第三章：线性光与感知均匀性的探讨

### 第三章
#### 线性光与感知均匀性

灰度图像中的每个像素值反映了广泛意义上的亮度。然而，亮度这一概念实际上是由观察区域发射出的光线量决定的，是视觉感知的一个特性。这显然是一种主观评价，因为亮度无法直接测量，不适合作为图像数据的量化指标。此外，基于色彩再现理论，亮度没有绝对的最大值，这意味着亮度与具体的数值无关。

光强（Intensity）指的是某一方向上的辐射功率，即每单位立体角的功率，单位为瓦特每平方弧度（W·sr^-2）。辐射（Radiance）则是指每单位投影面积上的光强。这些定义未考虑波长因素，但在彩色图像处理中，波长至关重要。更多关于辐射度和光度的内容可参考附录B。

声强与光强在概念上存在显著差异。照度则是在视觉亮度感知中与光谱敏感度加权相关的光量，与光强成正比，在国际单位制（SI）中，其单位为每平方米的坎德拉（cd·m^-2），也称作尼特（nt）。在图像系统中，像素值往往不是与照度成正比，而是采用与照度非线性相关的数值。

照度描述了照射到物体表面的光，技术上是指半球积分照度。明度由国际照明委员会（CIE）定义，表示某区域的亮度，类似于被照射区域的明亮程度，呈现为白色或强烈的反射性。尽管有人认为这种判断过于主观，但客观量L*被定义为相对于照度感觉响应的标准估计，通过模拟特定条件下的人眼视觉反应来计算。某些灰度级成像系统中的像素值可能与L*成正比。

在图像科学领域，与标准图像完全一致的情况较为罕见。不幸的是，许多从事数字图像处理和计算机图形学的人士并未充分理解这些术语的含义。例如，在HSB、HSI、HSL和HSV颜色模型中，B代表亮度（Brightness）、I代表强度（Intensity）、L代表明度（Lightness）、V代表值（Value），但这些概念与色彩科学中的亮度、强度、照度或值并不完全对应。

彩色图像是通过三基色值进行感应和传播的，其幅度与强度成正比，光谱成分是根据彩色图像领域的特定需求精心选择的。相对照度可以视为一种非常有用的三基色值，除了上述特性外，三基色值总是成组出现。

数码相机传感器产生的值与辐射强度成正比，接近于红、绿、蓝（RGB）三色值。我们将这些值称为线性光。然而，在大多数成像系统中，RGB三色值经过非线性编码——伽马校正——以模拟人眼的视觉系统。大多数图像编码系统使用R'G'B'值，这些值并不直接与强度成比例，其中的标记符号表示施加了感知驱动的非线性参数。

亮度信号（“Y'”）是R'G'B'值的加权和，构成了视频、MPEG、JPEG等图像编码系统中亮度/色彩差分编码的基础。在视频处理中，伽马校正中的非线性转换形成的R'G'B'分量被整合到亮度和色度（Y'CBCR）分量中。