第二章頻率域圖像增強(qiáng)

第二章頻率域圖像增強(qiáng)第1頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容圖像的視覺感知圖像的獲取圖像取樣和量化圖像的表示第2頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、人眼結(jié)構(gòu)(睫狀體)(角膜)(虹膜)（晶狀體）（視網(wǎng)膜）(鞏膜)(脈絡(luò)膜)（玻璃體）一、圖像的視覺感知第3頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、人眼視覺感知一、圖像的視覺感知第4頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、人眼視覺感知①神經(jīng)節(jié)細(xì)胞②感光細(xì)胞③桿狀細(xì)胞④錐狀細(xì)胞①雙極細(xì)胞②錐狀細(xì)胞③桿狀細(xì)胞一、圖像的視覺感知第5頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月椎狀細(xì)胞(cones):~600-700萬(wàn)個(gè)，感知色彩信息;桿狀細(xì)胞(rods):~7500-1500萬(wàn)個(gè)，提取亮度信息。一、圖像的視覺感知第6頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月conesrods一、圖像的視覺感知第7頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Luminance(亮度，輝度)

3、術(shù)語(yǔ)（物理）Illuminance

(照度)

Illuminance

istheamountoflightincidentonthe

surface.Reflectance(反射率)

Reflectance

istheproportionofincidentlightthatisreflectedfromasurface.Reflectance(albedo,反照率)，[0~1]/[0%~100%]，0-idealblack，1~idealwhite.Luminance

istheamountofvisiblelightthatcomestotheeyefromasurface.一、圖像的視覺感知第8頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Lightness

(明度)

3、術(shù)語(yǔ)（主觀）Brightness(光亮度)

Brightnessistheperceivedintensityoflightcomingfromtheimageitself,ratherthananypropertyoftheportrayedscene.Brightnessissometimesdefinedasperceivedluminance.Lightness

istheperceivedreflectanceofa

surface.Itrepresentsthevisualsystem’sattempttoextract

reflectancebasedontheluminancesinthescene.一、圖像的視覺感知第9頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月入射到觀察場(chǎng)景的光源總量；入射分量，取決于照射源。正比于物理源的輻射能量。物體反射光的總量；反射分量，取決于成像物體的特性。4、圖像形成模型一、圖像的視覺感知第10頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、圖像形成模型f(x,y)i(x,y)r(x,y)一、圖像的視覺感知第11頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月視覺的空間特性人眼的空間分辨能力為1’(1/60度)；灰度分辨能力大約64級(jí)。視覺的時(shí)間特性

活動(dòng)圖像的幀頻至少是15幀/s的時(shí)候，人眼才有圖像連貫的感覺。4、人眼的視覺特性與錯(cuò)覺一、圖像的視覺感知第12頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、人眼的視覺特性與錯(cuò)覺Brightness(亮度)

區(qū)分第13頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、人眼的視覺特性與錯(cuò)覺

視覺錯(cuò)覺a正方形輪廓b圓形輪廓c等長(zhǎng)d45度平行線第14頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Findablackdot!

4、人眼的視覺特性與錯(cuò)覺第15頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Whatdoyouseehere?Avaseortwomenlookingateachother?Seeifyoucanfindthemboth.BlackorWhite?第16頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Motionillusions

Thismeansthatmikemayseethestandardmotionillusions.BarberPole.第17頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月HumanMotionSystemIllusorySnakes第18頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可見光：0.38~0.75um；紅外線：0.75~1000um(>10個(gè)倍頻)二、圖像的獲取與顯示

1、光與電磁波譜（ElectromagneticSpectrum）第19頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月可見光譜：可見波段：0.38-0.75um；子波段:

紫、藍(lán)、綠、黃、橘黃、紅色；物體顏色：物體反射光的性質(zhì)決定；彩色光源質(zhì)量：

—發(fā)光強(qiáng)度（Radiance）

—光通量（luminance）

—光亮度（Brightness）二、圖像的獲取與顯示第20頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、圖像的獲取與顯示不可見光譜?Gamma-ray和X-ray：醫(yī)學(xué)和天文學(xué)?

紅外成像（Infraredimaging）：近、中、遠(yuǎn)、極遠(yuǎn)紅外；?

微波成像（Microwaveimaging）；?

紫外成像；?

THz波（太赫茲波）

THz射線（太赫茲射線）是從上個(gè)世紀(jì)80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科學(xué)家們將統(tǒng)稱為遠(yuǎn)紅外射線。太赫茲波是指頻率在0.1THz到10THz范圍的電磁波，波長(zhǎng)約0.03~3mm范圍，介于微波與紅外之間。第21頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月頻率：0.1THZ---10THZ(3mm-0.03mm)宏觀電子學(xué)向微觀光子學(xué)過渡階段THZ波第22頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月THz波帶很寬:0.1~10THz,而且單個(gè)THz脈沖就包含非常寬的帶寬。THz波頻率很高,是微波的1000倍以上,所以空間分辨率很高.由于THz通常由相干電流驅(qū)動(dòng)的偶極子振蕩或由相干的激光脈沖通過非線性光學(xué)參量、差頻過程產(chǎn)生。因此,THz波具有很高的時(shí)間和空間相干性。THz波能量低，當(dāng)頻率恰好為1THz時(shí),光子能量只有大約4meV,因此它不會(huì)對(duì)被檢測(cè)的生物組織產(chǎn)生有害的電離,在醫(yī)學(xué)成像方面有很好的應(yīng)用前景。穿透性強(qiáng)，除了金屬和水對(duì)THz有較強(qiáng)吸收,THz對(duì)其他物質(zhì)都有很好的穿透性,因此,THz波在安全檢查,反恐領(lǐng)域的應(yīng)用前景被人們普遍看好。THZ波輻射的特點(diǎn)第23頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月紅外熱成像鋼包檢測(cè)熱風(fēng)爐檢測(cè)第24頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振(MRI)成像第25頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月X-RAY成像第26頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Gamma-rays成像第27頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要參數(shù)：采樣尺寸圖像尺寸物理參數(shù)灰度級(jí)別

2、圖想獲取與采集（1）單個(gè)傳感器（2）數(shù)字化器組成人工光源光傳感器掃描裝置二、圖像的獲取與顯示第28頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.CCD與CMOS圖像傳感器

圖像傳感器

(imageSensor)CCD

電荷耦合器件（ChargeCoupleDevice）

特點(diǎn)：

靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、功耗高。

二、圖像的獲取與顯示第29頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月帶狀傳感器成像

第30頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線陣CCD第31頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月陣列傳感器成像第32頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月面陣CCD

能在x、y兩個(gè)方向都能實(shí)現(xiàn)電子自掃描，可以得二維圖像。第33頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.CCD與CMOS圖像傳感器CMOS

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體

（Complementarymetaloxidesemiconductor）

特點(diǎn)：

集成度高、功耗低（不到CCD的1/3）、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對(duì)光源要求高。二、圖像的獲取與顯示第34頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CCD/CMOS

GeorgeSmith,WillardBoyle(1969)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者(2009)高錕：光纖傳輸以用于光通信方方面第35頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、圖像取樣和量化圖像的數(shù)字化：取樣和量化

為了便于計(jì)算機(jī)處理，圖像函數(shù)f(x,y)在空間和取值上必須數(shù)字化。連續(xù)圖像數(shù)字圖像離散化NM第36頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖像的數(shù)字化：采樣和量化

圖像的采樣（Sampling)：空間坐標(biāo)(x,y)的數(shù)字化被稱為圖像采樣確定水平和垂直方向上的像素個(gè)數(shù)N、MＮＭ像素（pixel)三、圖像取樣和量化第37頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖像的數(shù)字化：采樣和量化

圖像的量化(Quantization)：取值的數(shù)字化：被稱為圖像灰度級(jí)量化量化處理：將f

映射到Z的處理Z的最大取值：確定像素的灰度級(jí)數(shù)G=2m。fZ三、圖像取樣和量化第38頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像的數(shù)學(xué)表示三、圖像取樣和量化像元坐標(biāo)像元的灰度值（Grayscale)第39頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字圖像的數(shù)學(xué)表示三、圖像取樣和量化第40頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空間分辨率（SpatialResolution)512×512256×256128×12864×64采樣引起的空間分辨率與圖像質(zhì)量數(shù)碼相機(jī)：

3072×2304＝7077888(700萬(wàn)像素)2592×1944＝5038848(500萬(wàn)像素)三、圖像取樣和量化第41頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月灰度分辨率（GrayResolution)量化引起的灰度分辨率與圖像質(zhì)量5122561286484三、圖像取樣和量化第42頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原圖低色調(diào)低對(duì)比度低飽和度第43頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、空間表示0N-1M-1f(x,y)四、圖像的表示第44頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、數(shù)學(xué)描述連續(xù)模型：

f表示圖像的灰度，(x,y)二維空間的連續(xù)變化。離散模型：

經(jīng)過采樣和量化后的數(shù)字圖像就是一個(gè)M×N矩陣。

隨機(jī)場(chǎng)模型

把每一個(gè)像素都看成一個(gè)隨機(jī)過程。四、圖像的表示第45頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、矩陣表示四、圖像的表示第46頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、鄰域：在一定意義下，與該像素相鄰的像素的集合。OOOO*OOOOOOOOOOOOOOOO*OOOOOOOOOOOOOO*OO3×3鄰域5×5鄰域OOOO*OOOO4鄰域N4(p)8鄰域N8(p)這里：3×3鄰域={(x+1,y),(x,y+1),(x-1,y),(x,y-1)}ND(p)=N8(p)-N4(p):對(duì)角鄰域四、圖像的表示第47頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

距離3×3鄰域5×5鄰域4鄰域N4(p)8鄰域N8(p)四、圖像的表示第48頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(1)像素(pixel)

Pixel（Pictureelement），圖像的最小信息單位，通常是一個(gè)整數(shù)，其大小稱為像素值。(2)灰度級(jí)(Gray-level)

表示像素明暗程度的整數(shù)量稱為灰度級(jí)。(3)圖像分辨率(Resolution)

指組成一幅圖像的像素密度，也就是圖幅參數(shù)。對(duì)同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，則說明圖像的分辨率越高，看起來(lái)就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。(4)顯示分辨率

指顯示屏上能夠顯示出的像素?cái)?shù)目。例如，顯示分辨率為640×480表示顯示屏分成480行，每行顯示640個(gè)像素，整個(gè)顯示屏就含有307200個(gè)顯像點(diǎn)。(5)圖像深度（Bpp，Bitperpixel)

指存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)，它也是用來(lái)度量圖像的灰度分辨率。四、圖像的表示5.基本術(shù)語(yǔ)第49頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(6)灰度級(jí)與圖像深度的關(guān)系

1bit(位)——2級(jí)

2bit(位)——4級(jí)

8bit(位)——256級(jí)

24bit(位)——256×256×256（真彩色圖像）

例如：8bit灰度圖的顏色數(shù)。

28=256色

24bit計(jì)算機(jī)真彩色表示的顏色數(shù)目為：

224=256×256×256=16777216色

四、圖像的表示5.基本術(shù)語(yǔ)第50頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般而