光,图像,和相关的编程

可见光

在生物进化过程中,很多物种长出了眼睛,可以接收不同频率的电磁波并传给大脑,所谓可见光是指人眼能感受到的波长频率范围在430–790 THz的电磁波,在我们人脑里面反应为光。伴随地球从出生到现在的太阳,就会产生可见光。

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感觉光和颜色

视锥细胞:

视锥细胞用来是网膜里负责感受可见光的一种细胞,位于眼球中后部,通过一连串相连细胞间的电位传导,最终将信号传到大脑神经
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蓝色框是视锥细胞聚集的区域

大部分人类的视锥细胞有三类,它们分别接受的Blue电磁频率范围, Green电磁频率范围, Red电磁频率范围三种可见光,形成我们的色觉:

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一般白光,太阳光,是多种光波组合,借用傅里叶变换的图片来理解下白光:

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一条光含有红,绿,蓝等频率的电磁波刺激视锥细胞的时候,大脑将这种情况转成我们看到的“白光”

我们当中,有一部分人缺少某种视锥细胞,便称这种症状为色盲,当然也可能有人基因变异产生四色或者更多,哺乳类动物和人类的视锥细胞就不一样
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视杆细胞:

视网膜中还有另一种感受光的细胞:视锥细胞,不像视锥细胞的多种类型,它只有一个类型,且一般对510nm(绿色)左右频率的电磁波敏感,这种细胞对光的敏感度比视锥细胞更高,对察觉黑暗情况下的微弱亮光很有用处。

通过眼睛,识别物体

眼睛只是一个传感器,识别物体等进一步工作由处理中心来做,就是大脑。现在的知识是大脑通过颜色差异产生的形状来识别物体。然后再不断理解,记忆。

可参考的实验有:Hubel & Wiesel, 1959 一个研究猫的视觉皮层的实验,实验显示猫的视觉皮层神经对特定的光和黑暗敏感:点,圆,方块,方向,形状,和运动。而且,视觉皮层不同区域的细胞对方向,形状有不同的反应。在视觉处理前期阶段,皮层会把信息分解成一个个edge。

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该研究发现了大脑如何通过视觉皮层处理视觉信息,并获得了诺贝尔医学奖。

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光的数字模型

大家熟知一般是,RGB颜色模型,它将红、绿、蓝三原色的色光以不同的比例相加,以合成产生各种色彩光。同时,还有方便数字图像处理的模型,HSV,YUI等。

制造,接收光

知道人类感受颜色的原理之后,在人类抽象出了合适的数字模型之后,只要制造出相应频率的电磁波,就能制造出颜色,和图像,以LCD,LED显示器为例,设计和视锥细胞的原理类似,在屏幕上一个像素点安装三种颜色的LCD或LED灯,分别是Blue, Green, Red,组成RGB的颜色模型,根据我们先看到的颜色,来控制其中LCD灯发光的强度。当一块5英寸的屏幕上,分布了2000*2000个这样的显示单元之后,就能很精细的呈现一张多彩的图像了(其中还有很多知识被我忽略)。

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相机中接受光的元器件的道理相同,同样是点阵上面的一个单元上面有接受可见光电磁波的感应元件,然后将电磁波转换成相应电位之后,变成数字信号,然后保存起来。

以上是通过生物和工程的角度去分析下我们所看到的东西。然后我们开始了解下怎么用软件对我们所看的东西(图像)去处理。

程序中的光

参考我的这篇文章前段部分

卷积神经网络

参考我的这篇文章
(卷积神经网络是现在最主流的应用在图像识别上的方法,了解到了计算机如何识别图像,目前的研究,这种方法和人的区别是 AI看见的是纹理,而人看见的是形状,显然,两者理解图像的方式是不一样的。)

Reference:

https://zh.wikipedia.org/wiki/三原色光模式

https://zh.wikipedia.org/wiki/电磁波

https://zh.wikipedia.org/wiki/视觉系统

https://www.youtube.com/watch?v=KE952yueVLA

https://www.youtube.com/watch?v=aqzWy-zALzY

https://www.youtube.com/watch?v=v20-E_2bT2c

http://www.techwalker.com/2019/0715/3119625.shtml