《图像重建》PPT课件

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1、数字图像处理学第7章图像重建（第二讲）7．7重建图像的显示图像重建的目的是对目标进行测量和观察，因此，重建图像中大量信息的直观显示是图像重建的任务之一。人只能观察某些物体的表面特性。早期，常用的三维实体显示装置是用时间序列描述第三维信息，即用二维显示方法显示三维附加信息。采用这种方法的主要问题是单个切片的总信息不能在一幅图像中显示，而是需要一个图像的序列。这种显示方法的直观性是很差的。7．7．1重建图像的显示如果一幅图像是的矩阵，每一个像素包含种可能的灰度，图像的总比特数为：要求图像显示的数目为：如果，，则，。这样一来

2、，每幅图像像素包含的最大信息为：所以，具有1024级灰度的图像每像素可包含10比特的信息量。由于像素之间的相关性，实际的信息量将比这一最大信息量小得多。我们可以用计算每一像素的水平直方图的方法估计在一幅图像中的一阶熵，即：此外，我们还要考虑到分辨率N和每像素比特数之间并不是线性关系，然而，某些心理视觉资料表明对于相同的图像质量，M与N之间的关系必须加以修正。同时，在重建图像的显示方法中必须考虑人的视觉系统对灰度范围和精确度的限制。尽管定量描述有些困难，但实验表明，在最好的观察条件下，人类仅能分辨几十种灰度、几千种不同的

3、颜色和几秒的弧度，而大多数情况下视觉条件都难于达到最佳条件，因此，人眼能分辨的灰度级和颜色都是有限的。7．7．2单色显示实际应用中阴极射线管（CRT）及液晶等平板显示器是典型的输出设备。在图像显示中的线性、量化、开窗口和增强（如平滑、锐化、高通滤波）处理是提高显示质量的必要技术。线性处理是首先考虑的预处理技术。给定一幅数字重建图像，数据和显示器灰度间具有非线性特性，为了获得数据与灰度之间的线性关系，必须考虑视觉条件和人的视觉系统。把人的视觉系统特性也考虑在内的话，数字图像与实际感觉的灰度也是非线性的。这就说明如果没有校

4、正步骤在两种观察条件下都不可能得到最佳图像质量。在CRT的观察条件下，一给定点的发光强度与电压的关系可近似为:发光强度与图像数N成指数关系：如果图像用负幂数来表示，则图像可用表示于是，在发光强度和图像之间就可以得到一个线性关系:对于一个给定的CRT的值很容易测得。7．7．3重建对象的显示重建信息三维矩阵的显示本身就是一个复杂的问题。其中最基本的方法是显示密度信息和表面信息。在大多数应用中，由重建算法所得到的密度信息可以直接在收集了投影数据的几何薄片上显示。第三维信息可以用一组二维图像简单描述显示出来。1．真实感显示近年

5、来，计算机图形学的发展极大的促进了图像三维重建技术的发展。图像三维重建技术与计算机图形学的结合使得重建的三维图像极具真实感。真实感显示的关键技术是浓淡层次和光照模型的运用。三维重建中的光照模型主要有二个主要成分，重建物体的表面特性与照明特性。表面特性又包括物体的表面反射特性和透明特性。反射特性确定照射到物体表面的光有多少被反射，当物体表面对不同波长的光具有不同的反射系数时，就会出现不同的颜色。透明性确定有多少光线从物体中透射过去，对于透明物体，其颜色由透射光决定。照明特性在浓淡处理中与物体表面特性有同等的重要性。如果照

6、明光源是来自各个方向的均匀光，该种光源称之为漫反射光。如果光源是点光源，物体表面会出现高光效应。除此之外，在照明效果中还会出现光线被遮挡的阴影效应。光照模型包括局部光照模型和整体光照模型。局部光照模型只考虑光源的漫反射和镜面反射，而整体光照模型要考虑物体间的相互影响，光在物体间的多重吸收，以及反射和透射。较为著名的局部光照模型有Torrance和Sparrow于1967年提出的Torrance–Sparrow光照模型，BuiTuongPhong于1973年提出的Phong光照模型，Cook和Torrance于1981年

7、提出的Cook–Torrance光照模型等。实用的整体光照模型有Whitted光照模型、Hall光照模型、双向光线跟踪和分布式光线跟踪等。2．简单的光照模型光线照射到物体表面时，它可以被吸收、反射或透射。被吸收的光能转化为热能，而被反射或透射的光能才能使物体可见并呈现颜色。反射光决定于光的成分、光源的几何性质以及物体表面的方向和表面的性质。反射光分为漫反射光和镜面反射光。漫反射光是光穿过物体表面被吸收后重新发射出来的光，它均匀地分布在各个方向，因此，观察者的观察位置是无关紧要的。镜面反射光由物体的外表面反射所产生。La

8、mbert余弦定律总结了点光源照射在完全漫反射体上的光的反射规则，根据这一定律，一个完全的漫反射体上反射出来的光强度同入射光与物体表面法线间夹角的余弦成正比。即：式中，为反射光的强度，为从一点光源发出的入射光的光强，为漫反射系数（），为指向光源方向与表面法向量之间的夹角。图7—18漫反射示意图图7—19镜面反射示意图如图7—18所