圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)課件

第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)主要內(nèi)容：1.圖象的數(shù)字化2.3.4.人眼視覺特性5.圖象文件格式6.圖象處理系統(tǒng)（下）*輔助材料：2023/4/21第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT1.圖象的數(shù)字化數(shù)字化(digitizing-scanning,samplingandquantization)如圖，不妨設(shè)所考慮的圖象是長方形的。為了討論方便起見，在圖象“象場”里取一個(gè)直角坐標(biāo)原點(diǎn)O,建立直角坐標(biāo)系xOy,則圖象可以用一個(gè)二元函數(shù)來表示：z=f(x,y)。z表示象場里(x,y)點(diǎn)的“圖象屬性值”。不妨設(shè)三個(gè)變量的取值范圍為：，對于變量z來說，情況復(fù)雜一些。這主要牽扯到圖象的顏色問題。如果圖象是“只有灰度深淺”的圖象，則可以把z的取值范圍限定在一定的實(shí)數(shù)范圍內(nèi)，不失一般性，令。

2023/4/22第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGTxyO木星2023/4/23第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGTxyOz=f(x,y)x=0,1,…,N-1;y=0,1,…,M-1;z=0,1,…,L-1對x,y,z進(jìn)行離散化，則全部抽樣值共同構(gòu)成一個(gè)離散函數(shù)，不妨還用z=f(x,y)來表示。

采樣，量化，編碼圖一2023/4/25第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT采樣（等距離采樣）將[0,a]分成N等份:[0,b]分成M等份:在每個(gè)小區(qū)域中取一個(gè)代表值（不妨設(shè)為），令2023/4/26第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT量化（整量化）將[0,c]分成L等份:令為方便起見，不妨令稱f(i,j)是圖象f(x,y)的數(shù)字(化)圖象2023/4/27第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT1）圖像分辨率：指組成一幅圖像的像素密度，也就是圖幅參數(shù)。對同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。

2）顯示分辨率：指顯示屏上能夠顯示出的像素?cái)?shù)目。例如，顯示分辨率為640×480表示顯示屏分成480行，每行顯示640個(gè)像素，整個(gè)顯示屏就含有307200個(gè)顯像點(diǎn)。3）像素深度：指存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)，它也是用來度量圖像的分辨率。分辨率2023/4/29第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT圖1的某個(gè)局部的數(shù)據(jù)1141151141131141161171141091071071071071061071081141121091081071081071071081101111101091111101111101101121131091091111141061071071071091101061071081111041061061061081091041031041061051061061071091101071051031031021031041041061081121081051049598103104999297969596

2023/4/210第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT一個(gè)Matlab程序示例如下信息是通過matlab語言，讀出的某圖象的信息

:'c:\A.jpg'

:'13-Dec-200101:56:14'

:25076Format:'jpg'

FormatVersion:''Width:593Height:418

BitDepth:24

ColorType:'truecolor'

FormatSignature:''2023/4/211第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT黑白圖象二值圖象2023/4/213第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT偽彩色圖象偽彩色偽彩色圖象的含義是，每個(gè)象素的顏色不是由每個(gè)基色分量的數(shù)值直接決定，而是把象素值當(dāng)作彩色查找表CLUT(colorlook-uptable)的表項(xiàng)入口地址，去查找一個(gè)顯示圖象時(shí)使用的R、G、B強(qiáng)度值，用查找出的R、G、B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱為偽彩色。彩色查找表CLUT(colorlookuptable)是一個(gè)事先做好的表，表項(xiàng)入口地址也稱為索引號。例如16種顏色的查找表，0號索引對應(yīng)黑色，...，15號索引對應(yīng)白色。2023/4/214第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT假彩色圖象對多光譜圖象進(jìn)行處理得到的圖象2023/4/215第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT此圖來源于：清華大學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系，智能技術(shù)與系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，林福宗

（圖象中的像素值的內(nèi)容不一樣）2023/4/217第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT點(diǎn)陣圖像與矢量圖象2023/4/218第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT活動(dòng)圖象（以上各種圖象稱做靜止圖象，MPEG格式）此活動(dòng)圖象來自回歸97網(wǎng)2023/4/219第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT2.基本光學(xué)亮度單位2023/4/221第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT1W輻射功率的555nm波長的單色光所產(chǎn)生的光通量為680lm，所以光瓦和流明之間的關(guān)系為：1W=680lm2023/4/222第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT3.顏色模型問題1.如何描述顏色？問題2.如何對紅、黃、藍(lán)、綠等顏色進(jìn)行量化？大量實(shí)驗(yàn)證明，色光的顏色只與光的波長“分布”有關(guān)。國際照明委員會(huì)(CIE)選擇紅色（波長700.00nm),綠色（波長546.1nm)和藍(lán)色（波長435.8nm)三種光作為表色系統(tǒng)的三基色。三基色原理：自然界中的絕大部分色光都可以用特殊選定的三種基本單色光復(fù)合而成。三基色原理2023/4/223第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT加色法顏色的復(fù)合紅+藍(lán)=品紅紅+綠=黃綠+藍(lán)=青R+G+B=W2023/4/225第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT減色法C=G+B=W-R(減紅原色）M=R+B=W-G(減綠原色）Y=R+G=W-B(減藍(lán)原色）在印刷行業(yè)，以色料減色法為基礎(chǔ)的基本模型為CMY，但是目前生產(chǎn)不出理想品質(zhì)的油墨，所以實(shí)用的模型是CMYK,其中K是黑色。2023/4/226第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT<FONTcolor=“Yellow“>什么是"3S"技術(shù)</FONT><FONTcolor=#FFFF00>什么是"3S"技術(shù)</FONT>與是等價(jià)的在HTML文檔里2023/4/229第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT1931CIE-RGB系統(tǒng)

配色實(shí)驗(yàn)2023/4/230第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT1931CIE-XYZ系統(tǒng)X=0.490R+0.310G+0.200B

Y=0.177R+0.812G+0.011BZ=0.010G+0.990B

x=（0.490r+0.310g+0.200b）/(0.667r+1.132g+1.200b）y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）2023/4/231第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT常用顏色模型1。RGB2。CMYK3。HSV(hue-saturation-value)根據(jù)對彩色的物理屬性的研究，一種色彩可以用它的三個(gè)要素表征：色調(diào)(Hue)，飽和度（Saturation)，亮度(Intensity).色調(diào)：它表明顏色的種類，取決于主波長；飽和度：表示顏色濃淡的物理量。通常用混入白光量的比例來度量。亮度（輝度）：人眼所感受到的顏色明暗程度的物理量。2023/4/232第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT4。L*a*b*(Lab)2023/4/233第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT5。YUV/YIQ/YCrCb在彩色電視制式中，使用YUV和YIQ模型來表示彩色圖像。在PAL彩色電視制式中使用YUV模型，其中Y表示亮度，UV用來表示色差，U、V是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量；在NTSC彩色電視制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是兩個(gè)彩色分量。YCrCb用在圖象壓縮方面。是前兩種模型的數(shù)字表現(xiàn)形式。

它們與RGB的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：2023/4/234第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGTPAL與NTSC色域示意圖2023/4/235第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT視覺的空間特性4.人眼的視覺特性人眼的空間分辨能力為1‘視覺的時(shí)間特性活動(dòng)圖象的幀頻至少是15幀/s的時(shí)候，人眼才有圖象連貫的感覺灰度分辨能力大約64級2023/4/236第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGTimagesc(1:10);colormap(gray);imagesc(1:128);2023/4/237第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT形狀感覺與錯(cuò)覺2023/4/238第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT5.圖象文件的存儲(chǔ)格式在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)是以文件的形式存放在存儲(chǔ)器中的，圖像數(shù)據(jù)也不例外。圖像文件是采用特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示圖象數(shù)據(jù)的文件，這種特定格式，就是該圖象文件的格式。現(xiàn)在已有幾十種常用的圖像文件格式，它們是由計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)公司、計(jì)算機(jī)設(shè)備制造廠商等研究制訂的，主要目的是為了圖象信息交換和操作的方便性。2023/4/239第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT

圖像文件一般由文件頭、色調(diào)數(shù)據(jù)和像素?cái)?shù)據(jù)三部分組成。文件頭

文件頭用于存放圖像的特征參數(shù)及其存放位置和文字注解等。它有固定格式及靈活格式兩大類。前者如

PCX、BMP等，它們存儲(chǔ)規(guī)定的參數(shù)，且數(shù)據(jù)在文件中的存放位置是固定的；后者如

TIF文件格式，文件中除了規(guī)定的參數(shù)外，還可自行定義特征參數(shù)，數(shù)據(jù)在文件中的存放位置也不固定，且同一文件中可存放多幅圖像。

2023/4/240第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT色調(diào)數(shù)據(jù)色調(diào)數(shù)據(jù)是指16色和256色彩色顯示模式下的調(diào)色板數(shù)據(jù)，真彩色圖像則不需要色調(diào)數(shù)據(jù)。有些圖像文件格式中色調(diào)數(shù)據(jù)放在文件頭中。

像素?cái)?shù)據(jù)像素?cái)?shù)據(jù)以位圖的形式存放，有壓縮、不壓縮之分，壓縮數(shù)據(jù)可以節(jié)省存儲(chǔ)容量，但在存取時(shí)需進(jìn)行壓縮和解壓縮處理，處理速度稍慢些。不壓縮的像素?cái)?shù)據(jù)在不同格式的圖像文件中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)基本相同，與顯示存儲(chǔ)器中的存放形式相似。常用的壓縮方法為行程編碼、霍夫曼編碼和LZW壓縮編碼等。2023/4/241第二章圖象、圖象系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)jsj_DGT例.BMP圖象文件格式BMP位圖文件可看成由4個(gè)部分組成：位圖文件頭(bitmap-)、位圖信息頭(bitmap-informationheader)、彩色表(colortable)和定義位圖的字節(jié)陣列，它具有如下所示的形式。位圖文件的組成結(jié)構(gòu)名稱位圖文件頭(bitmap-)BITMAP位圖信息頭(bitmap-informationheader)BITMAPINFOHEADER彩色表(colortable)RGBQUAD圖象數(shù)據(jù)陣列字節(jié)BYTEtypedefstructBITMAP{UINTbfType;

DWORDbfSize;

UINTbfReserved1;

UINTbfReserved2;

DWORDbfOffBits;

}BITMAP;2023/4/242第二章圖象、圖象系統(tǒng)