《图像工程绪论》word版

《《图像工程绪论》word版》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、1绪论1.1人眼视觉与数字图像1.1.1人眼的视觉视觉是人类的重要功能。视觉过程是有多个步骤组成的复杂过程。概括地说，视觉过程有光学过程、化学过程和神经处理过程这三个顺序的过程所构成。1．光学过程人的眼睛是人类视觉系统的重要组成部分，是实现光学过程的物理基础。眼睛是很复杂的器官，单从成像的角度可将眼睛和照相机进行简单的比较。眼睛本身是一个平均直径约为20mm的球体。球体前端有一个晶状体(lens)，对应于照相机的镜头，而晶状体前的瞳孔(pupil)对应于照相机的光圈。球体内壁有一层视网膜(retina)

2、，它是含有光感受器和神经组织网络的薄膜，对应于照相机的胶片。当眼睛聚焦在前方物体上时，从外部射入眼睛的光就在视网膜上成像。晶状体的屈光能力可以由在晶状体周围的睫状体纤维内的压力控制而改变，当屈光能力从最小变到最大时，晶状体聚焦中心和视网膜间的距离可以从约17mm变到14mm。当眼睛聚焦在一个3m以外的物体上的时晶状体具有最小的屈光能力，而当眼睛聚焦在一个很近的物体上的时晶状体具有最强的屈光能力。据此可计算物体在视网膜上的成像尺寸。2．化学过程视网膜表面分布着一个个光接受细胞（光感单元），它们可以接受光的

3、能量并形成视觉图案。光接受细胞有两类：锥细胞(cone),柱细胞(rod)。每个眼内约有6000000~7000000个锥细胞。它们对颜色很敏感。锥细胞又可以分为三种，它们对入射的辐射有不同的频谱响应曲线。人类能借助这些细胞区分细节主要是因为每个细胞各自连接到它自己的神经末梢。锥细胞视觉称为适亮视觉(photopicvision)。每个眼内柱细胞的数量要比锥细胞的多很多，在视网膜表面上大约有75000000~150000000个柱细胞。它们分布面大，但分辨率低，这是因为几个柱细胞都连到同一个神经末梢。柱

4、细胞仅在非常暗的光线下工作，并对低照度较敏感。柱细胞主要是提供视野的整体视像，因为只有一种，柱细胞不感受颜色。例如在日光下（由锥细胞感受到的）鲜艳的彩色物体在月光下变得像无色的，就是由于在月光下只有柱细胞在工作。这种现象叫做适暗视觉(scotopicvision)。视网膜中心也称中央凹(fovea)，是眼睛内对光最敏感的区域。锥细胞在中央凹区域的密度很高。为了解释的方便可把中央凹看做一个1.5mm1.5mm方形传感器矩阵。锥细胞在这个区域的密度约是150000个/,所以近似地说，中央凹里的锥细胞约有33

5、7000个。单从原始分辨能力看，一个目前分辨率比较低的CCD图像采集阵就可以把这么多个光电感受元件集中在一个不超过7mm7mm的接收阵中。由此可见眼睛的分辨能力是可由目前的电子成像传感器所达到的，单这并不表明人类视觉系统的能力已能用电子器件实现了。锥细胞和柱细胞均由色素分子组成，其中含有可吸收光的视紫红质(rhodopsin)。这种物质吸收光后通过化学反应分解成为令两种物质。一旦化学反应发生，分子就不再吸收光。反过来，如果不再有光通过视网膜，化学反应就反过来进行，分子可重新工作（这个过程常需几十分钟）。

6、当光通量增加，受到照射的视网膜细胞数量也增加，分解视紫红质的化学反应增强，从而使产生的视神经元信号变的更强。从这个角度看，视网膜可看做是一个化学实验室，将光学图像通过化学反应转换成其他形式的信息。在视网膜各处产生的信号强度反映了场景中对应位置的光强度。由此可见，化学过程基本确定了成像的亮度或颜色。3．视神经处理过程神经处理过程是一个在大脑神经系统里进行的转换过程。每个视网膜接受单元都与一个神经元细胞相连。每个神经元细胞借助其他的突触再与其他细胞连接，从而构成光神经网络。光神经进一步与大脑中的侧区域连接，

7、并到达大脑中的纹状皮层(striatedcortex)。在那里，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。视觉过程先从光源发光开始。光的模式通过场景中的物体反射进入作为视觉感受器官的左右眼睛并同时作用在视网膜上引起视觉感。视网膜是含有光感受器和神经组织网络的薄膜。光刺激在视网膜上镜神经处理产生的神经冲动沿视神经纤维传出眼睛，通过视觉通道传到大脑皮层进行处理并最终引起视知觉，或者说在大脑中队光刺激产生响应，形成关于场景的表象。大脑皮层的处理要完成一系列工作

8、，从图像存储到根据图像做出响应决策。如果说视感觉主要是从分子的观点来解释对光反应的基本性质，是知觉则主要论述从客观世界接受视觉刺激后如何反应及反应所采用的方式。两者结合构成完整的视觉。1．视感觉和视知觉人们不仅需要从外界获得信息，而且还需要对信息进行加工才能做出决策。所以，人的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、热觉等功能都可以分为感觉和知觉两个层次。感觉是较低的层次，它主要是接收外部刺激。知觉则是处于较高的层次，它主要是将外部刺激转化为有意义的