數(shù)字圖像處理2(楊杰版)

數(shù)字圖像處理2(楊杰版)第一頁，共37頁。第2章數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)

(BasicsKnowledgeofDigitalImageProcessing)

2.1人類的視覺感知系統(tǒng)(VisualSystemofHumanBeings)

2.2數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識(BasicsofDigitalImage)

第二頁，共37頁。2.1人類的視覺感知系統(tǒng)

(VisualSystemofHumanBeings)

視覺是人類最高級的感知器官，所以，毫無疑問圖像在人類感知中扮演著重要角色。然而人類感知只限于電磁波譜的視覺波段，成像機(jī)器則可以覆蓋幾乎全部電磁波譜。研究圖像處理首先要了解人類的視覺感知系統(tǒng)。

第三頁，共37頁。2.1.1視覺系統(tǒng)的基本構(gòu)造

(BasicStructureofVisualSystem)

基本構(gòu)造

圖2.1人眼橫截面簡圖

第四頁，共37頁。

圖2.2圖像形成示意圖眼睛中圖像的形成

第五頁，共37頁。視覺過程圖2.3人的視覺過程的流圖第六頁，共37頁。2.1.2亮度適應(yīng)和鑒別

(IntensityAdaptionandIdentification)

圖光強(qiáng)度與主觀亮度的關(guān)系曲線第七頁，共37頁。Basicexperimentalsetupusedtocharacterizebrightnessdiscrimination圖2.5用于描述亮度辨別特性的基本實(shí)驗(yàn)

第八頁，共37頁。TypicalWeberratioasafunctionofintensity

圖2.6作為強(qiáng)度函數(shù)的典型韋伯比第九頁，共37頁。Anexampleshowingthatperceivedbrightnessisnotasimplefunctionofintensity.圖2.7馬赫帶效應(yīng)示意圖第十頁，共37頁。Examplesofsimultaneouscontrast.圖2.8同時對比現(xiàn)象示意圖Alltheinnersquareshavethesameintensity,buttheyappearprogressivelydarkerasthebackgroundbecomeslighter.第十一頁，共37頁。Somewell-knowopticalillusions圖2.9視覺錯覺圖例(a)第十二頁，共37頁。opticalillusions圖2.9視覺錯覺圖例(b)第十三頁，共37頁。opticalillusions圖2.9視覺錯覺圖例(c)第十四頁，共37頁。2.2.1圖像的數(shù)字化及表達(dá)

(ImageDigitalizationandRepresentation)

圖像有單色與彩色、平面與立體、靜止與動態(tài)、自發(fā)光與反射（透射）等區(qū)別

任一幅圖像，根據(jù)它的光強(qiáng)度(亮度、密度或灰度)的空間分布，均可以用下面的函數(shù)形式來表達(dá).第十五頁，共37頁。Anexampleofthedigitalimageacquistionprocess2.10圖像數(shù)字化第十六頁，共37頁。SamplingandQuantization（a）原圖像(b)取樣(c)量化(d)取樣和量化2.11圖像的采樣和量化第十七頁，共37頁。Colorimageshave3valuesperpixel;monochromeimageshave1valueperpixel.

紅，綠，藍(lán)三分量強(qiáng)度分量2.12彩色圖像和單色圖像第十八頁，共37頁。matrix數(shù)字圖像可以用矩陣的形式表示為：

第十九頁，共37頁。2.2.2圖像的獲取

(ImageAcquisition)

圖像獲取即圖像的數(shù)字化過程，包括掃描、采樣和量化。圖像獲取設(shè)備由5個部分組成：采樣孔，掃描機(jī)構(gòu)，光傳感器，量化器和輸出存儲體。關(guān)鍵技術(shù)有：采樣——成像技術(shù)；量化——模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)。

第二十頁，共37頁。Sampling圖像的采樣

圖2.13采樣示意圖

第二十一頁，共37頁。Sampling(a)正方形網(wǎng)格(b)正六角形網(wǎng)格

圖2.14采樣網(wǎng)格第二十二頁，共37頁。在抽樣時，若橫向的像素數(shù)（列數(shù)）為M，縱向的像素數(shù)（行數(shù)）為N，則圖像總像素數(shù)為M*N個像素。一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素數(shù)越少，空間分辨率低，質(zhì)量差，嚴(yán)重時出現(xiàn)馬賽克效應(yīng)；采樣間隔越小，所得圖像像素數(shù)越多，空間分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大。

第二十三頁，共37頁。Sampling圖像的采樣圖2.15圖像的采樣示例第二十四頁，共37頁。Quantization

圖2.16圖像的量化示例圖像的量化第二十五頁，共37頁。量化等級越多，所得圖像層次越豐富，灰度分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大；量化等級越少，圖像層次欠豐富，灰度分辨率低，會出現(xiàn)假輪廓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量變差，但數(shù)據(jù)量小.

第二十六頁，共37頁。2.2.3像素間的基本關(guān)系

(BasicRelationshipsbetweenPixels)

鄰域設(shè)為位于坐標(biāo)處的一個像素組成的4鄰域，用表示。像素集用表示和合起來稱為的8鄰域，用表示。第二十七頁，共37頁。連通性為了確定兩個像素是否連通，必須確定它們是否相鄰及它們的灰度是否滿足特定的相似性準(zhǔn)則（或者說，它們的灰度值是否相等）。

第二十八頁，共37頁。令V是用于定義鄰接性的灰度值集合?？紤]三種類型的鄰接性：（a）4鄰接：如果q在集中，具有v中數(shù)值的兩個像素p和q是4鄰接的。（b）8鄰接：如果q在集中，則具有中數(shù)值的兩個像素p和q是8鄰接的。（c）m鄰接（混合鄰接）：如果（ⅰ）q在集中，或者（ⅱ）q在中且集合沒有v值的像素。則具有v值的像素p和q是鄰接的。第二十九頁，共37頁。距離像素之間的聯(lián)系常與像素在空間的接近程度有關(guān)。像素在空間的接近程度可以用像素之間的距離來度量。為測量距離需要定義距離度量函數(shù)。給定三個像素，其坐標(biāo)分別為如果1）(當(dāng)且僅當(dāng))2）3)則是距離函數(shù)或度量。第三十頁，共37頁。

和之間的歐式距離定義為：和之間的距離（也叫城市街區(qū)距離）定義為：和之間的距離（也叫棋盤距離）定義為：第三十一頁，共37頁。2.2.4圖像的分類圖像有許多種分類方法，按照圖像的動態(tài)特性，可以分為靜止圖像和運(yùn)動圖像；按照圖像的色彩，可以分為灰度圖像和彩色圖像；按照圖像的維數(shù)，可分為二維圖像，三維圖像和多維圖像。

第三十二頁，共37頁。位圖位圖是通過許多像素點(diǎn)表示一幅圖像，每個像素具有顏色屬性和位置屬性。位圖分成如下四種：二值圖像(binaryimages)、亮度圖像(intensityimages)、索引圖像(indexedimages)和RGB圖像(RGBimages)。第三十三頁，共37頁。1.二值圖像(binaryimages)二值圖像只有黑白兩種顏色，一個像素僅占1，0表示黑，1表示白，或相反。2.亮度圖像(intensityimages)在亮度圖像中，像素灰度級用8表示，所以每個像素都是介于黑色和白色之間的256（=256）種灰度中的一種。第三十四頁，共37頁。3.索引圖像(indexedimages)顏色是預(yù)先定義的（索引顏色）。索引顏色的圖像最多只能顯示256