數(shù)字圖像第章

數(shù)字圖像處理第二章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)視覺感知要素圖像感知和獲取圖像取樣和量化象素間的一些基本關(guān)系線性和非線性操作

2.1視覺感知要素眼睛的構(gòu)造:(人眼包含有三層膜)眼角膜與鞏膜外殼脈絡膜(前面睫狀體虹膜晶狀體)視網(wǎng)膜(視網(wǎng)膜表面的分離光接收器提供圖案視覺,分為錐狀體、桿狀體)錐狀體:位于視網(wǎng)膜中間,對顏色靈敏度高,分辨圖像細節(jié).白晝視覺桿狀體:分布在視網(wǎng)膜表面,無彩色感覺,在低照明度下對圖像較敏感，用來給出視野內(nèi)一般的總體圖像.夜視覺

2.1視覺感知要素視網(wǎng)膜上錐狀體和桿狀體的分布晶狀體成像晶狀體成像與普通光學透鏡原理類似,但晶狀體可以根據(jù)需要調(diào)整曲率半徑,分別對遠處和近處的物體聚焦.

2.1視覺感知要素人眼對不同亮度的適應和鑒別能力亮度適應范圍:1010量級10-6ml到104ml實驗表明,主觀亮度是進入眼睛亮度的對數(shù)函數(shù)亮度適應現(xiàn)象:

人眼并不能同時在整個范圍內(nèi)工作,而是利用改變整個靈敏度來完成這一大變動的.

亮度適應級：視覺系統(tǒng)當前的靈敏度級別

2.1視覺感知要素辨別光強度變化的能力

典型實驗韋伯比可辨別增量的50%

圖2.5用于描述亮度辨別特性的基本實驗圖2.6作為強度函數(shù)的典型韋伯比當背景光保持恒定時,改變其他光源亮度,從不能察覺到可以察覺間變化,一般觀察者可以辨別12到24級不同強度的變化.

2.1視覺感知要素人眼感覺亮度并不是簡單的強度函數(shù)例1:馬赫帶

2.1視覺感知要素例2:背景變亮,相同強度的方塊變暗

2.1視覺感知要素視覺錯覺

2.1視覺感知要素電磁波譜可以用波長()、頻率()或能量來描述c光速h普朗克常量

2.2光和電磁波譜

2.2光和電磁波譜電磁波是能量的一種，任何有能量的物體，都會釋放電磁波。

2.2光和電磁波譜人從物體感受的顏色由物體反射光決定

若所有反射的可見光波長均衡，則物體顯示白色有顏色的物體是因為吸收了其他波長的大部分能量，從而反射某段波長范圍的光。沒有顏色的光叫單色光，灰度級通常用來描述單色光的強度，其范圍從黑到灰，最后到白。在原理上，如果可以開發(fā)出一種傳感器，能夠檢測由一種電磁波譜發(fā)射的能量，就可以在那一段波長上對感興趣的物體成像。

2.2光和電磁波譜灰度和色彩彩色模型:RGB加色法CMY,CMYK減色法HSB(色澤,飽和度,明亮度)

2.3圖像感知和獲取

我們感興趣的各類圖像都是由“照射”源和形成圖像的“場景”元素對光能或吸收相結(jié)合而產(chǎn)生的。

2.3圖像感知和獲取把照射量變?yōu)閿?shù)字圖像的傳感器裝置

2.吳3圖像繁感知廢和獲倦取用單唐個傳港感器予獲取元圖像2.備3圖像著感知嘉和獲喉取用帶拒狀傳租感器篩獲取馬圖像2.勒3圖像青感知撤和獲花取用傳粉感器控陣列塊獲取膨圖像2.午3圖像崇感知叛和獲京取圖像抹形成座模型在特柳定坐勞標(x挺,y號)處，鮮通過指傳感柿器轉(zhuǎn)亂換獲弄得的f值為天一正隸的標松量。函數(shù)f(板x,勉y)由(1椅)入射處到觀羞察場鋪景的喇光源員總量(2商)場景只中物成體反挨射光請的總勝量組屈成。單色嶺圖像憤在任門何坐擋標(x0,y0)處的半強度敏為圖婦像在喘該處但的灰竟度級l＝f(x0,y0),顯然遵有可以爺規(guī)定券灰度牙級范慮圍為[0鎮(zhèn),L化-1跳]12.界4圖像宏取樣菠和量鐮化獲取仁圖像丟的目帳標是蜜從感急知的倦數(shù)據(jù)燙中產(chǎn)把生數(shù)煌字圖正像，抱但多義少傳口感器田的輸漆出是穿連續(xù)裙的電懲壓波替形，頌因此革需要賴把連影續(xù)的腿感知掀數(shù)據(jù)榜轉(zhuǎn)換評為數(shù)驢字形管式。這一終過程敏由圖肚像的碰取樣雀與量輝化來嚼完成蹲。2.諸4圖像肢取樣沙和量倆化獲取鑄圖像浴的目丹標是月從感淘知的頁數(shù)據(jù)勁中產(chǎn)業(yè)生數(shù)舉字圖緞像，列但多兩少傳傳感器羞的輸廈出是挪連續(xù)凍的電龍壓波益形，計因此才需要絹把連通續(xù)的焰感知蚊數(shù)據(jù)穗轉(zhuǎn)換敗為數(shù)訓字形江式。這一階過程默由圖仆像的啞取樣弟與量勺化來瓣完成贊。數(shù)字照化坐鞭標值鹿稱為袋取樣美，數(shù)碧字化河幅度痰值稱津為量這化。2.暖4圖像盤取樣剪和量暑化2.擇4圖像危取樣繩和量傭化2.域4圖像艘取樣遣和量糠化黑白巖圖像灰度好圖像彩色惕圖像2.友4圖像眠取樣丸和量尤化黑白度圖像乞的數(shù)哨字化2.歡4圖像迎取樣兆和量陪化灰度術(shù)圖像破的數(shù)壇字化2.沃4圖像炸取樣壤和量擦化彩色痛圖像災的數(shù)顧字化2.扭4圖像鬼取樣甩和量芒化圖像貸的非絮均勻唉采樣稀：在灰苦度級映變化雄尖銳俘的區(qū)賄域，刪用細督膩的肌采樣牧，在蔥灰度烘級比母較平帽滑的古區(qū)域毛，用蠻粗糙挪的采峽樣。圖像壘的非拾均勻糧量化美：非均恢勻量惰化是醒依據(jù)區(qū)一幅什圖像軟具體蔽的灰希度值旅分布旬的概殊率密絨度函諸數(shù),按總糊的量惑化誤瘡差最印小的糕原則何來進擋行量屯化.具體析做法批是對邀圖像駛中像隨素灰端度值樹頻繁梅出現(xiàn)斜的灰型度值礦范圍,量化獅間隔誓取小嗽一些,而對鼠那些抗像素碼灰度岔值極嬌少出蕉現(xiàn)的校范圍,則量枯化間川隔取膝大一程些.由于釀圖像烏灰度賊值的班概率離分布拆函數(shù)瞇因圖納像不夫同而辨異,所以川不可免能找徑到可殖用于瞞所有軍圖像里的最躲佳非刮等間畜隔量訓化方勻法.2.齊4圖像尊取樣武和量境化數(shù)字按圖像搬的表翅示2.站4圖像解取樣智和量娃化數(shù)字挨圖像循的表職示本書露中表孩示數(shù)傅字圖冬像所事用坐帥標的咱約定M,非N必須次為正士數(shù)，怨灰度級取腎值為2的整百數(shù)次優(yōu)冪L=痕2k,為k位圖腦像圖像逝存儲藏量b=慰M*智N*嫌k2.可4圖像成取樣典和量卵化N和k變化扶時存撒儲的晶比特改數(shù)2.粒4圖像行取樣兄和量彩化空間牢分辨接率:由取稈樣值害決定垂，圖赤像中站可辨鴨別的頑最小阿細節(jié)灰度淋級分津辨率:灰度吃級中亂可分穗辨的袋最小厘變化當沒猴有必鄉(xiāng)豐要對黑涉及潛像素灣的物漂理分武辨率丹進行尚實際到度量旋和在僵原始襪場景主中分作析細愁節(jié)等棟級時尚，通焦常把煉大小蕉為M×晉N，灰樂度為L級的置數(shù)字查圖像熔稱為空間繁分辨我率為M×稀N像素更，灰魔度級診為L級的扇數(shù)字非像素。2.抓3圖像隔取樣甚和量忙化灰度呈級為25松6，空炒間像扯素從10暈24多×1牽02茫4到32奴×3陶2的一旬組圖肉像2.壞4圖像塌取樣說和量孔化所有吩圖像徒放大火到10志24厚×1穴02炕42.說4圖像脫取樣齊和量使化灰度囑級分酬別為25默6,摸12孕8,啄64耕,3尋2的數(shù)爽字圖棉像25囑612蕩8643216824灰度速級從25犯6到2的數(shù)型字圖艇像2.刺4圖像搞取樣及和量螞化同時牛改變N和k值2.釀4圖像迷取樣鈔和量習化同時飽改變N和k值2.由4圖像叮取樣陷和量諸化同時圓改變N和k值2.差4圖像怖取樣奸和量廢化同時完改變N和k值fa觀ceca腿me右ra閣ma邀ncr怨ow鋒d等偏調(diào)愛線2.鳳4圖像援取樣種和量般化水紋少效應件的實怕例香農(nóng)最定理:如果工一個駱函數(shù)即以等胸于或郵大于絡其最桿高頻忘率的2倍取鉗樣,那么驅(qū)就能茂從取奔樣完磁全復育原原搬函數(shù).如果答函數(shù)介被亞蹄取樣,則混劇淆的恐現(xiàn)象滾將惡稀化取漸樣.2.賺4圖像傭取樣肅和量雪化圖像醋的放幕大與仙收縮最近厲鄰域籍內(nèi)插害方法在原幼圖像視上尋恥找最進靠近銳的像素并他把它憤的灰采度值遺賦給比柵格雪上的新固像素陶。雙線雄性內(nèi)烏插方廊法2.湊4圖像教取樣腦和量宿化用最裕近領(lǐng)圖域內(nèi)準插法(上一釋行)和雙裂線性堪內(nèi)插晃法(下一題行)得到及的放其大圖擺像分別蹦將12尚8×怨12萬8,挨64際×6亞4,摘3半2×赤32放大叛到10重24拋×1蓄02估42.草5像素脈間的吊一些綠基本品關(guān)系像素p,坐標(x,互y)的鄰貪居2.偵5像素珍間的榜一些狼基本張關(guān)系相鄰煌像素對于困像素p,坐標(x消,y慚)4鄰域(x偉+1對,y臥),誘(x擺-1胳,y獎),缺(x得,y亮+1橫),領(lǐng)(x捧,y駐-1飯)N4(p妙)對角息鄰域(x斷+1碰,y睬+1受),籠(x厚+1塌,y勢-1犯),掘(x閉-1測,y昨+1稠),墳(x暫-1金,y麥-1忌)ND(p)8鄰域N4(p停)析+丟ND(p擊)N8(p售)4鄰域?qū)抢驵徲?鄰域2.獨5像素貼間的壺一些伍基本羞關(guān)系像素振的連穩(wěn)通性--像素肯的連綁通性哀能夠惰幫助筆簡化暖區(qū)域晨、邊者界等鋸概念;--確定碌兩個雷像素按是否鴿連通乖，看賄它們尺是否飾相鄰友以及搏灰度鋼值是儀否滿補足特啞定的飄相似崇性準查則。定義V是用切于定跟義鄰楊接性先的灰冒度值董集合西，存趕在三腦種類姑型的鄰接挽性：(1賞)4鄰接:如果q在N4(p妖)集中,具有V中數(shù)驕值的泥兩個表像素p和q是4鄰接鬼的.(2雅)8鄰接:如果q在N8(p銀)集中,具有V中數(shù)亡值的及兩個崖像素p和q是8鄰接斑的.(3劫)m鄰接(混合婆鄰接):如果(i)悄q在N4(p鑄)中,或者(ii耀)q在ND(p清)中且?guī)眉螻4(p杯)∩N4(q漂)沒有V值的洞像素,則具陳有V值的晚像素p和q是m鄰接夸的.2.猶5像素刑間的鄙一些火基本含關(guān)系m鄰接殘可以勾消除8鄰接識所帶錘來的拜二義極性(a牧)像素連安排(b們)中心菌像素穩(wěn)的8鄰接桑像素(c兵)戒m鄰接pq1pq1q2q22.卸5像素游間的泳一些忘基本餡關(guān)系對于居兩個箏圖像打子集S1和S2,如果S1中的污某些掛像素談與S2中的皮某些柔像素你相鄰,則稱S1和S2是鄰如接的.可以繳定義4鄰接,8鄰接容和m鄰接2.儀5像素渴間的勺一些爐基本嘆關(guān)系像素p逗(x蹦,y喊)到像飼素q賞(s,謎t)的通路(p鋒at丈h):特定城的像刺素序截列(x0,y0),躺(x1,y1),貞…,果(xn,yn),其中(x0,y0)=扣(x捏,y柜),(xn,yn)=文(s撲,t撿),且像刮素(xi,yi)和(xi-君1,yi-勞1)(對于1≤型i≤恩n)是鄰假接的.n是通棟路的綿長度.若(x0,y0)=嫌(xn,yn),則通宜路是壇閉合卷通路.m通路8通路2.直5像素關(guān)間的功一些森基本伙關(guān)系像素p策(x奮,y性)到像古素q夠(s,偽t)的連通:令S表示屈一幅澆圖像碌中的購像素搭子集,如果現(xiàn)在S中全注部像編素之封間存塞在一定個通疑路,則可瞎以說靜兩個像素p和q在S中是孫連通其的.對于S中的侮任何膨像素p,鉛S中連夾通到節(jié)該像戒素的貍像素乳集叫點做S的連通引分量.如果S僅有世一個挪連通敲分量,則集艘合S叫做連通而集.令R是圖弓像中汽的像絞素子感集.如果R是連屆通集,則稱R為一推個區(qū)域.一個起區(qū)域R的邊團界(也稱難為邊揚緣或型輪廓)是區(qū)項域中場像素弦的集逆合,該區(qū)斜域有一團個或軍多個臘不在R中的枝鄰點.如果R是整闖幅圖碎像,則邊植界由問圖像雁第一鐵行、劑第一菜列和垮最后師一行遲一列鎮(zhèn)定義.正常片情況濕下，喚區(qū)域頌指一鋼幅圖剃像的報子集以，并潤包括縣區(qū)域篩的邊撞緣.2.叔5像素財間的執(zhí)一些沿基本越關(guān)系距離薯度量客：對于梢像素p,枕q和z,其坐佳標分餐別為(x,y),鑰(s,t)和(v,w),如果:D(p,q)≥0補[D(p,q)=獨0,當且屈僅當p=q]D(p,q)=D(q,p)D(p,z)≤D(p,q)+D(q,z)則D是距賊離函強