2.1.1 视觉与光学成像
文章目录
- 人眼视觉系统
- 成像过程
- 光学组件
- 成像相关基本概念
人眼视觉系统
光经过眼睛的虹膜、瞳孔、角膜，然后过晶状体、玻璃体到达视网膜，感光细胞接受光信号，转换成神经冲动，通过神经元传送到大脑皮层视觉中枢，经过处理，人就能看到图像。研究人眼视觉系统的原理，对于用机器记录、存储、再现图像有着重要意义。例如，利用人眼对光照不敏感，对边缘敏感的特性，Gabor滤波器被设计出来。利用人眼视觉系统神经元的处理约束编码稀疏性，稀疏编码被设计用于图像处理。根据人眼对不同亮度的非线性响应特性，设计伽马校正。根据人眼对空间高频信息敏感度低的特性，图像压缩式对不同频率采用不同的压缩程度。根据人眼视敏度，即成像的弥散圆大小在一定范围内，人眼都认为是清晰的，有了相机成像系统中景深、焦深的概念。
使用机器记录、存储图像，涉及到两个关键点，分别是光照与成像。光照常用的概念有光照度、光通量。光照度是指被照物体单位面积接受的光通量，用勒克斯（lux）做单位。光通量是指光源发出的光的总量，单位流明（lm)。
成像过程
成像过程中，光经过光学组件，到达传感器，转换成电信号，再经过ISP(图像信号处理系统)，得到图像。光学组件类似人眼的虹膜、瞳孔、晶状体等组织，传感器类似人眼的视网膜，ISP类似于大脑皮层视觉中枢。
光学组件
光学成像原理中有小孔成像、透镜成像。小孔成像需要孔足够小，但是孔过小时会导致进光量减少，成像效果变差，此外还有衍射现象。因此，实际常用的是透镜成像。透镜成像具有平行光线汇聚到焦点，穿过光心的光不改变路径等特点。
成像相关基本概念
成像相关的基本概念有景深、焦深，是指成像清晰时，物距、像距的允许范围。焦距越长，景深越浅。快门、光圈都可以控制进光量。快门是从时间维度上对进光量进行控制，还会影响到成像清晰度，快门时间越短，越能捕捉高速运动物体的清晰成像。光圈通过空间维度控制进光量，常用焦距除以孔径直径表示，孔径直径常用1.4倍的关系变换，刚好对应圆形面积的1倍。光圈大小还会影响景深，光圈越大，景深越浅。曝光值是对快门和光圈的组合，用于描述进光量。
