數(shù)字圖像處理-第二章-基礎知識

數(shù)字圖像處理_第二章_基礎知識第一頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素 圖像常常最終由一眼來觀察的，人的判斷往往帶有一定的主觀性，例如分辨率和人眼的關系。第二頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.1人眼的構造視網膜表面的光接收器為錐狀體和桿狀體．錐狀體：對顏色靈敏，位于中央凹桿狀體：給出視野總體圖像，無彩色感覺第三頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.1人眼的構造 中央凹直徑約1.5mm，可看作1.5mm×1.5mmSensor錐體密度150000pixels/mm２，相當于337000個pixels，與常用CCD相當。第四頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.2眼睛中圖像的形成

晶狀體相當于一個透鏡→中央凹區(qū)域→光接收器→電脈沖→大腦解碼第五頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.3亮度適應和鑒別 主觀亮度：人的視覺系統(tǒng)感覺到的亮度是進入人眼光強度的對數(shù)的函數(shù)。 1、適應范圍 2、亮度分辨能力第六頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.3亮度適應和鑒別1、適應范圍人眼對光強的適應范圍非常廣，10的10次方量級。如何來解釋圖2.4呢？主要是人眼是靠改變靈敏度來實現(xiàn)這個大范圍變動的，即亮度適應現(xiàn)象。能同時鑒別的光強的級別范圍是很小的。如圖2.4中的（Ba，Bb）范圍Ba：系統(tǒng)當前的靈敏度級別，Bb以下不可分辨。

第七頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.3亮度適應和鑒別2、亮度分辨能力用一個實驗來說明當足夠強時，判別始終肯定。 為韋伯比為光強增量（背景照明為I時可辨別照明增量的50%）

第八頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.3亮度適應和鑒別2、亮度分辨能力 把結果得到圖2.6，50%的時間回答“是”。越小表示辨別能力越強。第九頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.3亮度適應和鑒別2、亮度分辨能力韋伯比小→辨別能力強結論：低照度時，亮度辨別力差照度增可時，改善實質是低照度時，視覺由桿狀體實質是高照度時，視覺由錐狀體背景保持恒定，光源的亮度從不知覺到可以被察覺逐漸變化大約可辨別12~24級。

第十頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.3亮度適應和鑒別2、亮度分辨能力 書中還介紹了視覺的其它幾個現(xiàn)象：馬赫帶（圖2.7），同時對比現(xiàn)象（圖2.8）視覺錯覺（圖2.9）。第十一頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.3亮度適應和鑒別2、亮度分辨能力：馬赫帶

第十二頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.1視覺感知要素2.1.3亮度適應和鑒別2、亮度分辨能力：同時對比現(xiàn)象

第十三頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.2光和電磁譜2.1.3亮度適應和鑒別2、亮度分辨能力：視覺錯覺

第十四頁，共53頁。第十五頁，共53頁。第十六頁，共53頁。第十七頁，共53頁。18聚精會神地盯著中央的十字看，你會發(fā)現(xiàn)，

周圍紫色的圓點漸漸淡下來，甚至消失!

第十八頁，共53頁。19在這幅畫中，你能找到幾個人？？？

仔細找找，看你能找到幾個？？？

第十九頁，共53頁。20第二十頁，共53頁。21第二十一頁，共53頁。22晃動你的頭，彩虹也會流動。。。。

第二十二頁，共53頁。23能確定到底哪個交叉點在亮嗎？

第二十三頁，共53頁。24看著就轉，不要動頭了！

第二十四頁，共53頁。25要你數(shù)有多少黑點，你煩躁不？第二十五頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.2光和電磁譜1.3節(jié)已介紹過，但這里要詳細些。可見光0.43~0.79第二十六頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.2光和電磁譜描述光源通常用3個量：輻射強度、光通量，亮度。在光學中，常見的幾個量來表示光 光強：單位立體角的光通量 光照度：單位面積的光通量 光亮度：單位面積光強。第二十七頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.3圖像感知和獲取三種常用的傳感器（1）單個成像Sensor（2）線陣Sensor（3）陳列Sensor第二十八頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.3圖像感知和獲取2.3.1用單個sensor獲取圖像 特點：很慢第二十九頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.3圖像感知和獲取2.3.2用線陣Sensor獲取圖像圖2.14（a）平板掃描儀原理。圖2.14（b）環(huán)狀安裝的Sensor，如醫(yī)學CT。第三十頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.3圖像感知和獲取2.3.3用Sensor陣列獲取圖像如面陣CCDSensor

第三十一頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.3圖像感知和獲取2.3.4簡單的圖像形成模型

用 表示圖像 把 入射分量反射分量 ：不銹鋼0.65，黑天鵝絨為0.01。

第三十二頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化多數(shù)Sensor輸出的是連接電壓波形（以CCD為例）。2.4.1取樣和量化的基本概念2.4.2數(shù)字圖像表示2.4.3空間和灰度分辨率2.4.4混淆的水紋圖樣2.4.5放大和收縮數(shù)字圖像第三十三頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.1取樣和量化的基本概念第三十四頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.1取樣和量化的基本概念第三十五頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.2數(shù)字圖像表示一般在計算機和實際應用中

動態(tài)范圍（0，L-1）數(shù)據(jù)量：

0N-1M-1第三十六頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.3空間和灰度分辨率

取樣值是決定一幅圖像空間分辨的主要參數(shù)（空間分辨率、8位（256）灰度分辨率）。描述系統(tǒng)分辨率應該以MTF來描述，如數(shù)碼相機、掃描儀、CCD攝像機。

圖2.20、圖2.19與圖2.21說明了空間取樣變化、灰度變化的情況。第三十七頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.3空間和灰度分辨率第三十八頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.3空間和灰度分辨率第三十九頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.3空間和灰度分辨率第四十頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.5放大和收縮數(shù)字圖像放大：500×500圖像，想放大1.5倍，即750×750pixels。先在原圖像上形成一個750×750的網格，柵格的間隔小于1，然后可采用最近鄰內插法來添充。第四十一頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.5放大和收縮數(shù)字圖像 缺點：可能產生棋盤格效應。 改進的方法是采用雙線性插值。 4個系數(shù)用已知4個點來列4個方程求。f(0,0)f(1,0)f(1,1)f(0,1)fxy第四十二頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.4圖像取樣和量化2.4.5放大和收縮數(shù)字圖像雙線性插值所得效果第四十三頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.5像素間的一些基本關系2.5.1相鄰像素4鄰域 記N4（p）8鄰域 記N8（p）N4（p）是一個像素集ND（p）對角像素集(x-1,y-1)(x,y-1)(x+1,y-1)(x-1,y)P(x,y)(x+1,y)(x-1,y+1)(x,y+1)(x+1,y+1)第四十四頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.5像素間的一些基本關系2.5.2鄰接性、連通性、區(qū)域和邊界 2個像素是不連通主要看兩點：一是是否鄰接，二是它們的灰度值是否滿足特定的相似性要求。 令V是用于定義鄰接性的灰度值集合。 在二值圖像中，如果把具有1值的像素歸入鄰接的，則V={1} 考慮三種類型的鄰接性

（a）4鄰接：如果q在N4（p）集中，具有V中數(shù)值的2個p和q是4鄰接的。 （b）8鄰接：…

（c）m鄰接（混合鄰接）：如果（i）q在N4（p）中，或者（ii）q在ND（p）中沒有。第四十五頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.5像素間的一些基本關系2.5.2鄰接性、連通性、區(qū)域和邊界 V值的像素（空集），則具有V值的像素p和q是m鄰接的。 引入m鄰接的目的是消除8鄰接的歧義性，如下圖：歧義性：中心像素和右上角像素有2條連線。第四十六頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.5像素間的一些基本關系2.5.2鄰接性、連通性、區(qū)域和邊界 連通（通路）：設：像素p→（x，y）到q→（s，t）的通路是如下的特定像素序列這里 并且像素 和 是鄰接的。此時，n就是通路長度，可根據(jù)鄰接類型定義4、8或m通路。第四十七頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.5像素間的一些基本關系2.5.3距離度量對于像素p、q和z，其坐標為（x，y）（s，t）（v，w）如果：（a）（b）（c）則D是距離函數(shù)。

第四十八頁，共53頁。Chapter2:DigitalImageFundamentals

2.5像素間的一些基本關系2.5.3距離度量p、