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时间:2019-10-14
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1、数字图像处理(DigitalImageProcessing)信息科学与工程学院1第二章图像和视觉基础2.1光的特性2.2视觉系统2.3颜色模型2.4图像的表示2.5邻域、连通、距离22.1光的特性光的本质是电磁波。在电磁波谱中,可见光仅占很窄的一个波谱范围。其波长在0.38~0.76m之间。下图示出电磁波谱的大致划分。可见光的低频率端是红色,高频率段是紫色。从高频到低频的光谱颜色的变化分别是紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。3太阳或灯泡:白色光。当白色光投射到一个物体上时,某些频率被反射,某些则被物体吸收了。除了频率以外,描述光的各种性质还需要另一些特征。在观察光源时,我们的眼睛
2、对颜色(或主频率)和另外两个基本的感觉作出反应。其中之一是亮度,即感受到的光明度。第二个感受的特征是光的纯度或饱和度。一般来说可见光的人的眼睛只能看到可见光部分(波长为0.38~0.76μm).可成像的射线已有多种,如:γ射线:0.003~0.03nm;X射线:0.03~3nm;紫外线:3~300nm;红外线:0.8~300μm;微波:0.3~100cm。这些射线均可以成像。利用图像处理技术把这些不可见射线所成数据加以处理并转换成可见图像,实际上大大延伸了人类视觉器官的功能,扩大了人类认识客观世界的能力。42.2视觉系统2.2.1视觉基础眼睛中的光接受器主要是视网膜中的视觉细
3、胞。有两种类型的视觉细胞,分别称为锥状体和杆状体。锥状体只有在光线明亮的情况下才起作用,它具有辨别光波波长的作用,因此对颜色非常敏感。每个眼睛的锥状体大约有700万个。杆状体比锥状体的灵敏度高,在较暗的光线下就能起作用,但是它没有辨别颜色的能力,又叫夜视觉,所以黑暗中看到的东西没有颜色,其数量大约有1亿三千万个。当眼睛接受到的光包含所有可见光信号,且其强度大体相近时,人们感觉到的是没有颜色的白光。在光源为白光的照射下,若物体能反射80%以上的入射光,则看上去是白色的。若反射光小于3%,物体看上去是黑色的,中间值对应不同程度的灰色。为了表示方便,光强度可以规一化到0~1之间,0
4、对应黑色,1对应白色,中间值对应灰色。5光能本身是无颜色的,颜色是人们眼睛感知光后产生的生理和心理现象。眼睛对光的感觉称为光觉,对颜色的感觉称为色觉,这是眼睛的基本特性。光觉的门限值大约为1×10cd/m(尼特),人眼感觉光的范围的最大值和最小值之比达到1010以上。但人的眼睛并不能同时对这样大范围的明亮程度都作出反应。某一时刻眼睛只能感知很小范围的明亮度。一般情况下,在相同亮度的刺激下,背景亮度不同所感觉到的明暗程度也不同,例如白天我们看不见星星,而夜晚却能看到。同样,在观察颜色时,在图形的色度一样,但背景颜色不一样时,感觉到的图像的色度也不一样。这种现象叫做对比现象。对比
5、现象包括亮度对比和颜色对比。实验表明,在背景亮度比目标亮度低的场合,感觉目标有一定亮度。当背景亮度比目标亮时,看到的目标就有亮的多的感觉。同时,对比效果在背景大的场合比较显著。62.2.2视觉过程1.光学过程15/100=2.55/1772.化学过程主要有锥细胞和柱细胞两种细胞起作用。锥细胞数量少,对颜色很敏感,它在明视觉或亮光视觉中起到主要作用。柱细胞数量多,分辨率比较低不感受颜色并对低照度较敏感,它在暗视觉或微光视觉中起到主要作用。3.神经处理过程每个视网膜接收单元都与一个神经元细胞借助突触(synapse)相连,每个神经元细胞借助其它的突触与其它细胞连接,从而构成光神经
6、(opticalnerve)网络,光神经进一步与大脑中的侧区域(sideregionofthebrain)连接,并到达大脑中的纹状皮层(striatedcortex),对光刺激产生的响应经过一系列处理最终形成关于场景的表象,从而将对光的感觉转化为对景物的知觉。8??这两个图形在视网膜上是固定不动的,但你对它的感觉却是在两种可能图形中动摇。同时感觉到两种有意义的图形是很困难的!92.2.4视觉系统对光的感知特点1.人眼适应的亮度范围(1)总体范围大:从暗视觉门限到眩目极限之间的范围在1010量级(2)具体范围小:一般范围在102量级暗视觉门限眩目极限102.亮度变化的感知人类视
7、觉系统对亮度变化的感知比对亮度本身要敏感,而且对光强度的响应不是线性的,而是对数形式的(即:对暗光时亮度的增加比对亮光时亮度的增加更敏感)。因此,有时会产生一些错觉,如马赫效应等。视觉错觉112.3颜色模型白光通过棱镜,就会折射出颜色的光谱。一般可以分解成红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七色。可见光谱的每部分都有它自己唯一的值,它被称之为颜色,理论上可以选择几百万种颜色。可见光谱可以由多种颜色构成,但是人们一般只看到一种颜色,它是多种颜色混合后结果。因为人眼有把多种颜色相混合的能力。在心理生物学上,颜色由其色
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