第章圖像基礎(chǔ)知識(shí)

2023/5/24GraphicsLab.PKU1第3章圖像和視覺基礎(chǔ)輸入、輸出設(shè)備成像變換和坐標(biāo)變換像素間聯(lián)系算術(shù)和邏輯運(yùn)算2023/5/24GraphicsLab.PKU2圖像輸出是指將由0、1組成的數(shù)字圖像轉(zhuǎn)化為可視圖像輸出設(shè)備1輸入、輸出設(shè)備2023/5/24GraphicsLab.PKU3圖像輸出包括圖像的顯示和圖像的繪制圖像顯示指的是在屏幕上輸出圖像圖像繪制通常指把圖像畫在紙上，也稱硬拷貝，打印機(jī)和繪圖儀是兩種最常用的硬拷貝設(shè)備圖像輸出設(shè)備有：顯示器、陰極射線管（CRT）、打印機(jī)和繪圖儀等。2023/5/24GraphicsLab.PKU4（1）液晶顯示器2023/5/24GraphicsLab.PKU5液晶顯示器的組成液晶顯示器LCD(LiquidCrystalDisplay)是由六層薄板組成的平板式顯示器反射層水平極板水平網(wǎng)格線液晶層垂直網(wǎng)格線垂直極板觀察方向2023/5/24GraphicsLab.PKU6液晶顯示器基本原理液晶是一種介于液體和固體之間的特殊物質(zhì)，它具有液體的流態(tài)性質(zhì)和固體的光學(xué)性質(zhì)。當(dāng)液晶受到電壓的影響時(shí)，就會(huì)改變它的物理性質(zhì)而發(fā)生形變，此時(shí)通過它的光的折射角度就會(huì)發(fā)生變化，而產(chǎn)生色彩2023/5/24GraphicsLab.PKU7

組成：包括電子槍、聚焦系統(tǒng)、加速結(jié)構(gòu)、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)、熒光屏（2）陰極射線管（CRT-CathodeRayTube)2023/5/24GraphicsLab.PKU8（3）噴墨打印機(jī)2023/5/24GraphicsLab.PKU9（4）激光打印機(jī)2023/5/24GraphicsLab.PKU10（5）靜電繪圖儀2023/5/24GraphicsLab.PKU11半調(diào)輸出技術(shù)是利用人眼的集成特性，對(duì)每個(gè)像素位置，在亮的區(qū)域打印的點(diǎn)小，而在暗的區(qū)域打印的點(diǎn)大。當(dāng)點(diǎn)足夠小，觀察距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，人眼就不容易分開各個(gè)小點(diǎn)，而得到比較連續(xù)平滑的灰度圖像。通過減少圖像的空間分辨率來增加圖像的幅度分辨率。打印機(jī)和繪圖儀采用的圖像輸出技術(shù)2023/5/24GraphicsLab.PKU12圖像輸入是指將現(xiàn)實(shí)世界中的可視圖像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的由0、1組成的數(shù)字圖像，這一過程可理解為圖像的數(shù)字化輸入設(shè)備圖像輸入設(shè)備：數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、掃描儀等。數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)有一個(gè)鏡頭，能數(shù)字化任一呈現(xiàn)給它的物體（包括實(shí)物和照片）掃描儀僅能數(shù)字化已有的模擬圖像2023/5/24GraphicsLab.PKU131、數(shù)碼相機(jī)2023/5/24GraphicsLab.PKU14將景物捕捉到一個(gè)專用的半導(dǎo)體芯片(CCD芯片)，然后立即轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，并用數(shù)字式的文件保存起來數(shù)碼相機(jī)工作原理：CCDRISC處理器幀存儲(chǔ)體閃存卡LCD屏幕鏡頭2023/5/24GraphicsLab.PKU152、攝像機(jī)20勻23獸/5據(jù)/1翠9Gr弄ap漁hi揉cs鐮L痛ab絲式.P葬KU16CC固D攝像艦機(jī)的靜核心星部件縮慧是CC譯D器件沒，它井是由票半導(dǎo)挪體器念件組計(jì)成一繩個(gè)面福陣單蠟元，荷每個(gè)星半導(dǎo)油體器興件能臟夠存女儲(chǔ)隨遮景物辛變化番而感聾受到支的信泳號(hào)的淹電荷蕉量，宜并能爸夠在咬控制賽信號(hào)探的作漠用下范，將踏存儲(chǔ)饞的電內(nèi)荷量按按一遮定順唉序輸拒出，犬形成絡(luò)電視捆信號(hào)CC寬D攝像蓄機(jī)的綢基本改原理礙：20臟23汪/5辛/1恒9Gr沈ap抄h(huán)i部cs宣L哲ab洲.P糟KU173、郵掃佳描儀20互23磁/5男/1概9Gr較ap啞hi佩cs衰L晌ab俊.P襯KU18掃描萄儀工方作原孤理：原稿長(zhǎng)光管光源鏡頭CCDA/D圖像處理控制部分步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)完成梳光電萬轉(zhuǎn)換化，形來成模柴擬圖咽像逐行驕移動(dòng)蒸掃描模擬鐮圖像脖轉(zhuǎn)為延數(shù)字效圖像y,y’,Yx,x’,Xz,Zo(x,y)=(x’,y’)(X,Y,Z)鏡頭中心2成像早變換春和坐葵標(biāo)變丙換成像紡過程培涉及傾三個(gè)關(guān)坐標(biāo)爺系統(tǒng)扮：世界陰坐標(biāo)按系統(tǒng)XY宅Z攝像裕機(jī)坐婆標(biāo)系自統(tǒng)xy嫩z圖像療平面節(jié)坐標(biāo)萍系統(tǒng)x’y’成像煌變換根據(jù)感相似相三角財(cái)形，良空間病點(diǎn)(X守,Y勇,Z汗)所對(duì)繼應(yīng)的垃圖像疊平面伏中的哄點(diǎn)(x木,y苦)之間洗的關(guān)貨系如閘下：{x=X/(-Z)y=Y/(-Z)y,y’,Yx,x’,Xz,Zo(x,y)=(x’,y’)(X,Y,Z)空間摩點(diǎn)(X抓,Y逝,Z才)所對(duì)剃應(yīng)的煩攝像浪機(jī)坐抽標(biāo)系旅統(tǒng)中橫的點(diǎn)(x屆,y兵,z領(lǐng))之間擺的關(guān)爽系如范下：x=X/(-Z)y=Y/(-Z)z=Z/(-Z)用于朵改變繁圖像棕中物傾體的蓄空間渴位置倆關(guān)系弊，包敏括圖牧像的佳平移歉、縮慰放、參旋轉(zhuǎn)眉等坐標(biāo)司變換1、圖沖像的窄平移圖像平移炒就是轟將圖像嗓中的日所有頂點(diǎn)按壟照給待定的平移乳量水平淹、垂糖直移磁動(dòng)，圖像平移燙只改澡變圖像的位昆置，槐不改隱變圖像的大兇小和慚形狀設(shè)(x竊0,撫y0庫(kù))為原塑圖像爽上的沉一點(diǎn)吩，圖耍像水盲平平漠移量啞為tx，垂綿直平橫移量逗為ty，則永平移稱后點(diǎn)(x蠅0,渠y0決)的坐稠標(biāo)將潛變?yōu)?x幫1,忌y1騙)txty(x0,y0)(x1,y1)(x0,y0)和(x1,y1)的關(guān)系如下：

x1=x0+txy1=y0+ty{=x1y110tx01ty001x0y01

其逆運(yùn)算為：

x0=x1-txy0=y1-ty{=x0y010-tx01-ty001x1y11記為矩陣T記為矩陣T-1假設(shè)放圖像番在x軸方懸向縮滋放比射例為Sx，y軸方出向縮素放比辮例為Sy，那真么原闖圖像充中的膏點(diǎn)(x腐0,悉y0戶)所對(duì)楊應(yīng)的殃新圖負(fù)像中嗚的點(diǎn)(x益1,國(guó)y1倦)之間貌的關(guān)脹系如披下：=x1y11Sx000Sy0001x0y012、圖泄像的賣縮放{x1=Sx*x0y1=Sy*y0注:參數(shù)Sx、Sy>1時(shí),圖像敗放大,參數(shù)Sx、Sy<1時(shí),圖像術(shù)縮小其逆瞞運(yùn)算浩為：{x0=x1/Sxy0=y1/Sy=x0y011/Sx0001/Sy0001x1y11記為矩陣S記為矩陣S-1Sx=1.5Sy=1.5Sx=0.5Sy=0.53、圖提像的核鏡像水平藏鏡像瞞：=x1y11-100010001x0y01{x1=-x0y1=y0垂直粗鏡像導(dǎo)：=x1y111000-10001x0y01{x1=x0y1=-y0旋轉(zhuǎn)辱前:旋轉(zhuǎn)廚后:(為順販時(shí)針蜻旋轉(zhuǎn))其逆犯運(yùn)算毅為：4、圖燦像的霉旋轉(zhuǎn)x0y0rcos

rsin

=ìí=?x1=rcos(-)=rcoscos+rsinsin=x0cos+y0siny1=rsin(-)=rsincos-rcossin=-x0sin+y0cosθ(x1,y1)(x0,y0)αr=cossin0-sincos0001x0y01x1y11x0=x1cos-y1siny0=x1sin+y1cos=cos-sin0sincos0001x1y11x0y01記為矩陣R-1記為矩陣R順時(shí)拆針轉(zhuǎn)45O5、圖首像的愁轉(zhuǎn)置圖像私的轉(zhuǎn)黎置是漁將圖它像的噸ｘ坐削標(biāo)和姨ｙ坐存標(biāo)互執(zhí)換：=x1y11010100001x0y01{x1=y0y1=x0復(fù)合久變換格又稱槳級(jí)聯(lián)頸變換法，指奮對(duì)圖鋼形做捎一次召以上矛的幾亭何變冶換。6、復(fù)碰合變聚換解:設(shè)點(diǎn)(x粉,y略)為線印段上認(rèn)的任焰意一蓄點(diǎn),倦1.設(shè)點(diǎn)(x案′,養(yǎng)y′羞)為點(diǎn)(x燈,y紡)放大塊后的救坐標(biāo),則:yx(x,y)yx(x′,y′)yx(x′′,y′′)tx例:對(duì)一顆線段雷先放妹大2倍(即Sx攜=S尖y=校2)，再并平移tx幸=1挨0,最ty砌=0。=Sx’y’1xy1200020001=xy1=2x2y1解:常2.設(shè)點(diǎn)(x姑′′謎,y兄′′本)為點(diǎn)(x刻′,細(xì)y′蒸)經(jīng)平惹移后孝的坐世標(biāo),則：如果饑對(duì)一撤線段弦先平買移tx涼=1飾0,淘ty開=0蓄,再放迷大2倍(即Sx唇=S殊y=緞2)。崗則：=Tx’’y’’1x’y’1=TS

xy1=10100100012x+102y12x2y1==Sx’’y’’1x’y’1=ST

xy1=200020001x+10y1xy1=1010010001200020001=2x+202y13圖像兇像素逮間聯(lián)隨系一幅勤二維擇圖像候可以庭用二搶元函憲數(shù)f(攝x,抬y)來表座示，其中(x稠,y豆)表示2-算D空間股中一結(jié)個(gè)坐勒標(biāo)點(diǎn)紋的位章置,f代表派圖像壯在點(diǎn)(x促,y通)的某玩種性梨質(zhì)。圖像慌中每斑個(gè)基雁本單紅元稱排為像軌素(p談ix搶el遞)，一影幅圖刺像的帆分辨涼率與促其像疊素個(gè)滋數(shù)成師正比裁。3圖像涉像素吧間聯(lián)竄系圖像爆中的夢(mèng)像素淚是按樣某種鼠規(guī)律腦排列篩的，炎像素楊之間莖的關(guān)抄系與杯其鄰扶近像撥素組牙成的俱鄰域廚有關(guān)像素畜的鄰主域定義柱4宏－鄰災(zāi)域設(shè)像既素p的坐費(fèi)標(biāo)為券(x,閑y)蒼，它有稍4個(gè)壺水平凳和垂票直的棋鄰近晚像素賴，坐飲標(biāo)分蠅別為壟(x+谷1,憲y)儉,(x-球1,揮y)紫,(x,年y+河1)將,(x,璃y-澡1)著。這4濃個(gè)像究素組島成p的4疫－鄰勉域，營(yíng)記為N4(p葬)。定義對(duì)角盆鄰域像素p的4晶個(gè)對(duì)朽角鄰雀近像癢素，勝坐標(biāo)冰分別鵲為(x+惜1,北y+慈1)病,(x+巧1,脖y-省1)客,(x-邊1,澤y+僚1)勇,(x-企1,魄y-蝦1)立。這4抱個(gè)像抹素組取成p的對(duì)角者鄰域，記拉為ND(p卡)。定義8－側(cè)鄰域像素p的4槐個(gè)4－甜鄰域加上代4個(gè)對(duì)角并鄰域合起丘來組竭成p的8－嗓鄰域，記繁為N8(p再)。距離曾是描音述像嘩素之圈間關(guān)榜系的墨重要幸?guī)缀巫?shù)饅.像素柄的距攻離距離漂量度延函數(shù)設(shè)3謀個(gè)像負(fù)素p,促q,艱r的坐蔬標(biāo)分沙別為夜(x,怨y)昨,(s,睜t)樸,(u,蝕v)次，如果鋒滿足事下面鮮條件皺，則朵稱函己數(shù)D為距戰(zhàn)離量祥度函平數(shù)。1.D(砌p,慌q)頁>=紀(jì)0第(當(dāng)且佛僅當(dāng)p敘=柿q時(shí)，D(活p,碌q)洽＝0停)；D(變p,厭q)竿＝林D(娘q,亂p)域；3.墻D(津p,卡r)訪<=盜D孤(p蜓,q裙)傅+增D(陡q,著r)沸.歐氏量距離曉：城區(qū)趣距離齡：棋盤敞距離室：設(shè)p1(x1,y1),p2(x2,y2)為圖聚像中鍬的兩距像素挽，則論幾種搶常用型的距面離定域義為迫：(c)棋盤府距離不同貓的距碰離定兵義，宋其描圓述的膛區(qū)域楚形狀且也不濫同。(a)歐氏捐距離(b)城區(qū)介距離加法退運(yùn)算減法吊運(yùn)算乘法嚷運(yùn)算除法夕運(yùn)算4圖像禽間算壟術(shù)和墊邏輯飯運(yùn)算算術(shù)虹運(yùn)算加法排運(yùn)算旋的定衡義C(悠x,掠y)研=胡A亭(x脖,y倆)樓+皂B(冤x,墻y)主要咸應(yīng)用雅舉例減少罵在圖朋象采羽集中開產(chǎn)生累的噪耽音生成繭圖象卻疊加封效果加法查運(yùn)算減少秩在圖母象采覆集中喊產(chǎn)生寧的噪置聲對(duì)于皆原圖野象f(自x,芬y)降,有一擾個(gè)噪芳聲圖象騙集{gi(x步,y據(jù))啄}闊i悼=絮1,面2,晨..葵.M其中蹄：gi(x父,y江)賓=院f(錄x,膜y)敘+注ei(x鑄,y押)M個(gè)圖滅象的熊均值話定義智為：?(x酸,y噴)慈=繭[士g0(x青,y噸)+功g1(x緒,y虛)+宵…+甩gM(x帽,y陪)]豬/黃M當(dāng)：軋?jiān)肼昬i(x塌,y露)為互隆不相躬關(guān)，啞且均便值為替0時(shí)較，上縮慧述圖僵象均注值將費(fèi)降低日噪聲旨的影其響。設(shè)有奴一幅么混入技噪聲攝的圖分象g(礦x,宅y)嗓：g(焦x,催y)鴿=賭f蛾(x釘,y籌)桃+促e(臟x,潤(rùn)y)其中忍：f(虧x,涂y)為原魯圖象蠶，e(頓x,相y)為噪叔聲圖涌象對(duì)于壁兩個(gè)圖圖象f(尖x,認(rèn)y)和h(刃x,訪y)的均擴(kuò)值：g(嚷x,愉y)上=膨[留f(族x,炊y)替+乏h漢(x熄,y健)]擱/2會(huì)得病到二圣次暴愿光的掀效果由。生成猶圖象紙疊加臣效果推廣蜂這個(gè)透公式撈為：g(油x,風(fēng)y)勉=αf(標(biāo)x,慎y)眉+βh(把x,平y(tǒng))其中α+對(duì)β=監(jiān)1我們摘可以聞得到耳各種損圖象必合成肢的效蟲果，泉也可拳以用夕于兩漆張圖曉片的味銜接+減法與的定崗義C(扎x,需y)墳=菌A惑(x獄,y扛)步-糧B(弦x,愛y)主要贊應(yīng)用諒舉例去除或不需太要的法疊加滑性圖持案檢測(cè)螞同一探場(chǎng)景浙兩幅墾圖象司之間江的變負(fù)化減法蘆運(yùn)算設(shè)：封背景胃圖象b(粱x,輔y)擔(dān)，前景吹背景帖混合矛圖象f(惡x,攻y)g(首x,睜y)廣=確f翅(x逢,y貍)芳–唇b(趕x,啦y)g(輔x,才y)為去崇除了條背景臂的圖瓶象。去除餓不需襯要的遍疊加姑性圖槳案-設(shè)：拜時(shí)投間1祖的圖酬象為T1(x北,y裳)，時(shí)間弓2的象圖象蜂為T2(x筒,y氏)g(確x,賢y)