數(shù)字圖象處理基礎(chǔ)

第2章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)◆2.1色度學(xué)基礎(chǔ)◆2.2人的視覺特性◆2.3圖像數(shù)字化◆2.4數(shù)字圖像表示形式和特點◆2.5本章小結(jié)DigitalImageProcessing1

2.1色度學(xué)基礎(chǔ)?三基色原理

人眼的視網(wǎng)膜上存在有大量能在適當(dāng)亮度下分辨顏色的錐狀細(xì)胞，它們分別對應(yīng)紅、綠、藍三種顏色，即分別對紅光、綠光、藍光敏感。由此，紅（Red）、綠（Green）、藍（Blue）這三種顏色被稱為三基色。 根據(jù)人眼的三基色吸收特性，人眼所感受到的顏色其實是三種基色按照不同比例的組合。 則任一彩色C可表示為：

C=R+G+B(2.1.1)22.1色度學(xué)基礎(chǔ)?顏色模型

各種表示顏色的方法，稱做顏色模型。目前使用最多的是面向機器（如顯示器、攝像機等）的RGB模型。32.1色度學(xué)基礎(chǔ)RGB模型：在三維直角坐標(biāo)系中，用相互垂直的三個坐標(biāo)軸代表R、G、B三個分量，并將R、G、B分別限定在[0,1]，則該單位正方體就代表顏色空間，其中的一個點就代表一種顏色。如下圖所示。其中，r、g、b、c、m和y分別代表紅色（red）、綠色（green）、藍色（blue）、青色（cyan）、品紅（magenta）和黃色（yellow）。42.2人的視覺特性?人眼的構(gòu)造與機理要點人眼的機理與照相機類似：（1）瞳孔：透明的角膜后是不透明的虹膜，虹膜中間的圓孔稱為瞳孔，其直徑可調(diào)節(jié)，控制進入人眼內(nèi)之光通量(照相機光圈作用)。（2）晶狀體：瞳孔后是一扁球形彈性透明體，其曲率可調(diào)節(jié)，以改變焦距，使不同距離的圖在視網(wǎng)膜上成象(照相機透鏡作用)。（3）視細(xì)胞：視網(wǎng)膜上集中了大量視細(xì)胞，分為兩類：52.2人的視覺特性?人眼的構(gòu)造與機理要點（續(xù)）（3）視細(xì)胞：視網(wǎng)膜上集中了大量視細(xì)胞，分為兩類：錐狀細(xì)胞：明視細(xì)胞，在強光下檢測亮度和顏色；

桿(柱)狀細(xì)胞：暗視細(xì)胞，在弱光下檢測亮度，無色彩感覺。 其中，每個錐狀視細(xì)胞連接著一個視神經(jīng)末梢，故分辨率高，分辨細(xì)節(jié)、顏色；多個桿狀視細(xì)胞連接著一個視神經(jīng)末梢，故分辨率低，僅分辨圖的輪廓。（4）人眼成象過程：6

2.2人的視覺特性?人眼的亮度感覺

(1)圖像“黑”“白”（“亮”、“暗”）對比參數(shù)對比度:c=Bmax/Bmin

，

相對對比度:cr=(B-B0)/B0

(2)人眼亮度感覺范圍 ①總范圍很寬（c=108） ②人眼適應(yīng)某一環(huán)境亮度后，范圍限制 適當(dāng)平均亮度下：c=103

很低亮度下：c=10

(3)同時對比度：人眼對亮暗程度所形成的“黑”“白”感覺具有相 對性，即按對比度c感覺物體亮度對比。DigitalImageProcessing7

2.3圖像數(shù)字化當(dāng)用數(shù)學(xué)方法描述圖像信息時，通常著重考慮它的點的性質(zhì)。一幅圖像可以被看成是空間各個座標(biāo)點上強度的集合。它的最普遍的數(shù)學(xué)表達式為其中x,y,z是空間座標(biāo)，λ是波長，t是時間，I是圖像的強度。這樣一個表達式可以代表一幅活動的、彩色的、立體圖像。對于靜止的、平面的、單色的圖像來說其數(shù)學(xué)表達式可簡化為下式上式說明一幅平面圖像可以用二維亮度函數(shù)來表示。8

2.3圖像數(shù)字化怎樣把圖像用數(shù)字來表示呢?通過圖像數(shù)字化來實現(xiàn)。所謂的圖像數(shù)字化，是指將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。圖像的數(shù)字化包括了空間離散化（即采樣）和明暗表示數(shù)據(jù)的離散化（即量化）。9

2.3圖像數(shù)字化采樣

是指將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點（即像素）集的操作。由于圖像是二維分布的信息，所以采樣是在x軸和y軸兩個方向上進行的。一般情況下，x軸方向與y軸方向的采樣間隔相同。采樣時的注意點是：采樣間隔的選取。采樣間隔太小，則增大數(shù)據(jù)量；太大，則會發(fā)生信息的混疊，導(dǎo)致細(xì)節(jié)無法辨認(rèn)。10

2.3圖像數(shù)字化

（a）（d）

（b）（e）

（c）（f）不同采樣點數(shù)對圖像質(zhì)量的影響(a)256×256,(b)128×128,(c)64×64,（d）32×32,（e）16×16,（f）8×811

2.3圖像數(shù)字化細(xì)節(jié)清晰，數(shù)據(jù)量為100%細(xì)節(jié)無法辨認(rèn)，數(shù)據(jù)量為1%12

2.3圖像數(shù)字化采樣指標(biāo)：分辨率（1）分辨率是指單位距離上像素的個數(shù)。單位：像素/英寸，像素/厘米（如：掃描儀的指標(biāo)300dpi）（dotperinch）（2）分辨率或者是指要精確測量和再現(xiàn)一定尺寸的圖像所必需的像素個數(shù)。單位：像素*像素

（如：數(shù)碼相機指標(biāo)30萬像素（640*480））1英寸=2.54厘米13

2.3圖像數(shù)字化量化是將各個像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來表示。一般的量化值為整數(shù)。充分考慮到人眼的識別能力之后，目前非特殊用途的圖像均為8bit量化，即采用0～255的整數(shù)來描述“從黑到白”。在3bit以下的量化，會出現(xiàn)偽輪廓現(xiàn)象。14

2.3圖像數(shù)字化偽輪廓現(xiàn)象原圖像15幅度分辨率變換對圖像的影響（舉例）灰度量化對圖像的影響（舉例）

（a）（d）

（b）（e）

（c）（f）圖2.3.6不同灰度級對圖像質(zhì)量的影響（a）K=256，（b）K=128，（c）K=32,（d）K=16，（e）K=4，（f）K=2DigitalImageProcessing16

2.3圖像數(shù)字化量化可分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是簡單地在灰度范圍內(nèi)等間隔量化。非均勻量化是對像素出現(xiàn)頻度少的部分量化間隔取大，而對頻度大的量化間隔取小。17▓

2.4數(shù)字圖像表示形式和特點數(shù)字圖像的矩陣表示DigitalImageProcessing18▓2.4數(shù)字圖像表示形式和特點數(shù)字圖像的特點：1.信息量大一幅遙感圖像大小為1024*1024,每個像素用32bit表示

，則容量為1024X1024X4byte=4Mbyte2.占用頻帶寬與語音信息相比，圖像信息占用的帶寬要大幾個數(shù)量級。如電視圖像約為5.6MHZ，而語音僅為2KHz左右。因此，處理的難度大，成本高。這就對圖像（頻帶）壓縮提出了必須（很高）的要求。3.像素間相關(guān)性大(1)同幅內(nèi)相鄰像素間具有相同（或相近）灰度的可能性很大(r≥0.8)；(2)運動圖像的相鄰幀對應(yīng)像素間相關(guān)性更大。綜上（1）和（2）說明，圖像壓縮的潛力（可能性）很大。4.視覺效果的主觀性大。DigitalImageProcessing19▓▓▓2.5本章小結(jié)引入了三基色的概念，RGB顏色模型，將彩色圖像用三個灰度圖像表示出來。從人的視覺特性入手，介紹了視覺成像特性，給出了圖像數(shù)字化方法，包括采樣和量化。給出了數(shù)字圖像的表示方法及數(shù)字圖像的四大特點。DigitalImageProcessing20▓▓習(xí)題2、30萬（0.3M）、80萬（0.8M）

、300萬(3M)、1200萬（12M）像素的數(shù)碼相機拍攝的圖像的最大尺寸是多少（長寬比為4：3）？如果每個像素用24位真