1.4.3 对比灵敏度与方位灵敏度

大多数数字半色调HVS模型都是基于人眼对比灵敏度函数（CSF）的。图像对比度是局部图像强度与平均图像强度的比值，视觉对比灵敏度描述了在阈值附近的视觉系统的信号特性。对于正弦光栅，对比度C定义为迈克尔逊对比度，如式（1-16）：

式中，L_max和L_min分别表示最大亮度和最小亮度；A_L表示亮度振幅；L表示平均亮度。对比灵敏度是对比度阈值的倒数。

CSF描述了在每度周期视角下正弦光栅的对比灵敏度的一个空间频率函数。人眼CSF曲线是由Schade在1956年测量得到的，如图1-17所示。图1-17中，水平轴是依据现实设备测量的空间频率，垂直轴是对比灵敏度，命名为lg（1/C）=-lgC，其中，C是检测域中图案的对比度。

图1-17 人眼CSF曲线

图1-17展示的人眼CSF曲线显示了两个特性。第一，当所测图案的空间频率增加时，对比灵敏度衰减，这表明视觉路径对高频目标敏感。换句话说，人眼视觉具有低通滤波特性。第二，在空间频率较低时，对比灵敏度并没有显著地改善，甚至在更低的空间频率下，对比灵敏度反而会降低。这种现象依赖于背景强度，在更高强度的背景下这种现象更显著。

彩色CSF曲线与亮度CSF曲线不同。对于CSF曲线，它在高亮度或中等亮度处获得平均亮度等级，亮度CSF曲线显示出带通滤波特性，而彩色CSF曲线则通过Mullen测量而显示出低通滤波特性。近年来，一些非决定性的证据表明彩色CSF曲线也可在高饱和度颜色中显示出低通滤波特性。另一个重要的不同是，在中频和高频区，彩色CSF曲线比亮度CSF曲线要低。彩色CSF曲线的衰退与亮度CSF曲线相似，它在一个更低频率上呈指数级衰退，这就表明HVS对在亮度中的空间变化比对在色度中的空间变化具有更高的灵敏度。在亮度中具有空间衰退的图像通常会被感知为模糊的或不锐利的，而在色度中相似的衰退通常不能被感知。

物体的放置方位影响人类的视觉灵敏度。这个灵敏度对半色调印刷尤为重要，这是因为人们普遍认为，如果半色调网屏被放置在45°的位置上，那么图像看上去就会有更好的效果。早在19世纪60年代，Taylor进行了五组方位灵敏度的研究，其中三组测试了辨识一个清晰可见图案的方位的能力，另两组测试了在不同方位上察觉目标的存在性的能力。实验表明，灵敏度在45°和135°左右时最低。同样，对于倾斜的和水平的光栅这个方位灵敏度随着空间频率的增加而增加。

近年来的一个具有空间上变化的色刺激的HVS研究证实，人眼视觉对于水平和垂直的正弦光栅上的亮度变化，以及红绿和蓝黄刺激的变化更为敏感。对于亮度部分，对比灵敏度随着平均亮度的增加而增加。然而，对于色度的不同刺激，对比灵敏度对色度的变化并不敏感。