《DIP基础》PPT课件

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1、第二章DIP基础人眼视觉要素图像感知与获取图像取样和量化数字图像的基本格式象素间的基本关系本章主要介绍几个与数字图像有关的概念、几种基本的图像传感和获取的手段、图像取样和量化的相关概念、图像在计算机中的表现形式(格式）以及图像象素间的最主要关系。人眼视觉基础虽然DIP主要是基于数学和概率等学科的理论体系发展起来的，但人的视觉直觉在选择某个DIP技术时扮演了中心的角色，一切DIP处理的效果可能都由人的视觉来衡量，尽管其带有很大的主观性。因此，对人视觉的基本了解应该作为我们课程的前提。1.人眼构造及视觉图像人眼的平均直径近似为20m虹膜中央开口（瞳孔）的直径在2～8m

2、m之间视网膜上有两类光接受器：锥状体（cones)和杆状体(rods)每只眼睛锥状体数在600～700万之间，其主要位于视网膜的中间部分（中央凹，辨认图像细节，锥状视觉也称白昼视觉或亮视觉。杆状体数约7500到15000万个，分布在视网膜表面，感受总体图像，称夜视觉或暗视觉。中央凹是视网膜上直径约为1.5mm的圆形缺口，可以近似看作1.5×1.5的方形传感器阵列。该区域锥状体的密度大概为150000/mm2，因此大概共有337000个元素。根据原始分辨能力计算，一5mm×5mm大小的中等分辨率的电荷耦合器件（charge-coupleddevice,CCD)大约有

3、这么多敏感元素。人眼的横截面图视网膜上杆状体和锥状体的分布曲线人眼中的图像焦深：晶状体的中央到视网膜间的距离，大约17mm~14mm，其折射能力最小到最大。像大小计算：15/100=h/172.亮度适应性和辨别力在呈现图像处理结果时，人眼区分不同亮度/强度水平的能力是一个要考虑的重要方面。人视觉系统所能适应的的光强度范围是非常宽的，达1010数量级，主观亮度(subjectivebrightness)是光强的对数函数。但人的视觉不可能同时在整个范围内工作，其能同时辨别的光强度级范围是很小的（brightnessadaptation)。在所观察对象的亮度适应级发生改

4、变时，人眼有一个逐渐适应的过程。在某个特殊适应水平的主观亮度敏感范围亮度鉴别能力和光幻觉实验:a)韦伯比（WeberRatio)ΔIC/I，右边曲线表明当背景亮度增加时，视觉辨别力明显增加，也即韦伯比减少。这与杆状体和锥状体表现的功能是一致的。b)马赫带效应（MachBandsEffect)：人眼所感觉的亮度并不死强度的简单函数，Mach效应（1865年由ErnstMach所发现的现象）表明视觉系统有趋向于过高或过低估计不同亮度区域边界值的现象。c)同时对比度实验d)光幻觉（Opticalillusions)光幻觉是人视觉系统所特有的，迄今还没有清楚的解释。由于以

5、上各种特殊现象，在进行图像处理时，应该采取一些特殊的补偿措施。图像感知与获取1.单个传感器模拟电视摄像机扫描原理：单传感器+线性扫描+旋转2.传感器带与阵列图像取样和量化产生一副数字图像：a)连续图像；b)从A到B的扫描线；c)采样和量化；d)数字扫描线1.基本过程：其结果产生一副二值或非二值图像数字图像：空间量化+幅值量化示例：2.数字图像表示2.1坐标定义：2.2二值图像：2.3非二值图像2.4数学表示和大小计算在某些讨论，尤其是数学计算中，可以用传统的矩阵表示方法来表示数字图像和象素。通常要求灰度级的是2的整数次幂：L＝2k,这样一副M×N大小的数字图像所需

6、要的存储位数b为：b=M*N*k当一副图像有2k级灰度时，通常称该图像为k位图像。如256级灰度图像就叫8位图像。2.5空间和灰度/幅度分辨率空间分辨率：一副图像中可分辨的最小细节，或单位距离可分辨的最少数目的线对。灰度分辨率：可察觉的最小灰度变化（主观的）当实际的物理分辨率测量不必要时，通常就称数字图像的大小为空间分辨率，而灰度级数为灰度分辨率。这样，图像的空间分辨率主要由采样决定，而幅度分辨率主要由量化所决定。且一般都将这些量取作2的整数幂。图像空间分辨率产生的结果：注意后5副图像都通过行和列复制的方法重采样到了512×512图像幅度分辨率产生的结果：2.6混

7、叠(aliasing)效应和莫尔图（MoirePattern，晶格光干涉效应）其曲线下面面积有限的函数能展开成各种不同频率的正弦波和余弦波的组合（在后面的频率域图像增强技术中将进行详细的讨论）。当函数具有无限持续期和最高频率为有限时（带限函数），根据Shannon采样定理，如果采样频率等于或大于函数最高频率的两倍，则该函数就可根据其采样完全重建。如果低于两倍（欠采样），则会发生混叠现象，并将引入多余的频率分量，称为混叠频率。实际情况中（周期函数除外），采样定律总是难以满足，因为所处理的采样数据总是有限的。加窗可以把无限持续期函数转变成有限持续期，但同时也把频率扩展

8、到了无限，