运动或静止的物体都是有惯性的，眼球的运动也不例外。当人眼正在观测的运动物体骤然停止的时候，眼睛会产生不舒服的感觉，尤其在物体运动速度很快，或者连续观测时间很长的时候，这种感觉会非常明显。为了避免这一点，应该使被观测的运动物体匀减速停止，以符合视觉美学。