图像处理与分析 --（4）视觉系统 / 彩色图像表示 / 图像质量评估

一、视觉系统

1. 色彩是一种光的视觉效应

这句话蕴含了两层含义，首先，色彩依赖于场景发射或者反射的可见光，但这还不够，还需要经过人的视觉系统处理过后，才能得到可见光对应的视觉效应。注意，这种对应并不是一一映射。

2. 视杆 (rod) 细胞和视锥 (cone) 细胞

在眼睛中用于感受光的细胞有两种，视杆（rod）细胞和视锥（cone）细胞，其中视杆细胞不区分光线波长，主要在低光时起作用（猫咪的视杆细胞就超级多，所以它们暗光视觉很棒），分布在视网膜中心凹的边缘。而视锥细胞则对波长敏感，按照敏感波长为三种：长、中、短，分布在视网膜的中间。

无穷维的 SPD 在三维上 (三种不同的视锥细胞) 的投影，就是我们所能感受到的色彩空间，这也解释了为什么我们在表示色彩时总是会取三个参数。

3. 格拉斯曼定律 (Grassmann’s law)

人眼看到的色彩具有很强的线性加和性质。

4. 闪烁混合测试 (Flicker Fusion Test)

其目的是得到人对不同波长光的感受亮度，得到不同波长下的敏感度分布曲线。
这条曲线又被称为光度函数 (luminosity function)，记作 y-bar ($\lambda$) 或者 V ($\lambda$)

5. 色彩匹配实验 (Metameric Matches)

目的是量化所有的可见颜色。
测试单色光 vs 可调整的光。
可调整的光是三种单色光的混合，他们波长固定（700 nm, 546 nm, 435 nm）强度可调节，并称这三个波长为原色。 选择 546.1 nm 和 435.8 nm 的原色是因为它们是汞蒸气放电的颜色，容易复现，而选择 700 nm 是因为眼睛在 700 nm 处对光线的变化不敏感，波长的误差对感知的影响不大。


相机图像处理 1 色彩与色彩空间

6.HSI 顏色模型 HSI〔Hue-Saturation-Intensity (Lightness),HSI 或 HSL〕

7.YUV 坐标系

$Y$: 亮度
$C_b,C_r$：色差
(R-Y),(B-Y),(G-Y) 可从中选取两个。但由于对大多数彩色来说，(G-Y) 比 (R-Y),(B-Y) 数值还小，选择 (G-Y) 对改善信号比不利。通常选用 (R-Y) 和 (B-Y) 两个色差信号来代表色度信息。

二、图像质量评估

1. 图像质量

(1) 平均亮度
(2) 对比度
一幅图像中灰度反差的大小。对比度 = 最大亮度 / 最小亮度。
(3) 清晰度
应用：用传统方法做超分辨率图像
(4) 分辨度

2. 客观评价指标

PSNR (Peak Signal to Noise Ratio)：峰值信噪比
$\displaystyle PSNR=10log_{10} \frac {MaxValue^2}{MSE}$

$\displaystyle =10log_{10} \frac {(2^{bits}-1)^2}{\frac {1}{MN} \sum_{i=0}^{M-1} \sum_{i=0}^{N-1}{[f (m,n)-g (m,n)]}}$

MSE (Mean squared error)：均方误差
SSIM (Structural Similarity)：强调结构相似性
图像质量评估指标 SSIM / PSNR / MSE
视频 / 图像质量评价综述 (一)

3. 主观评价指标

MOS (mean opinion score)