圖像和視覺(jué)基礎(chǔ)

圖像和視覺(jué)基礎(chǔ)第一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二章圖像和視覺(jué)基礎(chǔ)2.1光的特性2.2視覺(jué)系統(tǒng)2.3顏色模型2.3.1CIE色度圖2.3.2常用顏色模型2.4圖像的表示第二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.1光的特性

光的本質(zhì)是電磁波。在電磁波譜中，可見(jiàn)光僅占很窄的一個(gè)波譜范圍。其波長(zhǎng)在0.38～0.76m之間。下圖示出電磁波譜的大致劃分?？梢?jiàn)光的低頻率端是紅色，高頻率段是紫色。從高頻到低頻的光譜顏色的變化分別是紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅。第三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二

太陽(yáng)或燈泡等光源發(fā)射可見(jiàn)光譜中的全部頻率而產(chǎn)生白色光。當(dāng)白色光投射到一個(gè)物體上時(shí)，某些頻率被反射，某些則被物體吸收了。在反射光中混合的頻率確定了人所感受到的物體的顏色。如果在反射光中以低頻率為主，則物體呈現(xiàn)紅色，此時(shí)，可以說(shuō)光主要含有光譜中紅色端的頻率。

除了頻率以外，描述光的各種性質(zhì)還需要另一些特征。在觀察光源時(shí)，我們的眼睛對(duì)顏色（或主頻率）和另外兩個(gè)基本的感覺(jué)作出反應(yīng)。其中之一是亮度,即感受到的光明度。第二個(gè)感受的特征是光的純度或飽和度。這三種特征：主頻率、明度和純度通常用來(lái)描述光源的不同性質(zhì)。通常用色度說(shuō)明純度和主頻率這兩種顏色特征。另外，人的眼睛只能看到可見(jiàn)光部分，但就目前科技水平看，能夠成像的并不僅僅是可見(jiàn)光。一般來(lái)說(shuō)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)為0.38～0.76μm，而迄今為止人類發(fā)現(xiàn)可成像的射線已有多種，如：

γ射線：0.003～0.03nm；X射線：0.03～3nm；紫外線：3～300nm；紅外線：0.8～300μm；微波：0.3～100cm。這些射線均可以成像。利用圖像處理技術(shù)把這些不可見(jiàn)射線所成圖像加以處理并轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)圖像，實(shí)際上大大延伸了人類視覺(jué)器官的功能，擴(kuò)大了人類認(rèn)識(shí)客觀世界的能力。第四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.1.1光度學(xué)基本概念輻射度量學(xué):是研究各種電磁輻射強(qiáng)弱的學(xué)科。光度學(xué)：是研究光的強(qiáng)弱的學(xué)科，光通量的單位：lm（流明）。點(diǎn)光源:線度足夠小，或距離觀察者足夠遠(yuǎn)的光源。發(fā)光強(qiáng)度I：點(diǎn)光源沿某個(gè)方向上單位立體角d內(nèi)發(fā)出的光通量。

單位：cd（坎）；1cd=1lm/sr第五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二點(diǎn)光源的立體角（solidangle）是從一點(diǎn)（稱為立體角的頂點(diǎn)）出發(fā)通過(guò)一條閉合曲線上所有點(diǎn)的射線圍成的空間部分，所以立體角表示由頂點(diǎn)看閉合曲線時(shí)的視角?？梢匀∫涣Ⅲw角在以其頂點(diǎn)為球心所作的球面上截出部分的面積與球面半徑的平方之比作為對(duì)該立體角的度量。立體角的單位是球面度，記為sr。一個(gè)球面度對(duì)應(yīng)在球面上所截取的面積等于以球半徑為邊長(zhǎng)的正方形面積時(shí)的立體角。擴(kuò)展光源：有一定發(fā)光面積的光源光度學(xué)亮度B(單位：cd/m2)為：第六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二照度（illumination）一個(gè)被光線照射的表面上的照度定義為照射在單位面積上的光通量。設(shè)面元dS上的光通量為dF，則此面元上的照度E為：

單位：lx（勒[克斯]），1lx=1lm/m2

照度是光源對(duì)物體輻射的一種量度，比較客觀；亮度是觀察者對(duì)物體表面光強(qiáng)的量度，比較主觀。2.1.2一個(gè)簡(jiǎn)單的成像模型

圖像成像模型可表達(dá)為一個(gè)2-D亮度函數(shù)f(x,y)，因?yàn)榱炼仁悄芰康牧慷?，一定不為零且為有限值，即：。它受到兩個(gè)因素的影響，1）入射到可見(jiàn)場(chǎng)景上的光量；2)

場(chǎng)景中目標(biāo)對(duì)入射光反射的比率。它們分別用照度成分i(x,y)和反射成分r(x,y)表示。i(x,y)是由光源決定的；r(x,y)是由場(chǎng)景中的目標(biāo)特性所決定的。有：第七頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.2視覺(jué)系統(tǒng)2.2.1視覺(jué)基礎(chǔ)眼睛中的光接受器主要是視網(wǎng)膜中的視覺(jué)細(xì)胞（兩種：錐狀體和桿狀體）。

錐狀體:只有在光線明亮的情況下才起作用，具有辨別光波波長(zhǎng)的作用，因此對(duì)顏色非常敏感。錐狀體約為700萬(wàn)個(gè)/眼睛。

桿狀體比錐狀體的靈敏度高，在較暗的光線下就能起作用，沒(méi)有辨別顏色的能力，又叫夜視覺(jué)，所以黑暗中看到的東西沒(méi)有顏色，其數(shù)量大約有1億三千萬(wàn)個(gè)。當(dāng)眼睛接受到的光包含所有可見(jiàn)光信號(hào)，且其強(qiáng)度大體相近時(shí)，人們感覺(jué)到的是沒(méi)有顏色的白光。在光源為白光的照射下，若物體能反射80%以上的入射光，則看上去是白色的。若反射光小于3%，物體看上去是黑色的，中間值對(duì)應(yīng)不同程度的灰色。為了表示方便，光強(qiáng)度可以規(guī)一化到0～1之間，0對(duì)應(yīng)黑色，1對(duì)應(yīng)白色，中間值對(duì)應(yīng)灰色。第八頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二

光能本身是無(wú)顏色的，顏色是人們眼睛感知光后產(chǎn)生的生理和心理現(xiàn)象。眼睛對(duì)光的感覺(jué)稱為光覺(jué)，對(duì)顏色的感覺(jué)稱為色覺(jué)，這是眼睛的基本特性。光覺(jué)的門限值大約為1×10cd/m(尼特），人眼感覺(jué)光的范圍的最大值和最小值之比達(dá)到10以上。但人的眼睛并不能同時(shí)對(duì)這樣大范圍的明亮程度都作出反應(yīng)。某一時(shí)刻眼睛只能感知很小范圍的明亮度。一般情況下，在相同亮度的刺激下，背景亮度不同所感覺(jué)到的明暗程度也不同，例如白天我們看不見(jiàn)星星，而夜晚卻能看到。同樣，在觀察顏色時(shí)，在圖形的色度一樣，但背景顏色不一樣時(shí)，感覺(jué)到的圖像的色度也不一樣。這種現(xiàn)象叫做對(duì)比現(xiàn)象。對(duì)比現(xiàn)象包括亮度對(duì)比和顏色對(duì)比。實(shí)驗(yàn)表明，在背景亮度比目標(biāo)亮度低的場(chǎng)合，感覺(jué)目標(biāo)有一定亮度。當(dāng)背景亮度比目標(biāo)亮?xí)r，看到的目標(biāo)就有亮的多的感覺(jué)。同時(shí)，對(duì)比效果在背景大的場(chǎng)合比較顯著。第九頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二整體視覺(jué)過(guò)程

視覺(jué)＝“視”＋“覺(jué)”

第十頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.2.2視覺(jué)過(guò)程1．光學(xué)過(guò)程

15/100=2.55/17第十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2．化學(xué)過(guò)程

主要有錐細(xì)胞和柱細(xì)胞兩種細(xì)胞起作用。錐細(xì)胞數(shù)量少，對(duì)顏色很敏感，它在明視覺(jué)或亮光視覺(jué)中起到主要作用。柱細(xì)胞數(shù)量多，分辨率比較低不感受顏色并對(duì)低照度較敏感，它在暗視覺(jué)或微光視覺(jué)中起到主要作用。3．神經(jīng)處理過(guò)程

每個(gè)視網(wǎng)膜接收單元都與一個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞借助突觸（synapse）相連，每個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞借助其它的突觸與其它細(xì)胞連接，從而構(gòu)成光神經(jīng)（opticalnerve）網(wǎng)絡(luò)，光神經(jīng)進(jìn)一步與大腦中的側(cè)區(qū)域（sideregionofthebrain）連接，并到達(dá)大腦中的紋狀皮層（striatedcortex），對(duì)光刺激產(chǎn)生的響應(yīng)經(jīng)過(guò)一系列處理最終形成關(guān)于場(chǎng)景的表象，從而將對(duì)光的感覺(jué)轉(zhuǎn)化為對(duì)景物的知覺(jué)。第十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二

這兩個(gè)圖形在視網(wǎng)膜上是固定不動(dòng)的，但你對(duì)它的感覺(jué)卻是在兩種可能圖形中動(dòng)搖。

同時(shí)感覺(jué)到兩種有意義的圖形是很困難的！女人腿還是男人腿？第十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.2.3 成像中的空間關(guān)系

1.成像幾何

1)投影變換:將3-D客觀場(chǎng)景投影到2-D圖像平面

2)成像過(guò)程:第十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.觀察距離和角度正常人視力的角區(qū)分能力約為一分。在觀察感興趣場(chǎng)景時(shí)，需要使其中最小的細(xì)節(jié)在眼睛的視場(chǎng)中對(duì)應(yīng)一個(gè)約一分的弧所對(duì)應(yīng)的角。如果一個(gè)點(diǎn)在眼睛的視場(chǎng)中對(duì)應(yīng)不到一分的弧所對(duì)應(yīng)的角，則人觀察不到這個(gè)點(diǎn)。如果兩個(gè)相鄰點(diǎn)與眼睛間連線的夾角不到一分，則人分辨不出這兩個(gè)點(diǎn)。因此，如果給定點(diǎn)的尺寸，則可確定最遠(yuǎn)觀察距離；如果給定觀察距離：則能確定能看見(jiàn)的最小點(diǎn)。有以下關(guān)系：最佳觀察距離=3400*圖像高度/顯示線數(shù)第十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.景深示意圖第十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.2.4視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)光的感知特點(diǎn)1.人眼適應(yīng)的亮度范圍（1）總體范圍大：從暗視覺(jué)門限到眩目極限之間的范圍在1010量級(jí)（2）具體范圍?。阂话惴秶?02量級(jí)暗視覺(jué)門限眩目極限第十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.亮度變化的感知人類視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)亮度變化的感知比對(duì)亮度本身要敏感，而且對(duì)光強(qiáng)度的響應(yīng)不是線性的，而是對(duì)數(shù)形式的（即：對(duì)暗光時(shí)亮度的增加比對(duì)亮光時(shí)亮度的增加更敏感）。因此，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)覺(jué)，如馬赫效應(yīng)等。視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)第十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.3顏色模型

白光通過(guò)棱鏡，就會(huì)折射出顏色的光譜。一般可以分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、青、紫七色。可見(jiàn)光譜的每部分都有它自己唯一的值，它被稱之為顏色，理論上可以選擇幾百萬(wàn)種顏色?？梢?jiàn)光譜可以由多種顏色構(gòu)成，但是人們一般只看到一種顏色，它是多種顏色混合后結(jié)果。因?yàn)槿搜塾邪讯喾N顏色相混合的能力。在心理生物學(xué)上，顏色由其色彩、色飽和度和明度決定。色彩即顏色的“色彩”，它是某種顏色據(jù)以定義的名稱。色飽和度是單色光中摻入白光的度量，單色光的色飽和度為100%，白光加入后，其色飽和度下降，非彩色光的色飽和度為0%，明度為光的強(qiáng)度值。在心理物理學(xué)上，與色彩、色飽和度和明度相對(duì)應(yīng)的是主波長(zhǎng)、色純和亮度。在可見(jiàn)光譜上，單一波長(zhǎng)的電磁能所產(chǎn)生的顏色是單色的。光的顏色由其主波長(zhǎng)決定，亮度與光的能量成比例，它是單位面積上所接受的光強(qiáng)。純的單色光在實(shí)際生活中是少見(jiàn)的，人們所看到的顏色都是混合色。彩色圖形顯示器（CRT）上每個(gè)像素都是由紅、綠、藍(lán)三種熒光點(diǎn)組成，這是以人類視覺(jué)顏色感知的三刺激理論為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的。三刺激理論基于這樣一個(gè)假設(shè)：人類眼睛視網(wǎng)膜中的錐狀視覺(jué)細(xì)胞，分別對(duì)紅、綠、藍(lán)三種光最敏感。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)藍(lán)色敏感的細(xì)胞對(duì)波長(zhǎng)為440nm左右的光最敏感；對(duì)綠色敏感的細(xì)胞對(duì)波長(zhǎng)為545nm左右的光最敏感；對(duì)紅色敏感的細(xì)胞對(duì)波長(zhǎng)為580nm左右的光最敏感。實(shí)驗(yàn)還顯示，人類眼睛對(duì)藍(lán)光的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)紅光和綠光的靈敏度。第十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.3.1CIE色度圖

兩種不同的顏色可以混合生成另一種顏色。如果兩種顏色混合成白色光，它們就被稱為互補(bǔ)色。紅色和青色，綠色和品紅，以及藍(lán)色和黃色都是互補(bǔ)色。適當(dāng)選擇兩種或多種初始顏色，可以形成許多其它顏色。用來(lái)生成其它顏色的初始顏色稱為基色。在實(shí)際的基本顏色中，沒(méi)有哪一組集合能組合生成所有可見(jiàn)的顏色。然而，三種基色對(duì)多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是足夠的。通常采用紅、綠、藍(lán)作為三種基色，即RGB加色系統(tǒng)。下圖示出用來(lái)生成任何一種光譜顏色的紅、綠、藍(lán)色的量。從曲線圖中可知，500nm波長(zhǎng)附近的顏色只能從藍(lán)光和綠光混合相加所得的光中再加負(fù)紅光才能得到。但實(shí)際上不存在負(fù)的光強(qiáng)，因此，RGB彩色監(jiān)視器不能顯示500nm波長(zhǎng)左右的顏色。顏色匹配所需的RGB基色量：第二十頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二

由于沒(méi)有哪一組彩色光源可用來(lái)組合顯示所有可能的顏色，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）在1931年定義了三種標(biāo)準(zhǔn)基色X,Y,Z。這三種基色是想像的顏色。定義這三基色的同時(shí)還定義了一組彩色匹配函數(shù)，如下圖所示。圖中曲線不是代表基色的光譜，而是用來(lái)代表匹配各種可見(jiàn)色光所需的每一種基色的量。這就給出了定義各種顏色的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，而且使用CIE基色避免了顏色的負(fù)值匹配。顏色匹配所需的XYZ基色量：第二十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二CIE規(guī)定三基色為XYZ,任何一種顏色C可以表示成:C﹦XX﹢YY﹢ZZ

其中，X,Y,Z是為匹配顏色C所需標(biāo)準(zhǔn)基色的量。如果只考慮顏色的色彩和純度，那么可以將式(8-42)中的亮度規(guī)范化，即作如下計(jì)算：

x﹦X/(X﹢Y﹢Z)，y﹦Y/(X﹢Y﹢Z)，x﹦Z/(X﹢Y﹢Z)

這里，x﹢y﹢z=1。因此，任何一種顏色可僅用x和y表示出來(lái)。由于x和y僅依賴于色彩和純度，所以稱為色度值。色度值表示生成一種顏色所需X,Y,Z三基色的相對(duì)量，但不表示顏色的亮度，亮度由Y表示，X和Z可根據(jù)它們對(duì)Y的比例來(lái)確定。下圖為國(guó)際照明委員會(huì)給出的CIE色度圖，其圖形輪廓線代表所有可見(jiàn)光波長(zhǎng)的軌跡，線上數(shù)字標(biāo)明該位置可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。紅色位于圖的右下角，綠色在圖頂端，藍(lán)色在圖左下角，連接光譜軌跡兩端點(diǎn)的直線稱為紫色線，它并不屬于光譜。內(nèi)部的點(diǎn)表示所有可能的可見(jiàn)顏色的組合，中間的C點(diǎn)對(duì)應(yīng)于亮白色位置，它用作平均日光的近似標(biāo)準(zhǔn)。由于規(guī)范化，色度圖中沒(méi)有亮度值,具有同一色度但不同亮度的顏色位置相同。第二十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二CIE色度圖有多種用途。欲獲得一種光譜色的補(bǔ)色，只需從這一點(diǎn)通過(guò)C點(diǎn)作一條直線，求出其與對(duì)側(cè)光譜軌跡的交點(diǎn)，即可求得補(bǔ)色波長(zhǎng),如上圖中C1的補(bǔ)色為C2，或者說(shuō)C1和C2互為補(bǔ)色。兩種補(bǔ)色按一定比例相加得白色。求一種顏色的主波長(zhǎng)時(shí)，只要連接顏色所在位置與C點(diǎn)的直線，直線與位于顏色同側(cè)的光譜軌跡線交點(diǎn)即為主波長(zhǎng)，如下圖中C3的主波長(zhǎng)為C4。但如果交點(diǎn)在紫色線上，則主波長(zhǎng)應(yīng)是位于顏色反側(cè)的光譜軌跡線交點(diǎn)，如圖8.27中C5同C點(diǎn)相連同側(cè)的交點(diǎn)為C6，在紫色線上，因此C5的主波長(zhǎng)為反側(cè)的C7。單純色或全飽和色位于光譜軌跡上，其色純度為100%，而C點(diǎn)色純度為O%。任一中間顏色的色純度即等于C點(diǎn)與它之間距離除以C點(diǎn)至光譜軌跡線或紫色線之間的距離。例如上圖中C3顏色的色純約等于25%，而C4顏色的色純?yōu)?00%，色純度用百分?jǐn)?shù)表示。第二十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二

用CIE色度圖確定補(bǔ)色、主波長(zhǎng)和純度CIE色度圖第二十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二色度圖0.800.20.8xy520nm700-770nm紅藍(lán)綠NTSCPAL紫

色度圖第二十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.3.2常用顏色模型1.RGB顏色模型

國(guó)際照明委員會(huì)選擇紅色（波長(zhǎng)=700.00nm)、綠色（波長(zhǎng)=546.1nm)、藍(lán)色（波長(zhǎng)=435.8nm)三種單色光作為表色系統(tǒng)的三基色，這就是CIE的RGB(Red,Green,Blue)顏色表示系統(tǒng)。我們通常使用的彩色光柵顯示器采用的就是RGB顏色模型系統(tǒng)。

RGB顏色模型是相加混色，稱為加色系統(tǒng)。白光可以由RGB三種基本色相加得到。產(chǎn)生1lm(流明)的白光所需要的三基色近似值可以用下面的亮度方程來(lái)表示：

1lm(白光)﹦0.30lm(紅)﹢0.59lm(綠)﹢0.11lm(藍(lán))即產(chǎn)生白光時(shí)，三基色的比例關(guān)系不等，這給實(shí)際使用帶來(lái)一些不方便。為了克服這一缺點(diǎn)，使用了三基色單位制，即所謂的T單位制。在使用T單位制時(shí)，其方程可以改寫(xiě)如下：

1lm(白光)﹦1T(紅)﹢1T(綠)﹢1T(藍(lán))即1T單位紅光=0.30lm，1T單位綠光=0.59lm，1T單位藍(lán)光=0.11lm。由不同的RGB分量相加就可以產(chǎn)生其他的顏色，即：

C﹦rR﹢gG﹢bB式中C為混合色，r,g,b為使用T單位制時(shí)，所需要RGB三基色的量值，取值范圍在0～1之間。然而，仍然有不少顏色無(wú)法用RGB表示出。下圖中三角部分標(biāo)出了RGB顏色模型系統(tǒng)所能表示的顏色區(qū)域。第二十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二RGB加色系統(tǒng)RGB顏色范圍第二十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二RGB顏色模型第二十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.CMY顏色模型以品紅、青、黃(Cyan,Magenta,Yellow)作為三基色所構(gòu)成的顏色模型也是一種常用的顏色表示系統(tǒng)。它是一種減色系統(tǒng)。CMY減色系統(tǒng)和RGB加色系統(tǒng)顏色互為補(bǔ)色。所謂某顏色的補(bǔ)色是從白色中減去這種顏色后所得的顏色。品紅是綠色的補(bǔ)色，青色是紅色的補(bǔ)色，黃色是藍(lán)色的補(bǔ)色。即相加系統(tǒng)的補(bǔ)色就是相減系統(tǒng)的基色(R+G=黃，G+B=青，R+B=品紅）。下圖示出了CMY和RGB的關(guān)系。減法系統(tǒng)第二十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二

與彩色光柵顯示器RGB三支電子槍轟擊屏幕熒光粉組合光顏色不同，打印機(jī)和繪圖儀之類的硬拷貝設(shè)備是通過(guò)往紙上涂顏料來(lái)生成彩色圖片。我們通過(guò)反射光來(lái)看見(jiàn)顏色，這是一種減色處理。正如白色光經(jīng)過(guò)品紅色物體表面的反射或透射后，光譜中綠色部分被吸收和減去，人們看到物體呈現(xiàn)品紅色，是一個(gè)減色過(guò)程。攝影的濾光鏡也是利用這一原理。打印、繪圖、印刷、膠卷以及非發(fā)光顯示器等反射體通常采用CMY減色系統(tǒng)。使用CMY減色系統(tǒng)的打印處理通過(guò)四個(gè)墨點(diǎn)的集合來(lái)產(chǎn)生顏色點(diǎn)。三種基色（品紅、青和黃）各使用一點(diǎn)，黑色也使用一點(diǎn)。因?yàn)槠芳t色、青色和黃色墨水的混合通常生成深灰色而不是黑色，所以黑色單獨(dú)包括在其中，使顏色效果更好。通過(guò)三種基色的墨水相互混合，產(chǎn)生不同顏色的組合。加上黑墨水后的顏色系統(tǒng)也稱為CMYB模型。第三十頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.HSI模型也稱為視覺(jué)生理模型。色調(diào)（H，Hue）、色飽和度（S，Saturation）以及明度（I，Intensity）,（Museum，孟塞爾顏色系統(tǒng)）在特定應(yīng)用環(huán)境中，用于圖像分析有特殊的優(yōu)勢(shì)。比如，在只有光照亮度發(fā)生變化的應(yīng)用中，不考慮明度，只使用色度進(jìn)行區(qū)域分割。圓錐體模型：第三十一頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二RGB三基色系統(tǒng)稱為“物理三基色”，CIE另外規(guī)定了一種虛擬的三基色系（XYZ）標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，在匹配各種彩色時(shí)，三基色系數(shù)都是正值。它們間的轉(zhuǎn)換也可寫(xiě)出矩陣形式：2.3.3顏色模型間的轉(zhuǎn)換1.XYZ和RGB之間轉(zhuǎn)換第三十二頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二NTSC(Nationaltelevisionsystemcommittee)制式彩色電視使用YIQ模型其中Y為亮度，I、Q為色度，下式可轉(zhuǎn)換到RBG模型：

Y=0.299R+0.587G+0.114BI=0.5R-0.231G-0.269BQ=0.203R-0.5G+0.297BYIQ與RGB間的轉(zhuǎn)換借助XYZ來(lái)進(jìn)行，也可寫(xiě)出矩陣形式：2.YIQ和RGB之間轉(zhuǎn)換第三十三頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二PAL(Phasealternationline:逐行倒相)制式彩色電視使用YUV模型其中，Y為亮度，U、V為色度。下式可實(shí)現(xiàn)與RBG間的轉(zhuǎn)換：

Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.169R-0.331G+0.5BV=0.5R-0.419G-0.081B3.YUV和RGB之間轉(zhuǎn)換4.RGB到HIS模型的轉(zhuǎn)換第三十四頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.HIS到RGB模型的轉(zhuǎn)換第三十五頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.4.1圖像表示

為了對(duì)圖像施以有效的處理，就要了解圖像的內(nèi)在特性。同時(shí)，為了方便地處理圖像，用適當(dāng)?shù)臄?shù)字模型去表征圖像的特性。在圖像處理中常用的數(shù)字表征法有兩種，一種是確定性的，一種是統(tǒng)計(jì)性的。用確定性的圖像表征法可方便地研究圖像的點(diǎn)的性質(zhì)，而用統(tǒng)計(jì)表征法可用統(tǒng)計(jì)平均參數(shù)反映圖像的特性。2.4圖像的表示物體→第三十六頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二

當(dāng)用數(shù)學(xué)方法描述一幅圖像時(shí)，常著重考慮它的點(diǎn)的性質(zhì)。例如，一幅圖像可以被看成是空間各個(gè)座標(biāo)點(diǎn)上強(qiáng)度的集合。它的最普遍的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

I=f(x,y,z,,t)其中，x、y、z是空間坐標(biāo)，是波長(zhǎng)，t是時(shí)間，I是圖像點(diǎn)的光強(qiáng)度。對(duì)靜態(tài)圖像，t為常數(shù)。對(duì)單色圖像，為常數(shù)。對(duì)平面圖像,z為常數(shù)。例如，對(duì)于靜態(tài)平面單色圖像，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可以簡(jiǎn)化為：

I=f(x,y)

上面式子所表示的圖像是多種多樣的，要想對(duì)圖像信息進(jìn)行明確地分類也并非容易。只能就圖像處理中常見(jiàn)的圖像信息加以簡(jiǎn)單地分類。在數(shù)字圖像處理中所涉及到的是一些最普通類型的圖像。它們的突出特點(diǎn)是都具有特殊的統(tǒng)計(jì)特性，并且有專門的應(yīng)用。從這個(gè)基點(diǎn)出發(fā)可做如下比較明快的分類：TV型的自然風(fēng)景，這是一種常見(jiàn)的圖像；空間攝影照片和地球資源探測(cè)圖片，這類圖像構(gòu)圖不明顯；電子顯微鏡照片和標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡照片，這是一類在冶金學(xué)、醫(yī)學(xué)及石油探測(cè)等都很感興趣的一類照片文本,這是指一些打印、印刷或手寫(xiě)的記號(hào)圖像；圖樣，通常就是簡(jiǎn)單地由線段和圖形構(gòu)成的單色二值圖像；專用圖像，大多是用特殊技術(shù)得到的圖像，例如，X射線照片、紅外熱象、超聲波圖像等等。第三十七頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.4.2數(shù)字圖像的數(shù)字化一般的圖像（即模擬圖像）是不能直接用數(shù)字計(jì)算機(jī)來(lái)處理的。為使圖像能在數(shù)字計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理，首先必須將各類圖像（如照片，圖形，X光照片等等）轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像。所謂將圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像或圖像數(shù)字化，就是把圖像分割成如圖所示的稱為象素的小區(qū)域．每個(gè)象素的亮度或灰度值用一個(gè)整數(shù)來(lái)表示。把圖像分割成象素的方法可以是多種多樣的，如圖所示。即每個(gè)象素所占小區(qū)域可以是正方形的，六角形的或三角形的。與之相對(duì)應(yīng)的象素所構(gòu)成的點(diǎn)陣則分別為正方形網(wǎng)格點(diǎn)陣、正三角形網(wǎng)格與正六角形點(diǎn)陣。上述各象素分割方案中，正方形網(wǎng)格點(diǎn)陣是實(shí)際常用的。對(duì)一個(gè)正方形點(diǎn)陣，若任一象素沿水平與垂直方向上與相鄰象素間距為1，則該象素沿斜線方向上的間距為1.414.第三十八頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖像數(shù)字化第三十九頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四十頁(yè)，共四十九頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.采樣

采樣就是把在時(shí)間上和空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成為離散的采樣點(diǎn)（即象素）集的一種操作。由于圖像是一種二維分布的信息，為要對(duì)它完成抽樣操作，就需要先將二維信號(hào)變?yōu)橐痪S信號(hào)，再對(duì)一維信號(hào)完成采樣。具體做法是，先沿垂直方向，按一定間隔以上到下順序地沿水平方向直線掃描的方式，取出各水平行上濃淡（灰度）值的一維掃描線。而后再對(duì)該一維掃描線信號(hào)按一定間隔采樣得到離散信號(hào)。即先沿垂直方向抽樣，再沿水平方向抽樣兩步完成采樣操作。對(duì)于運(yùn)動(dòng)圖像（即時(shí)間域的連續(xù)圖像），還需先在時(shí)間軸上采樣，即先在時(shí)間軸上采樣，再沿畫(huà)面垂直方向采樣，最后再沿畫(huà)面水平方向上抽樣這樣三步完成采樣操作。

若采樣結(jié)果每行（即橫向）象素為M個(gè)，每列（即縱向）象素為N個(gè)，則整幅圖像大小為M×N個(gè)象素。在進(jìn)行采樣時(shí)，采樣點(diǎn)間隔的選取是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。它決定了采樣后的圖像忠實(shí)地反映原圖像的程度?；蛘哒f(shuō)，采樣間隔大小的選取要根據(jù)原圖像中包含何種程度的細(xì)微濃淡變化來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，圖像中細(xì)節(jié)越多，則抽樣間隔應(yīng)越小。根據(jù)一維采樣定理，若一維信號(hào)g(t)最大頻率為ω，若用T≤1/2ω為間隔進(jìn)行抽樣后，則根據(jù)抽樣結(jié)果g(iT）i=…-1