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1、第2章数字图象的基本概念本章包含内容人眼的视觉原理连续图象的描述图象数字化图象灰度直方图图象的数据结构与图象文件图象的特征与噪声2.1人眼的视觉原理2.1.1人眼构造三层结构:最外层：蛋白质膜(角膜、巩膜)、中间层：虹膜和脉络膜，最内层：视网膜，有大量的光敏细胞，按形状分为锥状和杆状细胞两类。其中白天视觉过程主要由锥状细胞完成，夜晚的视觉主要有杆状细胞完成。2.1.2图象形成人观察景物，光线通过角膜，前室水状液体，水晶体，后室玻璃体，在视网膜的黄斑区成像．视网膜的光敏细胞感受到强弱不同光的刺激，产生强度不同的电脉冲，通过神经纤维传送到视神经中枢．不同位置的光敏
2、细胞产生了和该处光的强弱成比例的电脉冲，于是大脑中形成景物的感觉．2.1.3视觉范围与分辨力视觉范围:指人眼能感受到的亮度范围视敏角：人眼对被观察物体刚能分辨出它最紧邻的两黑点或两白点的视角，如公式所表示：视觉锐度：又叫人眼的分辨力，是指人眼在一定距离内能够区分出相邻两点的能力，一般用视敏角的倒数描述．人眼分辨力决定因素环境照度观察对象的相对对比度个人因素2.1.4视觉适应性和对比灵敏度暗视觉适应性：人眼适应暗环境的能力，这种适应过程大概需要30s。明视觉适应性：图像对比度：图像中最大亮度值与最小亮度值之比,描述图像总体描述亮度差异相对对比度：图像中最大亮度值
3、与最小亮度值之差与最小亮度值之比2.1.5亮度感觉与色觉人眼对亮度差别的感觉取决于相对亮度的变化，可用相对亮度变化描述.积分得亮度感觉:于是可得亮度感觉与亮度B成自然对数关系.人眼的亮度范围很宽.可是当适应某一平均亮度时,其感觉的亮度范围很窄.亮度感觉的相对性给图象传输带来的好处:图象重现的亮度不必等于实际图象的亮度,只要保持两者对比度不变人眼不能感觉出来的亮度差别在重现图象时不必精确复制出来人眼还可以分辨不同的颜色色觉:人眼分辨不同颜色的能力,指的是视网膜对不同波长光的感受特性,即在一般自然光线下分辨各种不同颜色的能力.色觉:色调,亮度,饱和度.物体的色取决
4、于物体对各种波长光线的吸收,反射,透射能力,可分为消色物体和有色物体.消色物体显示黑,白,灰色物体,对光线的吸收不具有选择性,各种波长的光吸收能量一样有色物体:2.1.6马赫带当亮度发生跃变时，会有一种边缘增强的感觉，视觉上会感到亮侧更亮，暗侧更暗,这种现象称为马赫带效应.它是一种主观的边缘效应.2.2连续图像的数学描述一幅图像可以被看作是空间各点光强度的集合。对于二维图像，可以把光强度g看作是随空间坐标（x,y）、光线波长和时间t变化的连续函数：如果只考虑光的能量而不考虑其波长图像在视觉上表现为灰色影像--灰度图像：静止灰度图像：人眼看到的图象是由物体的反射
5、光组成的.可以看成所见场景的照射分量和反射光量组成,图象在(x,y)处的强度图象该点的灰度.灰度l范围[Lmin,Lmax],其中要求Lmin为正,Lmax有限.2.3图像数字化图象数字化是将画面转化为数字图象的过程，主要包括采样和量化两个过程．2.3.1采样采样:将连续的图象换成离散点的操作关键要素:采样间隔,采样孔径,采样方式采样间隔的确定采样孔径的类型采样方式2.3.2量化量化:将采样后离散象素的灰度转换成离散数值的过程.灰度级数(G):一幅图象中不同灰度值的个数灰度级数一般是2的整数幂,即是,从视觉效果来看只要灰度级数大于或等于26.对于一幅行数为M,
6、列数为N的图象,如果采用gbit量化,则该图象占用的存储空间为M*N*g(bit).（a）连续图像（b）数字化结果（c）像素（d）灰度级2.3.3数字图象的表示一幅连续图像f(x,y)被取样，则产生的数字图像有M行和N列。坐标(x,y)的值变成离散值，通常对这些离散坐标采用整数表示：4行5列图像的坐标一幅行数为M、列数为N的图像大小为M×N的矩阵形式为：其中矩阵中的每个元素代表一个像素2.3.4采样，量化和数字化图象数字化方式分为均匀采样，量化和非均匀采样，量化．一般采用前者采样间隔越大，采样象素越少，图象空间分辨率低，质量差；采样间隔越小，采样象素越多，图象
7、空间分辨率高，质量好，数据量大．图2-4不同采样点数对图像质量的影响（a）原始图像(256×256)；（b）采样图像1(128×128)；（c）采样图像2(64×64)；（d）采样图像3(32×32)；（e）采样图像4(16×16)；（f）采样图像5(8×8)量化与数字化图象间的关系量化的等级越多，所得图象层次越丰富，灰度分辨率越高，质量越好，但是数据量大；量化的等级越少，所得图象欠层次，灰度分辨率变低，质量变差，会出现假轮廓现在，但是数据量小．图2-5不同量化级别对图像质量的影响（a）原始图像(256色)；（b）量化图像1(64色)；（c）量化图像2(
8、32色)；（d）量化图像3(16色)；
