數(shù)字圖像處理-第2講

第二章圖像、圖像系統(tǒng)與視覺系統(tǒng)本章主要內(nèi)容2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)2.2圖像數(shù)字化2.3視覺系統(tǒng)2.4光度學(xué)與色度學(xué)2.5視覺特征與特性本章主要內(nèi)容2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)2.2圖像數(shù)字化2.3視覺系統(tǒng)2.4光度學(xué)與色度學(xué)2.5視覺特征與特性2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)圖像的概念“picture”畫、圖畫、圖像、圖片、電影等等“image”像、圖像、景像、映像、影像、映射等“Pattern”模型、式樣、樣本、圖案、圖、圖形等2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)學(xué)表達(dá)式靜止的、平面的、單色的圖像一幅圖像可以被看成是空間各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)上強(qiáng)度的集合空間坐標(biāo)波長時(shí)間圖像的強(qiáng)度2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)照射分量反射分量黑天鵝絨---0.01；不銹鋼---0.65；白色墻---0.80；鍍銀金屬---0.90；白雪---0.98；晴朗的日子：太陽在地球表面造成的照度為9000英尺-燭光（英制單位）96840勒克司或96840流明/平方米。天空有云時(shí)：太陽在地球表面造成的照度為1000英尺-燭光10760流明/平方米或10760勒克司

晴天的夜晚而且是滿月的情況下：地球表面的照度為0.01英尺-燭光=0.1076勒克司。一般房間照明充分的室內(nèi)照度大約為100英尺-燭光=1076勒克司。2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)圖像符號(hào)信息景物信息情緒信息以某一規(guī)則排列的記號(hào)，在傳送及處理中只要能表達(dá)清楚就可以了，它允許有較大的壓縮包含有豐富的內(nèi)容，所含的信息量也較多不僅取決于圖像本身的內(nèi)容而且還與受信者的經(jīng)歷、文化修養(yǎng)、年齡、嗜好以及此時(shí)此刻的心境情緒有密切關(guān)系信息的分類2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)圖像的統(tǒng)計(jì)特性把圖像信號(hào)看做一個(gè)隨機(jī)信號(hào)振幅相位分布函數(shù)概率密度函數(shù)相關(guān)矩中心矩功率譜2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)圖像的振幅分布特性振幅分布函數(shù)振幅分布密度函數(shù)二維圖像信號(hào)的值落在、之間的概率2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)歸一化概率密度相當(dāng)于水平零差值2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)差值信號(hào)的振幅分布特性對(duì)圖像信號(hào)預(yù)測編碼有重要意義由圖像性質(zhì)決定相鄰像素間差值信號(hào)分布密度曲線2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)64128變化激烈圖像變化緩慢圖像量化灰度級(jí)歸一化概率密度幀差值信號(hào)分布密度特性β由圖像變化程度所決定2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)圖像的自相關(guān)函數(shù)和空域功率譜穩(wěn)定畫面就是指圖像g(x,y)，在x,y方向上可無限擴(kuò)展，而且無論在哪個(gè)方向上都有相同的統(tǒng)計(jì)特性。一般情況下，圖像的自相關(guān)函數(shù)和空域功率譜針對(duì)穩(wěn)定畫面來定義。2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)能量有限的圖像振幅譜和自相關(guān)函數(shù)用表示一副圖像振幅譜逆傅里葉變換圖像信號(hào)的能量2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)為能量譜能量有限的圖像信號(hào)g(x,y)的自相關(guān)函數(shù)與互為傅里葉變換2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)功率有限的圖像的空域功率譜和自相關(guān)函數(shù)能量無限，但在單位面積上的平均能量（平均功率）是有限的圖像功率譜密度2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)自相關(guān)函數(shù)與互為傅里葉變換2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)自相關(guān)函數(shù)的基本性質(zhì)空域功率譜密度的基本性質(zhì)2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)自相關(guān)函數(shù)的測定結(jié)果相關(guān)函數(shù)像素?cái)?shù)α與畫面有關(guān)2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)無明顯相關(guān)方向2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)相關(guān)函數(shù)是從空間域的角度研究圖像的統(tǒng)計(jì)特性;功率譜是從變換域的角度研究圖像的統(tǒng)計(jì)特性2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)圖像信息的信息量離散圖像信息熵一幅離散圖像如果有共q種幅值且其出現(xiàn)的概率分別為則其平均信息量為熵什么情況下熵最大？各幅值等概率出現(xiàn)2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)連續(xù)圖像信息熵當(dāng)時(shí)

2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)熵對(duì)于離散信源來說，消息輸出是等概率時(shí)其熵最大。對(duì)連續(xù)信源來說最大熵的條件取決于輸出受限情況。當(dāng)輸出幅值受限的情況下，幅度概率密度是均勻分布時(shí)其熵值最大。當(dāng)輸出功率受限的情況下，則輸出幅度概率密度是高斯分布時(shí)其熵值最大。NOTE2.1圖像基礎(chǔ)知識(shí)圖像格式裸數(shù)據(jù)格式BMPGIFJPEGTIFF2.2圖像數(shù)字化連續(xù)的圖像信號(hào)先要在空間上進(jìn)行數(shù)字化后才能被計(jì)算機(jī)處理AB取樣量化2.2圖像數(shù)字化數(shù)字化取樣量化2.2圖像數(shù)字化數(shù)字圖像表示連續(xù)圖像函數(shù)取樣二維陣列由一幅圖像的坐標(biāo)張成的實(shí)平面部分稱為空間域，和稱為空間變量或空間坐標(biāo)2.2圖像數(shù)字化當(dāng)灰度值也是整數(shù)時(shí)，數(shù)字圖像變成一個(gè)二維函數(shù)，且它的坐標(biāo)和幅值都是整數(shù)?；叶戎禂?shù)字化過程離散灰度級(jí)數(shù)2.2圖像數(shù)字化出于存儲(chǔ)和量化硬件的考慮，灰度級(jí)數(shù)典型地取為2的整數(shù)次冪離散灰度級(jí)是等間隔的，且他們是區(qū)間

[0,L-1]內(nèi)的整數(shù)。動(dòng)態(tài)范圍對(duì)比度系統(tǒng)中最大可度量灰度與最小可檢測灰度之比。最高和最低灰度級(jí)間的灰度差2.2圖像數(shù)字化上限取決于飽和度，下限取決于噪聲存儲(chǔ)數(shù)字圖像所需的比特?cái)?shù)空間和灰度分辨率空間分辨率定義度量單位——圖像中可辨別的最小細(xì)節(jié)的度量每單位距離線對(duì)數(shù)每單位距離點(diǎn)數(shù)（像素?cái)?shù)）每英寸點(diǎn)數(shù)(dpi)2.2圖像數(shù)字化2.2圖像數(shù)字化2.2圖像數(shù)字化灰度分辨率定義特點(diǎn)——在灰度級(jí)中可分辨的最小變化測量可分辨的變化是一個(gè)高度主觀的過程abcdefgh2.2圖像數(shù)字化2.2圖像數(shù)字化圖像的采樣前情回顧——一維連續(xù)信號(hào)的采樣連續(xù)信號(hào)離散信號(hào)（時(shí)間序列）采樣采樣間隔Nyquist條件2.2圖像數(shù)字化二維連續(xù)圖像信號(hào)的采樣空間采樣函數(shù)式中，和為x，y兩方向的采樣間隔2.2圖像數(shù)字化圖像f(x,y)連續(xù)二維信號(hào)空間頻譜x方向截止頻率y方向截止頻率采樣二維Nyquist條件2.2圖像數(shù)字化重構(gòu)一維信號(hào)二維信號(hào)2.2圖像數(shù)字化亞采樣低于Nyquist采樣率按照Nyquist采樣率采樣，然后抽取重構(gòu)內(nèi)插法失真2.2圖像數(shù)字化圖像的量化定義分類均勻量化非均勻量化常用將各個(gè)像素所含的明