图像和视觉基础

《图像和视觉基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、数字图像处理(DigitalImageProcessing）湖北师范学院教育信息与技术学院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2.3.1CIE色度图2.3.2常用颜色模型2.4图像的表示2.1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0.38～0.76m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。太阳或灯泡等光源发射可见光谱中的全部频率而产生白色光。当白色光投射到一个物体上时，某

2、些频率被反射，某些则被物体吸收了。在反射光中混合的频率确定了人所感受到的物体的颜色。如果在反射光中以低频率为主，则物体呈现红色，此时，可以说光主要含有光谱中红色端的频率。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。这三种特征：主频率、明度和纯度通常用来描述光源的不同性质。通常用色度说明纯度和主频率这两种颜色特征。另外，人的眼睛只能看到可见光部分，但就目前科技水平看，能够成像的并不仅仅是可见

3、光。一般来说可见光的波长为0.38～0.76μm，而迄今为止人类发现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图像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。2.1.1光度学基本概念辐射度量学:是研究各种电磁辐射强弱的学科。光度学：是研究光的强弱的学科，光通量的单位：lm（流明）。点光源:线度足够小，或距离观察

4、者足够远的光源。发光强度I：点光源沿某个方向上单位立体角d内发出的光通量。单位：cd（坎）；1cd=1lm/sr点光源的立体角（solidangle）是从一点（称为立体角的顶点）出发通过一条闭合曲线上所有点的射线围成的空间部分，所以立体角表示由顶点看闭合曲线时的视角。可以取一立体角在以其顶点为球心所作的球面上截出部分的面积与球面半径的平方之比作为对该立体角的度量。立体角的单位是球面度，记为sr。一个球面度对应在球面上所截取的面积等于以球半径为边长的正方形面积时的立体角。扩展光源：有一定发光面积的光源光度学亮度B(单位：cd/m2)

5、为：照度（illumination）一个被光线照射的表面上的照度定义为照射在单位面积上的光通量。设面元dS上的光通量为dF，则此面元上的照度E为：单位：lx（勒[克斯]），1lx=1lm/m2照度是光源对物体辐射的一种量度，比较客观；亮度是观察者对物体表面光强的量度，比较主观。2.1.2一个简单的成像模型图像成像模型可表达为一个2-D亮度函数f(x,y)，因为亮度是能量的量度，一定不为零且为有限值，即：。它受到两个因素的影响，1）入射到可见场景上的光量；2)场景中目标对入射光反射的比率。它们分别用照度成分i(x,y)和反射成分r(x

6、,y)表示。i(x,y)是由光源决定的；r(x,y)是由场景中的目标特性所决定的。有：2.2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胞（两种：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，具有辨别光波波长的作用，因此对颜色非常敏感。锥状体约为700万个/眼睛。杆状体比锥状体的灵敏度高，在较暗的光线下就能起作用，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

7、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对应黑色，1对应白色，中间值对应灰色。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10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

8、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。对比现象包括亮度对比和颜色对比。实