數(shù)字圖像基礎(chǔ)第二章課件

第2章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)視覺感知要素、圖像數(shù)字化、像素間的關(guān)系DigitalImageProcessing目錄2.1視覺感知的要素2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率2.3像素間的基本關(guān)系2.4數(shù)字圖像處理的基本操作2.1ElementsofVisualPerception

（視覺感知的要素）

圖像處理必須考慮人的視覺系統(tǒng)，人通常通過視覺系統(tǒng)主觀判斷和評(píng)價(jià)圖像。如果不考慮這些因素，會(huì)在解釋圖像的時(shí)候，走入誤區(qū)。2.1視覺感知的要素

測(cè)試圖像Testimagesfordistancesandarea

estimation:

a)Parallellineswithupto5%differenceinlength.

b)Circleswithupto10%differenceinradius.

c)Theverticallineappearslongerbutactuallyhas

thesamelengthasthehorizontalline.

d)Deceptionbyperspective:theupperlineappears

longerthantheloweronebutactuallyhavethe

samelength.2.1視覺感知的要素

人眼的構(gòu)造角膜虹膜鞏膜

脈絡(luò)膜

中央凹

視網(wǎng)膜

盲點(diǎn)

睫狀肌晶狀體

形狀近似個(gè)圓球.平均直徑約等于20mm.被3層薄膜包圍:

1)Cornea（角膜）andSclera（鞏膜）–outer

cover

2)Choroid（脈絡(luò)膜）3)Retina（視網(wǎng)膜）-2.1視覺感知的要素

光接收器視網(wǎng)膜表面分布的離散光接收器提供了視覺的模式.光接收器分為兩類:Cones（錐狀體）Rods（桿狀體）作用：光信號(hào)轉(zhuǎn)變成生物電信號(hào)2.1視覺感知的要素

右眼橫截面盲點(diǎn)沒有接收器的區(qū)域.除了盲點(diǎn)區(qū)域，接收器的分布是沿視線關(guān)于中央凹對(duì)稱的.

錐狀體細(xì)胞密度大，位于視網(wǎng)膜的中間部(即中央凹).

桿狀體從中心向外，離軸大約20°處，密度逐漸增加，然后向外到視網(wǎng)膜的邊緣處密度逐漸下降.2.1ElementsofVisualPerception人眼中圖像形成眼睛的晶狀體與正常光學(xué)透鏡的主要不同是前者適應(yīng)性強(qiáng).晶狀體的形狀由睫狀體韌帶和張力來控制（睫狀體）對(duì)遠(yuǎn)方的物體聚焦–使扁平對(duì)近處的物體聚焦–使變厚近視和遠(yuǎn)視睫狀肌晶狀體

2.1ElementsofVisualPerception什么是數(shù)字圖像？模擬圖像----I=f(x,y,z,λ,t).

三維空間上連續(xù)、時(shí)間上連續(xù)、波譜上連續(xù)大約兩千四五百年以前，墨子和他的學(xué)生，做了世界上第一個(gè)小孔成倒像的實(shí)驗(yàn)。。《墨經(jīng)》中有這樣精彩的紀(jì)錄：“景到，在午有端，與景長(zhǎng)。說在端?！苯忉屃诵】壮傻瓜竦脑?，指出了光的直線進(jìn)行的性質(zhì)。。

當(dāng)燦爛的陽光透過濃密的樹葉斜射在地面上的時(shí)候，你會(huì)在地面上看到許多搖曳的光斑。有趣的是不管樹葉交織成的小孔是什么形狀，每個(gè)光斑都是圓的，這是為什么呢？原來，這是太陽穿過小孔所成的像。太陽是一個(gè)球體，所以它的像總是圓的。要是某一天發(fā)生了日偏食，太陽缺了一部分，那時(shí)候才會(huì)形成許多奇異的月牙形的光斑人眼成像的基本原理光接收器大腦輻射能錐狀體和桿狀體細(xì)胞光電轉(zhuǎn)換器生物電信號(hào)Fieldofvisionandvision視野和視覺人眼的視野相當(dāng)寬廣，所謂視野就是指眼球不動(dòng)時(shí)所能見到的范圍，如果把注視點(diǎn)作為中心，可見的范圍上方約為65度，下方約為75度，左右視角約為104度。

2.1視覺感知的要素

典型的人眼觀測(cè)的波譜敏感度人眼感覺最暗的是紅色其次是藍(lán)色和紫色，而最亮的是黃綠色。黃昏與白天相比，視敏函數(shù)曲線向波長(zhǎng)長(zhǎng)的方向移動(dòng)，且人眼對(duì)綠光感覺最強(qiáng)。人眼可見光的波長(zhǎng)約為400-760nm。對(duì)波長(zhǎng)555的光(即黃與綠之間的光)在白天最敏感。2.1視覺感知的要素

亮度適應(yīng)夜視晝視光強(qiáng)度與主觀亮度的關(guān)系曲線：人的視覺系統(tǒng)能適應(yīng)的光強(qiáng)度范圍:10-6~104mL(millilambert)(毫朗伯)視覺不能同時(shí)在這個(gè)范圍工作能同時(shí)鑒別的光的強(qiáng)度級(jí)的總范圍，即視覺系統(tǒng)當(dāng)前的靈敏度級(jí)別叫做亮度適應(yīng)級(jí).人眼的亮度適應(yīng)范圍量級(jí)同時(shí)亮度適應(yīng)區(qū)間不大，一般<64級(jí)2.1視覺感知的要素

對(duì)比敏感度在任何特定的適應(yīng)級(jí)，人眼辨別光強(qiáng)度之間變化的能力.I一個(gè)注視對(duì)象和均勻的、大到足以使其占有全部視野的發(fā)光區(qū)組成.ΔIc可察覺的目標(biāo)的亮度變化，剛好能從背景辨別出目標(biāo)韋伯比：亮度辨別較好

ΔIc/I小.亮度辨別較差ΔIc/I大.2.1視覺感知的要素

Macheffect

（馬赫帶效應(yīng)）人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

Simultaneouscontrast

（同時(shí)對(duì)比）人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

Opticalillusion：（光學(xué)錯(cuò)覺）人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺冰斯幻覺：兩個(gè)內(nèi)部的圓大小一樣嗎？

【解析】?jī)蓚€(gè)內(nèi)部的圓大小完全一樣。當(dāng)一個(gè)圓被幾個(gè)較大的同心圓包圍時(shí)，它看起來要比那個(gè)被一些圓點(diǎn)包圍的圓小一些。

人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺Watermelons

人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺你目光流轉(zhuǎn)，扣住愛人的心弦。在這個(gè)圖像當(dāng)中，當(dāng)你的目光移動(dòng)時(shí)，心似乎也在移動(dòng)，甚至不斷伸縮。當(dāng)眼睛運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓圈中白色和黑色邊緣在視網(wǎng)膜上的成像在不斷變動(dòng)，這激活了大腦視覺皮層的運(yùn)動(dòng)敏感神經(jīng)元（motion-sensitiveneurons）。這一神經(jīng)元的激活致使我們出現(xiàn)圖像在運(yùn)動(dòng)的幻覺。如果你的目光固定在某一點(diǎn)，這個(gè)幻覺運(yùn)動(dòng)就會(huì)慢下來或者停止。

人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺西班牙隨筆作家MigueldeUnamuno說過：“愛情始于錯(cuò)覺，終于醒悟?！边@句話僅僅是一個(gè)諷刺呢，還是真有生理學(xué)依據(jù)？愛情，和其他情感一樣，都并非客觀存在的事實(shí)，而是一些主觀經(jīng)驗(yàn)。所以，在這一頁(yè)的圖里，我們展示了一顆受傷的心。盡管圖上沒有畫出，但由于弓箭的邊緣的存在，我們都能想象出一支箭穿過心臟的畫面。這種效應(yīng)叫做“錯(cuò)覺輪廓”。因?yàn)榇竽X可以將一個(gè)形狀強(qiáng)加于極少的數(shù)據(jù)信息之上，所以我們能夠感覺到一個(gè)完整的桃心形狀。約翰斯?霍普金斯大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家RudigervonderHeydt通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，錯(cuò)覺輪廓與一個(gè)叫做V2的視覺腦區(qū)里的神經(jīng)元有關(guān)。這個(gè)虛幻的桃心看上去甚至比背景色更潔白，但實(shí)際上它們的顏色應(yīng)該是完全一樣的。我們?cè)S許多多的日常生活經(jīng)驗(yàn)都來自于類似的“填空”，比如，我們會(huì)利用我們對(duì)地球所了解的那一部分知識(shí)去想像我們不了解的那一部分。

人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺Duringthelate19thandearly20thcenturies,matchbooksfrequentlyfeaturedtopsy-turvyopticalillusionartwork.

Whenviewedoneway,thematchbookwouldfeatureoneimage,butwhenrotated180degrees,theywouldfeatureanentirelydifferentimage.

Hereisacollectionofsevensuchimages.

Simplyholdyourmouseovertheimagetoviewwhatitlookslikewhenrotated.人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

不可能的棋盤：這個(gè)棋盤是如何成為可能的？【解析】棋盤完全是平面的，這個(gè)棋盤以瑞典藝術(shù)家奧斯卡·路透斯沃德的一個(gè)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，又布魯諾·危斯特創(chuàng)造錯(cuò)覺Isthefollowingobjectphysicallypossible?Lookatthegroupingofstairsbelow.Howcantheykeepclimbing?

人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺Thisonewillmakeyoudizzy.Tryfocusingonjustthecentercirclewhilemovingyourhead.人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺ThegearwheelsshouldappeartoSLOWLYrotate.Theoneontheleftsideofthescreen

shouldturnclockwiseandtheoneontherightsideofthescreenshouldturncounter-clockwise.

人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺當(dāng)你閉眼冥想時(shí)或入睡之前，眼前常會(huì)閃現(xiàn)一些奇妙的畫面。神奇、怪異、不可思議的圖片，利用人類的視覺錯(cuò)覺，利用顏色的閃爍使本來靜止的圖畫產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的假象。（見網(wǎng)頁(yè)）人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

WhichlineconnectstolineC?AorB?

Despitetheirappearance,thetoplinesoneachof

thesetrapezoidsistheexactsamesize!

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

Doyouseearabbitoraduck?

Thisimageappearstobulge,althoughitonlyconsistsofsquares.錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

扭曲的圓：這是一系列完好的同心圓。這是一個(gè)曲線幻覺的例子。

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

總也抓不住的小黑點(diǎn)兒:

【解析】閃爍的網(wǎng)格：當(dāng)你的眼睛環(huán)顧圖像時(shí)，連接處的圓片將會(huì)一閃一閃。

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

錯(cuò)覺_有近而遠(yuǎn)或由遠(yuǎn)而近，感覺再轉(zhuǎn)

人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

.米勒·萊爾幻覺：哪條紅線更長(zhǎng)？

【解析】信不信由你，兩條紅線完全等長(zhǎng)。透視的運(yùn)用大大地增強(qiáng)了傳統(tǒng)的米勒·萊爾幻覺版本的效果。相形之下，傳統(tǒng)的米勒·萊爾版本遜色不少。

錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

“弗雷澤螺旋”是最有影響的幻覺圖形之一。你所看到的好像是個(gè)螺旋，但其實(shí)它是一系列完好的同心圓！這幅圖形如此巧妙，以至于會(huì)促使你的手指沿著錯(cuò)誤的方向追尋它的軌跡。錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

柱子是圓的還是方的?

錯(cuò)覺:人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

不信你不暈女的是真實(shí)的還是拼圖里的?錯(cuò)覺人眼感知亮度的現(xiàn)象2.1視覺感知的要素

亮度適應(yīng)性暗適應(yīng)性：20-30sbright---〉dark亮適應(yīng)性：1-2sdark---〉bright2.1視覺感知的要素

顏色感覺與刺激面積的關(guān)系對(duì)于一個(gè)色覺來說，刺激面積非常小時(shí)就不能識(shí)別顏色了。例如：橙、藍(lán)、綠直線感覺很接近，當(dāng)面積更小時(shí)，就只有灰色的感覺了。2.1視覺感知的要素

運(yùn)動(dòng)的感覺

運(yùn)動(dòng)的感覺包括很多，例如：a)誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)：云動(dòng)，感覺月也在動(dòng)，火車動(dòng)，感覺窗外物體往后動(dòng)；b)運(yùn)動(dòng)殘像：凝視飛落的瀑布，再看其周圍的物體，覺得也在往下動(dòng)。c)假象運(yùn)動(dòng)：霓紅燈幾種顏色交替閃爍，感覺圖像在動(dòng)。d)自動(dòng)運(yùn)動(dòng)：當(dāng)我們?cè)诤诎档氖覂?nèi)凝視一發(fā)光小點(diǎn)時(shí)，會(huì)感到小點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。2.1視覺感知的要素

目錄2.1視覺感知的要素2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率2.3像素間的基本關(guān)系2.4數(shù)字圖像處理的基本操作2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率信號(hào):信號(hào)是攜帶信息的一個(gè)函數(shù).信號(hào)的值在某些時(shí)空維上變化.詞匯:

時(shí)空（spatiotemporal）:在空間和時(shí)間上同時(shí)存在，即具有空間延展性又又具有時(shí)間上的持續(xù)性時(shí)變信號(hào)某些信號(hào)隨時(shí)間變化:f(t)

例如:音頻信號(hào)可看作隨時(shí)間變化的不同音調(diào)的音頻信號(hào)2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率空間變化的信號(hào)

信號(hào)也可以在空間上變化.一幅圖像可以看作是一個(gè)二維空間域上的函數(shù):f(x,y)

對(duì)于單色圖像,函數(shù)值是那點(diǎn)的光的數(shù)量.醫(yī)學(xué)CAT和MRI掃描儀生成一個(gè)三維空間上的函數(shù)圖像:f(x,y,z)2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率時(shí)空信號(hào)形式：f(x,y,t)x和

y為空間維，t為時(shí)間.Perhaps,itisavideosignalanimationofothertime-varyingpicturesequence.2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率信號(hào)分類連續(xù)域：絕大多數(shù)天然形成的信號(hào)是連續(xù)域的函數(shù).離散域：計(jì)算機(jī)處理的信號(hào)都是對(duì)連續(xù)域的信號(hào)采樣，也就是說被計(jì)算機(jī)處理的信號(hào)具有離散域。2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率模擬和數(shù)字大多數(shù)天然形成的信號(hào)都是具有無限高精度的實(shí)數(shù)值范圍.為了在計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)和處理信號(hào)，需要把他們變成有限精度的數(shù)，這時(shí)信號(hào)具有離散的值范圍.在定義域和值域都連續(xù)=模擬信號(hào)在定義域和值域都離散=數(shù)字信號(hào)2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率數(shù)字圖像的表示

數(shù)字圖像

f(x,y)：在空間坐標(biāo)和亮度上都數(shù)字化后的圖像。在(x,y)的值f與圖像中那點(diǎn)的亮度（或灰度級(jí)）成正比。2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率數(shù)字圖像的表示一幅數(shù)字圖像可以認(rèn)為是一個(gè)矩陣，矩陣中的任一元素所在的行和列對(duì)應(yīng)于圖像中的一個(gè)像素點(diǎn)，矩陣元素的值為那一點(diǎn)的灰度級(jí).2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率數(shù)字圖像的表示2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率數(shù)字圖像的表示圈出區(qū)域的像素值2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率圖像獲取系統(tǒng)2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率數(shù)字圖像例子連續(xù)圖像投影到傳感器陣列。如CCD陣列.圖像取樣和量化的結(jié)果2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率圖像形成模型圖像是二維光強(qiáng)度函數(shù)：

f(x,y)f的幅值是（x，y）點(diǎn)的亮度或強(qiáng)度

光是能量的一種形式，因此f(x,y)非零和有限的.0<f(x,y)<∞2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率圖像形成模型

（光學(xué)成像模型）函數(shù)

f(x,y)可以由兩個(gè)分量來表征:入射到觀察場(chǎng)景的光源總量，入射分量（Illumination）,i(x,y)場(chǎng)景中物體反射光總量，反射分量（Reflectance）,r(x,y)則成像模型：2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率灰度級(jí)單色圖像f在(x,y)的亮度稱為那一點(diǎn)的灰度級(jí)graylevel(l).因此,l的范圍

Lmin為正，Lmax有限.

灰度級(jí)范圍=[Lmin,Lmax]通常，把上述范圍進(jìn)行變換，最小值取0，即[0,L]

0=black,L=white2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率位數(shù)

灰度級(jí)的為數(shù)一般為2的整數(shù)次冪

L=2k存儲(chǔ)一幅圖像所需的位數(shù)為b=MxNxk2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率分辨率分辨率決定于采樣和灰度級(jí)數(shù)（看到圖像什么程度的細(xì)節(jié)）采樣率和灰度級(jí)數(shù)大，數(shù)字圖像與原始圖像近似得越好量化的級(jí)別越多，數(shù)字圖像的尺寸越大2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率空間分辨率：棋盤效應(yīng)如果空間分辨率降得太多，就會(huì)出現(xiàn)“棋盤效應(yīng)”(a)1024x1024(b)512x512(c)256x256(d)128x128(e)64x64(f)32x322.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率灰度級(jí)范圍：假邊緣(a)Graylevel=16(b)Graylevel=8(c)Graylevel=4(d)Graylevel=2如果灰度級(jí)范圍不夠，平滑灰度區(qū)域會(huì)受影響.出現(xiàn)假輪廓線。abcd2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率采樣的影響2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率量化的影響2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率非均勻采樣對(duì)于空間分辨率為固定值，圖像的質(zhì)量可以通過自適應(yīng)采樣得到改善。

粗采樣

鄰域中灰度級(jí)突變的區(qū)域.

細(xì)采樣

在相對(duì)平滑的區(qū)域使用.2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率例一幅人臉圖像背景具有顏色一致。

背景、細(xì)節(jié)信息多

粗采樣就足夠了

臉

細(xì)節(jié)少精細(xì)采樣.

如果能使用自適應(yīng)采樣，圖像的質(zhì)量就提高了.另外，我們更關(guān)心目標(biāo)的邊界從目標(biāo)到背景，灰度級(jí)突然轉(zhuǎn)換.2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率非均勻量化量化過程中間隔非均勻，可以減少灰度級(jí)別數(shù)

邊界可以使用較少的灰度級(jí).因?yàn)槿搜蹖?duì)級(jí)別突然改變位置的灰度深淺的估計(jì)能力差.

在平滑區(qū)域使用較多的灰度級(jí)以避免“假邊緣”.2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率目錄2.1視覺感知的要素2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率2.3像素間的基本關(guān)系2.4數(shù)字圖像處理的基本操作2.3像素間的基本關(guān)系Neighborsofapixel（相鄰像素）Connectivity（鄰接性）DistanceMeasures（距離度量）像素點(diǎn)的鄰域像素點(diǎn)p，坐標(biāo)為(x,y)P點(diǎn)的4-鄰域點(diǎn)：N4(p)(x+1,y),(x-1,y),(x,y+1),(x,y-1)P點(diǎn)的4-對(duì)角鄰域點(diǎn)：ND(p)

(x+1,y+1),(x+1,y-1),(x-1,y+1),(x-1,y-1)P點(diǎn)的8鄰域點(diǎn)：N8(p)N4(p)與ND(p)合在一起2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系Connectivity（鄰接性）

令V是用于定義鄰接性的灰度值集合，則（二值圖像中，V={1}；灰度圖像中，Ｖ＝256個(gè)值的任何一個(gè)子集）4鄰接（4-connectivity）:如果q在N4（p）集中，具有V中數(shù)值的兩個(gè)像素p和q是4鄰接的。

8鄰接（8-connectivity）:如果q在N8（p）集中，則具有V中數(shù)值的兩個(gè)像素p和q是8鄰接的。

m鄰接（m-connectivity(mixedconnectivity)）:

如果

(i)

q在N4（p）中，

或

(ii)q在ND（p）中，

且集合沒有V值的像素，則具有V值的像素p和q是m鄰接的。2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系例m-鄰接消除了8鄰接常發(fā)生的二義性問題。像素安排中心像素的8鄰接像素M鄰接2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系例區(qū)域、鄰接性：邊界：border邊緣：edge由一些彼此鄰接的像素組成的集合叫做區(qū)域；如果一幅圖像的兩個(gè)像素之間存在著一條由彼此鄰接的像素構(gòu)成的路徑，稱為鄰接；區(qū)域R的邊界是它自身的一個(gè)像素的集合，其中每個(gè)點(diǎn)具有R外的一個(gè)或多個(gè)鄰接點(diǎn)是一個(gè)像素和其直接鄰域的局部性質(zhì)不同，有大小和方向的矢量,多亮度級(jí)別的圖像，通過計(jì)算圖像函數(shù)的梯度得到。2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系具有坐標(biāo)(x,y)的像素p到具有坐標(biāo)(s,t)的像素q的通路（或曲線）是特定的像素序列，坐標(biāo)為(x0,y0)(x1,y1),…(xn,yn)

其中(x0,y0)=(x,y),(xn,yn)=(s,t)，并且像素(xi,yi)和(xi-1,yi-1)是鄰接的。n是通路的長(zhǎng)度?？梢砸罁?jù)特定的鄰接類型定義4、8或m鄰接.通路（path）2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系距離測(cè)量方法

設(shè)p,q和z的坐標(biāo)分別是(x,y),(s,t)和(u,v)D是距離函數(shù)或

度量尺度，如果滿足下列條件(a)D(p,q)≥0;D(p,q)=0iffp=q（距離肯定大于等于零）(b)D(p,q)=D(q,p)（距離無方向性）(c)D(p,z)≤D(p,q)+D(q,z)（三角形的兩邊和大于第三邊）距離：距離是描述邊界長(zhǎng)度走向以及分割出的區(qū)域內(nèi)圖像像素之間關(guān)系的重要幾何參數(shù)2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系P和q間的歐氏距離半徑(r)，中心在(x,y)2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系街區(qū)距離（D4距離）中心在(x,y)的菱形

D4=1為(x,y)的4鄰域點(diǎn)2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系棋盤距離（D8距離）D8=max{|x-s|,|y-t|}中心在(x,y)的方形，D8=1為(x,y)的8鄰域點(diǎn)2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系D4和D8距離p和q兩像素點(diǎn)的D4距離和D8距離分別等于4通路和8通路的長(zhǎng)度。注意：p和q之間的D4和D8距離與任何通路無關(guān)，通路可能存在于各點(diǎn)之間，因?yàn)檫@些距離僅與點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)。2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系m-鄰接的距離然而，如果選擇m鄰接，則兩點(diǎn)間的Dm距離用點(diǎn)間最短的通路定義。在這種情況下，兩像素間的距離將依賴于沿通路的像素值以及它們的鄰點(diǎn)值。.例如：假設(shè)考慮如下安排的像素并假設(shè)p，p2和p4的值為1，p1和p3的值為0或1.2.3像素點(diǎn)間的基本關(guān)系目錄2.1視覺感知的要素2.2信號(hào)域和灰度級(jí)分辨率2.3像素間的基本關(guān)系2.4數(shù)字圖像處理的基本操作點(diǎn)操作算術(shù)與邏輯操作（多幅圖像間操作）鄰域操作幾何操作2.4數(shù)字圖像處理的基本操作2.4.1.點(diǎn)操作輸入圖像：A(x,y)，輸出圖像：B(x,y)，則點(diǎn)操作可表示為:

B(x,y)=f[A(x,y)]點(diǎn)操作就是灰度變換，將輸入的灰度級(jí)映射為輸出的灰度級(jí)。1.點(diǎn)操作的定義2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing2.點(diǎn)操作的特點(diǎn)點(diǎn)操作能改變圖像的灰度級(jí)，但改變不了像素點(diǎn)的空間關(guān)系.點(diǎn)操作可以按照需要改變灰度級(jí)直方圖.2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing3.點(diǎn)操作的應(yīng)用ContrastEnhancement（對(duì)比度增強(qiáng)）PhotometricCalibration（光度校正）DisplayCalibration（顯示標(biāo)定）Contourlines（邊界線）Clipping（剪切）2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing4.點(diǎn)操作的類型(1).線性點(diǎn)操作:a>1,對(duì)比度提高;a<1,對(duì)比度降低.變換前灰度值變換后灰度值2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing對(duì)應(yīng)于非線性映射函數(shù)(2).非線性點(diǎn)操作MonitorMonitorGammacorrection=2.5=1/2.5=0.42.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing2.4.2.算術(shù)與邏輯運(yùn)算

以像素對(duì)像素為基礎(chǔ)，在兩幅或多福圖像間進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算包括加、減、乘和除邏輯運(yùn)算包括：AND,OR,andNOT,并且運(yùn)算針對(duì)二進(jìn)制的位。2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing2.4.2.1算術(shù)操作

1.算術(shù)操作的定義:

算數(shù)操作是在兩幅圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)間進(jìn)行。2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing2.4.2.1算術(shù)運(yùn)算四種圖像處理的算術(shù)運(yùn)算用數(shù)學(xué)方式表達(dá)為：C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)(1)C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)(2)C(x,y)=A(x,y)×B(x,y)(3)C(x,y)=A(x,y)÷B(x,y)(4)其中

A(x,y)和

B(x,y))為輸入圖像，而

C(x,y)為輸出圖像.2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing2.算術(shù)操作的應(yīng)用

一些應(yīng)用：1.加平均去噪2.圖像減法3.乘和除2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing(1).

加法結(jié)合兩幅圖像的信息應(yīng)用包括:

1.圖像復(fù)原算法中的建模，ex.,平均去噪 2.圖像銳化算法 3.特殊效果，如形態(tài)學(xué)處理。

4.將一幅圖像的內(nèi)容疊加到另一幅上面2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing原始圖像第二幅原始圖像兩幅圖像相加原始圖像高斯噪聲,variance=400,mean=0相加后的含噪圖像(a)疊加2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing假定M幅圖像集合具有如下形式：

也假設(shè)

Ni

是均值為零的不相關(guān)隨機(jī)噪聲.任一點(diǎn)的信噪比為:M幅圖像求平均信噪比則為信噪幅值比為(b)求均值去噪2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing均值濾波器的效果2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing(2)圖像減法背景減法

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)

梯度幅值應(yīng)用包括: 1.目標(biāo)跟蹤 2.醫(yī)學(xué)成像 3.法律的實(shí)施 4.軍事應(yīng)用

2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessinga.原始場(chǎng)景b.之后的同一場(chǎng)景兩幅圖像相減相減后的圖像取閾值100來二值化

圖像減法實(shí)例2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing(3).乘和除乘法運(yùn)算被用于屏蔽圖像的一部分.除法用于去除對(duì)空間變化敏感的數(shù)字化函數(shù)，產(chǎn)生比率圖像，用于多光譜分析.調(diào)整圖像的亮度應(yīng)用包括: 1.兩幅圖像結(jié)合產(chǎn)生特殊效果 2.在頻率域進(jìn)行圖像濾波 3.建模乘性噪聲過程模型2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing圖像乘法Cameraman圖像人手的X光圖像兩幅圖像乘積2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing圖像除法原始圖像圖像被<1的值除

圖像被>1的值除

2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing

邏輯運(yùn)算是在像素基礎(chǔ)上執(zhí)行，為位操作方式2.4.2.2邏輯運(yùn)算2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessingAND:pANDq(p?q)OR:pORq(p+q)COMPLEMENT:NOTq()AND,OR和NOT構(gòu)成邏輯運(yùn)算符的完整集合邏輯運(yùn)算可用于屏蔽、特征提取和形狀分析.(1)AND和OR用于: 1.兩幅圖像信息的結(jié)合 2.屏蔽操作 3.提取感興趣的區(qū)域(2)NOT操作對(duì)原始圖像取反2.4.2.2邏輯運(yùn)算2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessinga.原始圖像b.與圖像ANDc.a和b與操作d.屏蔽圖像(OR)e.a和d取或圖像屏蔽2.4.2.2邏輯運(yùn)算2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing取反運(yùn)算原始圖像取反操作后的圖像2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing2.4.3鄰域操作鄰域運(yùn)算：Filter/mask/kernel/template/windows(濾波器、掩模、核、模板或窗口)

例：加權(quán)平均w1w2w3w4w5w6w7w8w92.4BasicOperationsinDigitalImageProcessingUsespatialfilters(masks)forlinearandnonlinearimageenhancement.Theprocessconsistsofmovingthefiltermaskfrompointtopointinanimage.Ateachpoint(x,y),theresponseofthefilteratthatpointiscalculatedusingapredefinedrelationship.Themaskisingeneralofoddsizes.“Linearspatialfiltering”issimilarto“convolvingamaskwithanimage”.So,thefiltermasksisalsocalled“convolutionmasks(kernel)”.空間濾波2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing付給一個(gè)像素點(diǎn)的值為它的灰度級(jí)和鄰域像素點(diǎn)的灰度級(jí)的函數(shù).

例如：像素點(diǎn)Z5的灰度值被3x3掩膜的鄰域灰度值均值代替.2.4.3鄰域操作2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing

鄰域操作的權(quán)系數(shù)陣權(quán)系數(shù)陣的適當(dāng)選擇，并且應(yīng)用于每個(gè)像素點(diǎn)的運(yùn)算，可以產(chǎn)生各種不同的圖像操作。去噪?yún)^(qū)域細(xì)化邊緣提取應(yīng)用掩模在一幅圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)，會(huì)造成計(jì)算量非常大的代價(jià)。2.4.3鄰域操作2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing2.4.4幾何操作幾何操作使圖像中的各目標(biāo)的空間關(guān)系發(fā)生變化.幾何操作需要兩個(gè)獨(dú)立的算法:空間變換算法本身.灰度級(jí)插值算法.幾何變換的模型如下2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessingExample2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessingAnExample：Transpose（顛倒）

2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessingAnExample：FlipVertical2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessingAnExample：Cropping2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing幾何扭曲圖像原始圖像AnExample2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessingAnotherExample原始圖像幾何扭曲圖像2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing1.空間變換:幾何操作的一般定義為g(x,y)=f(u,v)=f[p(x,y),q(x,y)]其中f(u,v)為輸入圖像，

g(x,y)為輸出圖像.函數(shù)

p(x,y)和

q(x,y)指定空間變換.灰度級(jí)插值非常必要，因?yàn)榭臻g變換后像素點(diǎn)的坐標(biāo)不一定是整數(shù)2.灰度插值幾何操作2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing1.空間變換(1).通常的變換(2).指定控制點(diǎn)2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing幾何操作圖像中像素點(diǎn)間的空間位置關(guān)系連續(xù)性:橡皮板不連續(xù)性:改變像素的鄰域兩方面考慮灰度級(jí)插值空間變換灰度級(jí)插值需要插入新的像素點(diǎn)的值向前映射向后映射灰度級(jí)插補(bǔ)最近鄰域法5.5GeometricTransforms12/14/2022131向前映射映射整數(shù)位置的輸入像素點(diǎn)到輸出圖像的非整數(shù)位置的點(diǎn),然后再插值到整數(shù)位置的像素點(diǎn)不可取的方法，因?yàn)楹芏喽嘤嗟霓D(zhuǎn)換，因?yàn)橛行┫袼剞D(zhuǎn)換到輸出圖像的外面冗余轉(zhuǎn)換，因?yàn)猷徑妮敵鳇c(diǎn)可能使用相同的數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)前的圖旋轉(zhuǎn)后的圖旋轉(zhuǎn)后保持原圖大小，轉(zhuǎn)出的部分被裁掉2.4BasicOperationsinDigitalImageProcessing向后映射從輸出圖像的整數(shù)點(diǎn)向反方向映射到輸入圖像的非整數(shù)位置像素點(diǎn)，然后用插值得到非整數(shù)點(diǎn)的值.方法好，因?yàn)橹挥行枰a(chǎn)生輸出像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換1.逆變換2.在原圖像