数字视频图像处理ppt电子课件教案第一章数字图像基础

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1、第01章数字图像基础FoundationofDIP第1章数字图像基础人眼的构造视觉心理学——视觉感知特性黑白视觉的数学模型二维空间频率与视频时间信号谱线性移不变滤波器傅里叶变换矩阵表示随机过程及其分类随机场的相关模型随机场的线性系统模型——一阶因果模型图像的逼真度21.1人眼的构造眼睛的主要结构如图1.1所示。外面是一层较硬的膜，其前面一部分是透明的，称为角膜。后面大部分称为巩膜，起外壳作用。膜内是一个空室，称为前室。前室后面是虹膜，虹膜中间有一小孔，称为瞳孔，其直径可在2到8mm间变化，以调节进入眼睛的光通量。瞳孔

2、后面是一个透镜式的水晶体，起透镜作用，把景象的光聚焦到视网膜上去成像。水晶体的后面是眼睛的内腔，称为后室，内有粘液，也起滤光作用，以保护眼睛。后壁则为视网膜，由大量的光敏细胞组成。人眼的构造光敏细胞可分为两类，一类是锥状细胞，另一类是杆状细胞。锥状细胞大约有一亿个以上。它们在视网膜上的分布是很不均匀的，在视网膜中央正对着瞳孔的一个不大的区域里，锥状细胞最多最密，没有杆状细胞，这一区域叫做黄斑。向外离开黄斑越远，视网膜上杆状细胞的数目越多，在接近边缘的地方，几乎都是杆状细胞了。锥状细胞除了能够区别明暗以外，还能辨别光的

3、颜色，即不但能感光，也能感色。但是，杆状细胞却只能感光，不能感色。在亮光时，锥状细胞起作用，能看清彩色景象。人眼的构造在黄斑的中心部分，每个锥状细胞连接着一个神经末梢，因此分辨景象细节的能力强。在远离黄斑的网膜上，神经末梢分布较稀疏，锥状和杆状细胞群接合在一条神经上，所以这些视神经所传递的是这二种细胞群受光刺激后发出的平均电脉冲，故分辨能力差，但是感光灵敏度却高些。视神经在视网膜上汇聚到一点，通向大脑，此点无光敏细胞，称为盲点。视觉是主观对客观的反应，是一种主观感觉。视觉包括光感觉与色感觉，色感觉又有色调与色饱和度之

4、分。色调即颜色的类别，色饱和度指某种颜色的浓度。1.2视觉心理学—视觉感知特性从视觉生理学(psychophysics)的角度，人眼的视觉系统可以被看成一个输入-输出系统，输入是视觉刺激（visualstimuli）,输出是感觉。显然，视觉系统完全可以由这个“黑盒子”的传输函数来定义。光强的感知特性空间频率的感知特性时间的感知特性光强的感知特性定义1：在给定某个亮度环境下，人眼刚好能够区分的2个相邻区域的亮度差别的最小值，称为视觉阈（VisibilityThreshold）。视觉阈值的大小与观察条件（例如周围环境的亮

5、度、邻近区域亮度的变化等）有关。考虑图1.2(a)所示情况，其中环境亮度为，图的中间有一个张角为、亮度为的环，环内包围着一个亮度为的小区域。调节的大小使其刚好能被察觉到与有所不同，则为视觉阈，或者称为临界对比度。它与背景亮度和环境亮度，以及背景和环境的尺寸大小有关。如图1.2(b)所示。在的情况下，视觉阈几乎随线性增长，即为常数，这就是韦伯定律（Weber’slaw）。根据韦伯定律，(1.1)所以(1.2)(1.2)表明人眼对光的主观视觉增量与客观亮度的对数增长成线性关系，即，如图1.3中直线部分所示。图1.3是实验

6、获得的人眼对不同亮度的主观亮度感觉级数曲线。曲线中间有折断点，表示两种细胞的感觉不一样。亮度低时杆状细胞起作用。亮度高时锥状细胞起作用，在某些亮度时二者同时起作用。每一种细胞的感觉曲线的中间部分都近于直线，这表示感觉差一级时，亮度的差并不是常数，而是常数。也就是说，当亮度大时，二者的差别也要大才能感觉到亮度的差别。但在亮度很大或很小时，则与每一感觉级相对应的要更大一些，示如曲线两端的弯曲部分。定义2：眼睛所能感觉到的亮度级差(1.3)称为对比度阈，常称韦伯比（WeberRatio）。韦伯比表示相对某一亮度能引起亮度感

7、觉差别所必需的最小相对亮度变化。在对视频信号的亮度分量进行PCM数/模转换时，通常就是根据上述的视觉阈效应来选择合适的量化级数。另一方面，图1.3的亮度感觉曲线还表明人眼的视觉范围是非常宽阔的，它能感觉亮度低至千分之几cd/m2的光，也能感受亮度高至百万cd/m2的光，差别达这样大的视觉范围是由于眼睛有适应性。这是人眼适应性的第一种表现在实际条件下观看某一景象时，眼睛已适应于景象的某一平均亮度，也就是说已调节到某一平均灵敏度，这时视觉范围就小多了。这是人眼适应性的第二种表现，它说明人眼是绝不可能同时观看图1.3所示那

8、么大的视觉范围的.实验证明，在平均亮度一定时，人眼能观察到亮度差别（即景象层次）的范围如图1.4中虚线所示，图中按不同的平均亮度给出了相应的范围。可见，当平均亮度为一定值时，大约在它周围的范围内，对比度阈保持在比较小的数值，人眼有区别亮度层次的能力。图1.4的曲线还表明，由于人眼的适应性，对于明暗的感觉是相对的，同一个亮度，在某种平均亮度下可能