数字图像处理第二章

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1、人眼与亮度视觉色度学基础与颜色模型图像的数字化数字图像的描述象素间联系图象运算图象显示第二章图像和视觉基础1人眼与亮度视觉1人眼结构人眼的机理与照相机类似：瞳孔：透明的角膜后是不透明的虹膜，虹膜中间的圆孔称为瞳孔，其直径可调节，控制进入人眼内之光通量(照相机光圈作用)。晶状体：瞳孔后是一扁球形弹性透明体，其曲率可调节，以改变焦距，使不同距离的图在视网膜上成象(照相机透镜作用)。人眼成象过程：视网膜上集中了大量视细胞，分为两类。锥状细胞（约600万）：明视细胞，在强光下检测亮度和颜色；每个锥状视细胞连接着一个视神经末

2、梢，故分辨率高，分辨细节、颜色；杆(柱)状细胞（约1.25亿）：暗视细胞，在弱光下检测亮度，无色彩感觉。多个杆状视细胞连接着一个视神经末梢，故分辨率低，仅分辨图的轮廓。1人眼与亮度视觉1人眼与亮度视觉1人眼与亮度视觉马赫带同时对比2色度学基础学与颜色模型2.1彩色的描述原理可视光区的波长在400nm~700nm，当光谱采样限制到三个人类视觉系统敏感的红、绿、蓝光波段时，对这三个光谱带的光能量进行采样，就可以得到一幅彩色图像。通常我们研究的范围包括红外区、可见光区一直到紫外光区。400nm700nm紫外光红外光可见光

3、区546.1nm435.8nm780nm2.2多光谱图像光谱采样不限于三个波段，即为多光谱图像。其研究课题最多的是在遥感领域。各种表示颜色的方法，称做表色系统。面向机器（如显示器、摄像机、打印机等）的RGB模型面向颜色处理（也面向人眼视觉）的HSI（HSV）模型。2.3几种常用的表色系统一、RGB色系国际照明委员会（CIE）规定以700nm(红)、546.1nm(绿)、435.8nm(蓝)三个色光为三基色。又称为物理三基色。自然界的所有颜色都可以通过选用这三基色按不同比例混合而成。2色度学基础学与颜色模型2.3几种

4、常用的表色系统一、RGB色系二、HSI色系这种彩色系统格式的设计反映了人类观察彩色的方式。如：红色又分为浅红和深红色等等。2.3几种常用的表色系统I(Intensity)：表示光照强度或称为亮度，它确定了像素的整体亮度，而不管其颜色是什么。H(Hue)：表示色度，由角度表示。反映了该颜色最接近什么样的光谱波长（既彩虹中的那种颜色）0o为红色，120o为绿色，240o为蓝色。0o到240o覆盖了所有可见光谱的颜色，240o到300o是人眼可见的非光谱色（紫色）。2.3几种常用的表色系统S(saturation)：表示

5、饱和度，饱和度参数是色环的原点到彩色点的半径长度。在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为1。在中心是中性（灰）影调，即饱和度为0。饱和度效果示意图色度效果示意图亮度效果示意图1.RGB到HSI的转换：2.3几种常用的表色系统2.HSI到RGB的转换2.HSI到RGB的转换2）2.3几种常用的表色系统2.3几种常用的表色系统表色系统转换YUV模型用于PAL制式的电视系统，目的是为了可以与黑白电视兼容，及压缩。Y表示亮度，U，V表示色差信号。电视信号在发射时，转换成YUV形式，接受时还原成RGB三基色信号。Y

6、UV空间相当于对RGB空间做了一个解相关的线性变化。U和V的比值决定色调，而(U2+V2)1/2代表颜色的饱和度。三、YUV电视信号表色系2.3几种常用的表色系统1.RGB到YUV的转换三、YUV电视信号表色系2.3几种常用的表色系统2、YUV到RGB的转换图像的数字化：将模拟图像离散化后得到用数字表示的图像。把图像分割成如图所示一个个小区域（像元或像素），并将各小区域的灰度用整数表示，形成一幅数字图像。它包括采样和量化两个过程。像素的位置和灰度是像素的属性。3图像的数字化3.1采样将空间上连续的图像转换成离散的采

7、样点（即像素）集的操作称为采样。由于图像是二维分布的信息，所以采样是在x轴和y轴两个方向上进行。3图像的数字化3.1采样二维（均匀采样）函数：均匀采样：3图像的数字化采样函数s(x,y)的图示原图像和采样图像的频谱采样图像的频谱是原图像频谱沿u、v方向分别以为周期延拓而得。3图像的数字化3图像的数字化一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现马赛克效应；采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。3.1采样3图像的数字化3.2量化将像素的明暗信息（灰度）

8、离散化为整数值的过程称为量化。若连续灰度值为z，对于zi≤z≤zi+1的z值，都量化为整数qi。qi称为像素的灰度值，z与qi的差称为量化误差。考虑到人眼的识别能力，目前非特殊用途的图像均为8bit量化，即用0~255描述“黑~白”。一幅数字图像中不同灰度值的个数称为灰度级数。一幅大小为M×N、灰度级数为G(=2g)的图像所需的存储空间，即图像的数据量，大小