第2講 圖像和視覺基礎

數(shù)字圖像處理第二講圖像和視覺基礎

主講教師吳凡提綱圖像和視覺基礎人眼與亮度視覺色度學基礎與顏色模型圖像的數(shù)字化人眼與亮度視覺視覺過程光學過程化學過程神經(jīng)處理過程1． 光學過程

15/100=2.55/17視覺過程

2． 化學過程

錐細胞和柱細胞(視網(wǎng)膜）：

錐細胞：數(shù)量少，每個錐狀視細胞連接著一個視神經(jīng)末 梢，故分辨率高。對顏色很敏感

錐細胞視覺：明視覺或亮光視覺

柱細胞：數(shù)量多，多個桿狀視細胞連接著一個視神經(jīng)末 梢，故分辨率低不感受顏色并對低照度較敏感

柱細胞視覺：暗視覺或微光視覺視覺過程

Q:為什么在日光下鮮艷的彩色物體在月光下會變得象無色一樣？3． 神經(jīng)處理過程

每個視網(wǎng)膜接收單元都與一個神經(jīng)元細胞借助突觸（synapse）相連 每個神經(jīng)元細胞借助其它的突觸與其它細胞連接，從而構(gòu)成光神經(jīng)（opticalnerve）網(wǎng)絡 光神經(jīng)進一步與大腦中的側(cè)區(qū)域（sideregionofthebrain）連接，并到達大腦中的紋狀皮層（striatedcortex） 對光刺激產(chǎn)生的響應經(jīng)過一系列處理最終形成關(guān)于場景的表象，從而將對光的感覺轉(zhuǎn)化為對景物的知覺視覺過程

整體視覺過程

視覺＝“視”＋“覺”

視覺過程

人眼適應的亮度范圍（1）總體范圍大：從暗視覺門限到眩目極限之 間的范圍在1010量級（2）具體范圍?。阂话惴秶?02量級暗視覺門限眩目極限亮度視覺亮度視覺

同時對比度主觀亮度影響亮度視覺

馬赫帶效應亮度變化的感知 人類視覺系統(tǒng)對亮度變化的感知比對亮度本身要敏感 人類視覺系統(tǒng)對光強度的響應不是線性的，而是對數(shù)形式的（對暗光時亮度的增加比對亮光時亮度的增加更敏感）色度學基礎學與顏色模型彩色的描述原理400nm700nm紫外光紅外光可見光區(qū)546.1nm435.8nm780nm通常我們研究的范圍包括紅外區(qū)、可見光區(qū)一直到紫外光區(qū)。多光譜圖像可視光區(qū)當光譜采樣限制到三個人類視覺系統(tǒng)敏感的紅R、綠G、藍B光波段時，對這三個光譜帶的光能量進行采樣，就可以得到一幅彩色圖像。

幾種常用的表色系統(tǒng)

各種表示顏色的方法，稱做表色系統(tǒng)。色度學基礎學與顏色模型RGB色系面向機器（如顯示器、攝像機、打印機等）HSI色系 面向顏色處理（也面向人眼視覺，如動畫中的彩色圖形）YUV電視信號表色系PAL制式的電視系統(tǒng)，目的是為了可以與黑白電視兼容，及壓縮。

1，RGB色系

國際照明委員會（CIE）規(guī)定以700nm(紅)、546.1nm(綠)、435.8nm(藍)三個色光為三基色。又稱為物理三基色。自然界的所有顏色都可以通過選用這三基色按不同比例混合而成。

色度學基礎學與顏色模型RGB模型幾種常用的表色系統(tǒng)2、HSI色系

這種彩色系統(tǒng)格式的設計反映了人類觀察彩色的方式。如：紅色又分為淺紅和深紅色等等。

I(Intensity)：表示光照強度或稱為亮度，它確定了像素的整體亮度，而不管其顏色是什么。

幾種常用的表色系統(tǒng)H(Hue)：表示色度，由角度表示。反映了該顏色最接近什么樣的光譜波長（既彩虹中的那種顏色）.0o到240o覆蓋了所有可見光譜的顏色，240o到300o是人眼可見的非光譜色（紫色）。幾種常用的表色系統(tǒng)H=0oH=60oH=120oH=180oH=240oH=300oS(saturation)：表示飽和度，飽和度參數(shù)是色環(huán)的原點到彩色點的半徑長度。在環(huán)的外圍圓周是純的或稱飽和的顏色，其飽和度值為1。在中心是中性（灰）影調(diào)，即飽和度為0。一純紫顏色的飽和度效果示意圖如下：

幾種常用的表色系統(tǒng)S=0S=1S=1/4S=1/2幾種常用的表色系統(tǒng)HSI模型I

飽和度效果示意圖

色度效果示意圖

亮度效果示意圖RGB到HSI的轉(zhuǎn)換：

幾種常用的表色系統(tǒng)Q: 白色R=G=B=1.A: I=1,S=0,H=?Q: 黑色R=G=B=0.A: I=0,S=?,H=?Q: 紅色R=1,G=B=0A: I=1/3,S=1,H=0度Q: 綠色G=1,R=B=0A: I=1/3,S=1,H=120度

Q: 藍色B=1,R=G=0A: I=1/3,S=1,H=240度幾種常用的表色系統(tǒng)HSI到RGB的轉(zhuǎn)換

YUV模型用于PAL制式的電視系統(tǒng)，目的是為了可以與黑白電視兼容，及壓縮。

Y表示亮度，U，V表示色差信號。電視信號在發(fā)射時，轉(zhuǎn)換成YUV形式，接受時還原成RGB三基色信號。3，YUV電視信號表色系幾種常用的表色系統(tǒng)1.RGB到Y(jié)UV的轉(zhuǎn)換YUV電視信號表色系

2、YUV到RGB的轉(zhuǎn)換

幾種常用的表色系統(tǒng)

圖像的數(shù)字化：將模擬圖像離散化后得到用數(shù)字表示的圖像。把圖像分割成如圖所示一個個小區(qū)域（像元或像素）將各小區(qū)域的灰度用整數(shù)表示采樣和量化

圖象空間分辨率變化所產(chǎn)生的效果采樣和量化圖象幅度分辨率變化所產(chǎn)生的效果采樣和量化二值圖量化

量化可分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是簡單地在灰度范圍內(nèi)等間隔量化。非均勻量化是對像素出現(xiàn)頻度少的部分量化間隔取大，而對頻度大的量化間隔取小。

均勻量化非均勻量化采樣和量化數(shù)字圖象存貯量Q：一副256x256的圖像，若灰度級數(shù)為16，則存儲它所需的比特數(shù)是多少？ 256x256x4=256Kb=32KBQ:一副640X480的真彩色RGB圖，需要空間多少？

640x480x24=7200kb=900KBQ：一段1秒鐘頻率為50Hz的320X240的真彩色RGB視頻，需要空間多少？

320x240x24x50=86.9Mb=11MB采樣和量化當限定數(shù)字圖像的大小時,采用如下原則可得到質(zhì)量較好的圖像1）對緩變的圖像，應細量化，粗采樣，以避免假輪廓。2）對細節(jié)豐富的圖像，應細采樣，粗量化，以避免模糊（混疊）。3.3量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系數(shù)字化方式可分為均勻采樣、量化和非均勻采樣、量化。所謂“均勻”，指的是采樣、量化為等間隔。非均勻采樣是根據(jù)圖象細節(jié)的豐富程度改變采樣間距。