眾所周知怕午，視音頻的數(shù)字化是為惹方便人們更好地記錄視聽而被人們所折騰出來的一門技術(shù)度宦。既然主要是為惹人們而服務(wù)的琳钉，在我們的探究過程中就水到渠成地首先偏向于貼合人們所設(shè)計(jì)惹菠剩。本文主要是從生理角度上淺談一下人們與數(shù)字視音頻編碼的關(guān)系w。針對人類視覺系統(tǒng)鄙煤，我們可以從光學(xué)晾匠、色度學(xué)、視覺生理學(xué)梯刚、視覺心理學(xué)凉馆、解剖學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和認(rèn)知科學(xué)等領(lǐng)域去多方位的研究它與數(shù)字視頻的關(guān)系亡资。

視覺部分01-主要是簡單介紹澜共，日后會展開補(bǔ)充！

后續(xù)文章將對各種視覺系統(tǒng)模型進(jìn)行淺度分析锥腻、歸納一些常用的理論.公式與示意圖嗦董，并會結(jié)合數(shù)字圖像處理那本書來進(jìn)行更多淺度解析。

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光：人眼可見電磁波譜（波粒二象性）京革；

簡而言之，"光"其本質(zhì)是一種處于特定頻段的光子流幸斥。通俗不嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)來講光子流可以認(rèn)為成由光的粒子組成匹摇，光子中的電子以不同頻率的震動并以波的形式釋放能量，從而發(fā)出了光甲葬。光的速度是恒定的廊勃，所以頻率越高，波長就越短经窖∑碌妫可見光由波長380nm到750nm之間的光子組成，稱為可見光譜钠至。震動的頻率越高葛虐，顏色相對應(yīng)的位置就會越高胎源。

可見光譜的一些顏色被稱為黑色體棉钧，理論上一種理想的黑色物體被加熱時它可以呈現(xiàn)出光譜的顏色，并隨著溫度的變化而變化涕蚤。

你能看到的任何東西都是由可見光譜中的光子組成宪卿。

光的頻率可用波長進(jìn)行度量(可見光的波長用單位納米表示)。我們所能看到的光一般都是會發(fā)光的東西或者是通過各種反射反射過來的光万栅。

眼睛則是人類采集光的器官佑钾，它是人們感官中最重要的器官，普通人大腦中大約有百分之80的記憶都是通過眼睛獲得的烦粒。

眼睛在做些什么休溶；

光有跳躍的,也有不跳躍的代赁。當(dāng)有光線碰(或者說打)到人眼后面的視網(wǎng)膜的時候，眼睛就順利完成了它的"采集"任務(wù)兽掰。光線通過眼角膜與瞳孔進(jìn)入眼睛芭碍，打到晶狀體后晶狀體再將光聚焦產(chǎn)生一個焦平面，打到視網(wǎng)膜上孽尽，它們會把這些光線轉(zhuǎn)化為神經(jīng)脈沖傳給腦子窖壕。過于靠近或遠(yuǎn)離焦平面會讓"采集"的光在腦內(nèi)形成的"圖像"變得模糊。視網(wǎng)膜可以比喻為感光膠片或相機(jī)中的CCD杉女。

視網(wǎng)膜上有"視感"與"視錐"兩種用于感光的細(xì)胞瞻讽。每一只人眼大概有1.2億個感光細(xì)胞，而這1.2億有95%左右都是視感細(xì)胞熏挎，它們對弱光和快速運(yùn)動敏感速勇，不過這些細(xì)胞只能感知亮度，而卻不能感知色度坎拐。錐細(xì)胞對藍(lán)紅或綠這三種色度敏感快集，不過在弱光下卻通常不能很好的工作。桿細(xì)胞主要對藍(lán)色敏感廉白。

不過視網(wǎng)膜上的感光細(xì)胞不止只有兩個个初。比如"光敏中樞細(xì)胞(PGC)“，它可以在較長的周期內(nèi)對光的數(shù)量做出反應(yīng)。不過對于PGC來說，它原則上y用于沒有足夠的光線使錐細(xì)胞工作的時候白翻。

人眼一般可以非常好的感知出相對亮度而且可以對照明的大量變化做出快速地調(diào)整脯倚，具有亮度適應(yīng)性。我們能看到最弱的光線和不傷眼的最亮光線的比值大概是一萬億比一贷掖。從明視覺狀態(tài)到暗視覺狀態(tài)(暗適應(yīng))必須經(jīng)過10-35s才能看到周圍物體，而反之卻僅需3-6s，這稱為明適應(yīng)谆膳。人眼對光的敏感程度與光的波長和光輻射功率有關(guān)。

人眼一般具有三種不同類型的錐細(xì)胞撮躁，每一種針對一種特定波長的光漱病，對應(yīng)著紅黃藍(lán)。它對綠色最為敏感把曼，其次是紅色杨帽，最后是藍(lán)色。如果你的眼睛感知不到紅或綠色嗤军，很大一部分的原因就是因?yàn)槿鄙僖环N錐細(xì)胞所致注盈。在明視覺(相對于夜間視覺)的情況下，由于人眼對不同波長可見光的感受性不同叙赚，因此能量相同的不同色光表現(xiàn)出不同的明亮程度老客，黃綠色看著最亮僚饭，光譜兩端的紅色和紫色則暗得多。

大多數(shù)我們所感知的細(xì)節(jié)來自于眼睛所能看到的范圍的一個極小的區(qū)域胧砰，這個區(qū)域位于視野的正中心浪慌，稱為視網(wǎng)膜中央凹，關(guān)鍵性的錐細(xì)胞主要位于此朴则。它只覆蓋惹視網(wǎng)膜的百分之一权纤，但大腦的視覺部分百分之五十的信息其實(shí)都來源于此。其它部分主要由用于弱光和高速視覺的桿細(xì)胞組成乌妒。所以我們通常在看東西的時候總會是對著要注視東西的某個大點(diǎn)汹想，而很難做到利用起余光"全方位"的去看。

大腦接到眼睛的信號又是如何處理的：

人類通常都有很復(fù)雜的視覺系統(tǒng)..復(fù)雜到大腦的約1/4都在為視覺系統(tǒng)而服務(wù)撤蚊，復(fù)雜到目前積極研究惹視覺神經(jīng)學(xué)幾十年的人們還沒有商討出一個接近描述人眼的特征來描述它古掏。理想情況下人類大概可以分辨出一百萬種顏色，CIE(國際照明委員會)在1931年決定整個可見光譜可以用紅綠藍(lán)的混合色表示侦啸，研究出了一個色彩空間圖槽唾，基本證實(shí)惹這一點(diǎn)。

我們?nèi)绾胃兄炼龋?/p>

相比顏色人們的感知能力更多地轉(zhuǎn)向惹亮度光涂。我們在亮度下分辨清晰的邊緣和微小的細(xì)節(jié)的能力比分辨顏色要好得多庞萍。我們在一定程度上也能分辨出和它們周圍物體不同的物體移動，這意味著我們察覺移動的東西比靜止的東西更好忘闻。

我們觀看方式中的多數(shù)在某種角度上本質(zhì)上并不是真實(shí)的钝计，視覺錯覺會利用大腦大腦處理信息的特點(diǎn)進(jìn)行加工。

我們?nèi)绾胃兄剩?/p>

和亮度相比齐佳，我們的色彩感知既模糊又慢私恬。從人的視覺系統(tǒng)看，色彩可用色調(diào)炼吴、飽和度和亮度來描述本鸣。

色調(diào)(HUE)表示顏色的類別。彩色物體的色調(diào)取決于物體在光照下所反射的光譜成分硅蹦。亮度(Luminance)是指人眼對光的明亮程度的感覺荣德。飽和度(Saturation)指彩色光所呈現(xiàn)彩色的深度或純潔程度。對于同一色調(diào)的彩色光提针，其飽和度越高命爬，它的顏色就越純；而飽和度越小辐脖，顏色就越淺或純度越低。色度指色調(diào)和飽和度的合稱皆愉，既反映惹彩色光的顏色嗜价，也反映惹顏色的深淺程度艇抠。

大量實(shí)驗(yàn)表明，人眼大約可分辨37萬種顏色久锥，能分辨128種不同的色調(diào)家淤，5-10種不同的飽和度，對亮度十分敏感瑟由。

我們?nèi)绾胃兄咨?/p>

沒有色光等同于一點(diǎn)光都沒有絮重，而可見光譜中也沒有白色光子。白色其實(shí)是反射所有可見波長的表面的顏色歹苦，在人類視覺中人們也常常把它與亮度變化所混淆青伤。所以在不同情況下，我們感知為白色的顏色有相當(dāng)一些不一樣殴瘦，這取決于它的周圍是什么狠角。

我們?nèi)绾胃兄Ⅲw與空間：

越接近所看的物體，我們每只眼睛看到的影像就越不一樣蚪腋。我們能夠利用差異的程度來確定物體的距離丰歌。雖然我們用一只眼睛也能很好判斷東西在哪。人的兩只眼睛存在間距(平均值為6.5cm)屉凯，這就是雙目視差立帖。

有許多因素可以引發(fā)我們看東西時的空間感知。它們包括相對大小悠砚、重疊厘惦、透視、光線和陰影哩簿、遙遠(yuǎn)物體的藍(lán)色陰影宵蕉，以及你相對物體移動腦袋時看到的物體的不同角度。

運(yùn)動視差是由觀察者和景物發(fā)生相對運(yùn)動所產(chǎn)生的节榜，這種運(yùn)動使景物的尺寸和位置在視網(wǎng)膜的投射發(fā)生變化羡玛，從而產(chǎn)生深度感。與此同時眼睛的適應(yīng)性調(diào)節(jié)(通過晶狀體和附屬肌肉)眼睛主動調(diào)焦的行為和視差圖象在大腦中的融合(輻輳.雙眼與被觀察物體三點(diǎn))都可以讓我們感知到立體視覺宗苍。

我們?nèi)绾胃兄\(yùn)動：

我們的大腦中有相當(dāng)數(shù)量的神經(jīng)細(xì)胞在尋找我們周圍的不同方向的運(yùn)動稼稿。它們確保我們能夠非常快速地察覺并回應(yīng)讳窟。這些運(yùn)動傳感細(xì)胞特別適應(yīng)于察覺在復(fù)雜背景前面沿一個方向運(yùn)動的物體让歼。我們能夠在許多其他的物體中跟蹤一個單獨(dú)的物體，這也稱之為對比效應(yīng)丽啡。

用視覺暫留舉例來說谋右，典型地通過回放影像實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的感受需要每秒變化16次(16f/s(幀))，低于這個速度的東西看上去就像幻燈片补箍。運(yùn)動越快改执，看上去也就越自然流暢惹啸蜜。這也稱之為視覺惰性。

我們的視野：

所謂視野即頭部不動時眼球向正前方注視所能看到的空間范圍辈挂，也稱為周邊視力衬横，指黃斑中心凹以外的視力。正常人眼的最大范圍約在左右35度和上下40度终蒂，最佳視野范圍約在左右15度和上下15度蜂林，最大固定視野約在左右90度上下70度，頭部活動時視野可擴(kuò)展到左右95度和上下90度拇泣。視野還受背景色的影響噪叙，例如黑色背景下的彩色視野范圍小于白色背景下的的彩色視覺范圍。

我們?nèi)绾胃兄W爍與細(xì)節(jié)：

人眼受到周期性光脈沖照射時挫酿，若重復(fù)的頻率不是很高构眯，則會產(chǎn)生忽暗忽明的閃爍感覺。若將重復(fù)的頻率提高到某一定值以上早龟，人眼將感覺不到閃爍惫霸，形成均勻的非閃爍光源的感覺。不引起閃爍感覺的光脈沖最低的重復(fù)頻率葱弟，稱為臨界閃爍頻率壹店。比如在CRT顯像管顯示器中刷新率就是這個道理。

分辨率就是指人眼對所觀察的實(shí)物細(xì)節(jié)或圖像細(xì)節(jié)的辨別能力芝加，具體量化起來就是能分辨出平面上的兩個點(diǎn)的能力硅卢。眼睛分辨景色細(xì)節(jié)的能力有一個極限值，將這種分辨細(xì)節(jié)的能力稱為人眼的分辨率或視覺銳度藏杖。眼睛對被觀察物體上相鄰兩點(diǎn)之間能分辨的最小距離所對應(yīng)視角的倒數(shù)将塑。

我們所看不到的一些東西：

視頻對于人眼來說也有掩蔽效應(yīng)，可以分為空間域中.時間域中和彩色的掩蔽效應(yīng)蝌麸。

視覺的大小不僅與鄰近區(qū)域的平均亮度有關(guān)点寥，還與鄰近區(qū)域的亮度在空間上的變化(不均勻性)有關(guān)。在圖像序列中相鄰畫面的變化劇烈(例如場景切換)時来吩，人眼的分辨率會突然下降敢辩。在亮度變化劇烈的背景上，人眼對色彩變化的程度也會明顯地降低弟疆。