图像处理课件(数字图像)第二章

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1、第二章数字图像基础22.1视觉感知要素通过长期进化，眼睛和神经系统组成人类视觉的功能已经非常完善，其特征给数字图象处理和计算机视觉研究提供了良好的启示和无限的研究课题。在选择图像处理算法时，人类的直觉起到非常关键的作用。所以，有必要先了解人类视觉感知的基本原理。32.1.1人眼结构42.1.1人眼结构黄斑5眼球壁由三部分组成：巩膜、脉络膜、视网膜。巩膜的前端为角膜。脉络膜充满血管和色素。脉络膜的最前面为虹膜，虹膜上的小孔为瞳孔。角膜、水晶体、水样液和玻璃液组成了这个眼睛的折光系统。视网膜由感光细胞（杆体细

2、胞、锥体细胞）、双极细胞和神经节细胞。6巩膜杆体锥体水平细胞双极细胞无长突细胞感光细胞神经组织神经节细胞视神经78Fig.RelativeresponsecurveforrodsRodsarehighlyresponsivetolight,butseeonlyasinglebandoflight,andthereforecannotdiscriminatecolor.9Fig.RelativeresponsecurvesforconesConesarelessresponsive,butseethreed

3、istinctcolorspectralbandsoflight,enablingcolorvision.102.1.2眼睛的图像形式112.1.3人眼的视觉特性视觉的运动特性视觉的空间频率特性视觉的时间频率特性视觉范围与亮度感觉人眼的分辨力12视觉的运动特性当观看运动着的对象物时，视力或图像分辨率通常都会下降。快速运动的物体很难看清其细节，只能有个粗略轮廓。注视点的分布人在观察景物时注视点容易集中在以下几面：黑白交界处，特别是拐角处；闭合图形内侧；时隐时现、运动变化的部分；特别不规则处（比较奇怪的地方）

4、。13视觉的空间频率特性只有当物体细节大小、细节明暗对比度以及在眼中呈现的时间长短都比较合适时，才能有比较清楚的识别。这就是视觉的空间频率特性和时间频率特性，二者是互相依赖的。对亮度在空间作正弦变化的正弦光栅，求出人眼对不同间距（即周期）的图案的认识程度，就可得到视觉的空间频率特性。这些条纹的物理对比度和感觉对比度之比随空间频率变化的曲线，称为调制传递函数MTF（Modulationtransferfunction）。MTF与测试条件等许多因素有关，但一般情况下呈现在3c/deg（周/度，即每度视角三个周

5、期的正弦条纹）附近具有峰值的带通滤波特性。14视觉的时间频率特性若在视野内将亮度作正弦变化，可得出与空间频率特性相似的时间频率特性，也具有带通特性。15对亮度的自适应和识别能力16II+韦伯数=相对对比度灵敏度阈值或费赫涅尔系数17两个分支说明:在低照明情况下杆体细胞起作用;在正常照度情况下锥体细胞起作用.18人眼的这种特性给景物图像的传送和重现带来了方便。一方面，重现景物的亮度不必等于实际景物的亮度，只需保持二者的最大亮度与最小亮度之比值（此值称为对比度）不变。另一方面，人眼不能察觉的亮度差别在重现

6、景物时也无需复制出来。19人眼的分辨力黑白（亮度）细节分辨力：视觉锐度—人眼对被观测物体上相邻最近两点的视角的倒数。通常，这个视角约1’—1.5’彩色细节分辨力人眼对彩色细节的分辨力远比对亮度细节的分辨力低。这就是对彩色图像压缩时可降低色度信号抽样率的道理。20马赫现象共时对衬（同时对比）Benussi环21222324252627标度失真28视网膜差异效应29人类视觉的弱点:1．人只能感觉可见光波段能量，对其它波段不敏感；2．人眼视场角固定，空间分辨率和灰度分辨率有限；3.人眼有积分效应，对单次图象瞬间

7、变化，快速运动图象分析，存储困难；4．准确测量图象参数能力较差；5．受知识水平差异的影响，人对同一图象的响应不同；6．人是有思想的生物体，视觉受情绪和疲劳程度的影响。302.2光和电磁谱h普朗克常数312.3图像的感知与获取反射(可见光)透射(X射线)322.3.1单个传感器332.3.2带状传感器342.3.3传感器阵列CCD阵列:响应正比于传感器上能量的积分(相对于时间),所以有去噪的能力.362.3.4简单的成像模型i(x,y)为光源的照度,r(x,y)为折射率或透射率.例子：太阳对地球的照度90,

8、000lm/m2，多云天气减少到10,000lm/m2，晴朗夜晚月光的照度为0.1lm/m2。典型办公室的照度1,000lm/m2。黑色天鹅绒的反射率为0.01，不锈钢的反射率为0.65，平面白墙的反射率为0.80，雪的反射率为0.93。372.4图像的采样和量化2.4.1采样和量化的简单概念灰度值域称为图像的动态范围38取样是空间离散化，而量化是幅值离散化。所谓量化是将f（x，y）的连续分布的值域划分成若干个子空间，在同一子