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1、数字图像处理第二章数字图像处理基础视觉感知要素图像感知和获取图像取样和量化象素间的一些基本关系线性和非线性操作2.1视觉感知要素眼睛的构造:(人眼包含有三层膜)眼角膜与巩膜外壳脉络膜(前面睫状体虹膜晶状体)视网膜(视网膜表面的分离光接收器提供图案视觉,分为锥状体、杆状体)锥状体:位于视网膜中间,对颜色灵敏度高,分辨图像细节.白昼视觉杆状体:分布在视网膜表面,无彩色感觉,在低照明度下对图像较敏感，用来给出视野内一般的总体图像.夜视觉2.1视觉感知要素视网膜上锥状体和杆状体的分布晶状体成像晶状体成像与普通光学透镜原理类似,但晶状体可以
2、根据需要调整曲率半径,分别对远处和近处的物体聚焦.2.1视觉感知要素人眼对不同亮度的适应和鉴别能力亮度适应范围:1010量级10-6ml到104ml实验表明,主观亮度是进入眼睛亮度的对数函数亮度适应现象:人眼并不能同时在整个范围内工作,而是利用改变整个灵敏度来完成这一大变动的.亮度适应级：视觉系统当前的灵敏度级别2.1视觉感知要素辨别光强度变化的能力典型实验韦伯比可辨别增量的50%图2.5用于描述亮度辨别特性的基本实验图2.6作为强度函数的典型韦伯比当背景光保持恒定时,改变其他光源亮度,从不能察觉到可以察觉间变化,一般观察者可以辨
3、别12到24级不同强度的变化.2.1视觉感知要素人眼感觉亮度并不是简单的强度函数例1:马赫带2.1视觉感知要素例2:背景变亮,相同强度的方块变暗2.1视觉感知要素视觉错觉2.1视觉感知要素电磁波谱可以用波长()、频率()或能量来描述c光速h普朗克常量2.2光和电磁波谱2.2光和电磁波谱电磁波是能量的一种，任何有能量的物体，都会释放电磁波。2.2光和电磁波谱人从物体感受的颜色由物体反射光决定若所有反射的可见光波长均衡，则物体显示白色有颜色的物体是因为吸收了其他波长的大部分能量，从而反射某段波长范围的光。没有颜色的光叫单色光，灰度级通
4、常用来描述单色光的强度，其范围从黑到灰，最后到白。在原理上，如果可以开发出一种传感器，能够检测由一种电磁波谱发射的能量，就可以在那一段波长上对感兴趣的物体成像。2.2光和电磁波谱灰度和色彩彩色模型:RGB加色法CMY,CMYK减色法HSB(色泽,饱和度,明亮度)2.3图像感知和获取我们感兴趣的各类图像都是由“照射”源和形成图像的“场景”元素对光能或吸收相结合而产生的。2.3图像感知和获取把照射量变为数字图像的传感器装置2.3图像感知和获取用单个传感器获取图像2.3图像感知和获取用带状传感器获取图像2.3图像感知和获取用传感器阵列获
5、取图像2.3图像感知和获取图像形成模型在特定坐标(x,y)处，通过传感器转换获得的f值为一正的标量。函数f(x,y)由(1)入射到观察场景的光源总量(2)场景中物体反射光的总量组成。单色图像在任何坐标(x0,y0)处的强度为图像在该处的灰度级l＝f(x0,y0),显然有可以规定灰度级范围为[0,L-1]12.4图像取样和量化获取图像的目标是从感知的数据中产生数字图像，但多少传感器的输出是连续的电压波形，因此需要把连续的感知数据转换为数字形式。这一过程由图像的取样与量化来完成。2.4图像取样和量化获取图像的目标是从感知的数据中产生数
6、字图像，但多少传感器的输出是连续的电压波形，因此需要把连续的感知数据转换为数字形式。这一过程由图像的取样与量化来完成。数字化坐标值称为取样，数字化幅度值称为量化。2.4图像取样和量化2.4图像取样和量化2.4图像取样和量化黑白图像灰度图像彩色图像2.4图像取样和量化黑白图像的数字化2.4图像取样和量化灰度图像的数字化2.4图像取样和量化彩色图像的数字化2.4图像取样和量化图像的非均匀采样：在灰度级变化尖锐的区域，用细腻的采样，在灰度级比较平滑的区域，用粗糙的采样。图像的非均匀量化：非均匀量化是依据一幅图像具体的灰度值分布的概率密度
7、函数,按总的量化误差最小的原则来进行量化.具体做法是对图像中像素灰度值频繁出现的灰度值范围,量化间隔取小一些,而对那些像素灰度值极少出现的范围,则量化间隔取大一些.由于图像灰度值的概率分布函数因图像不同而异,所以不可能找到可用于所有图像的最佳非等间隔量化方法.2.4图像取样和量化数字图像的表示2.4图像取样和量化数字图像的表示本书中表示数字图像所用坐标的约定M,N必须为正数，灰度级取值为2的整数次幂L=2k,为k位图像图像存储量b=M*N*k2.4图像取样和量化N和k变化时存储的比特数2.4图像取样和量化空间分辨率:由取样值决定，
8、图像中可辨别的最小细节灰度级分辨率:灰度级中可分辨的最小变化当没有必要对涉及像素的物理分辨率进行实际度量和在原始场景中分析细节等级时，通常把大小为M×N，灰度为L级的数字图像称为空间分辨率为M×N像素，灰度级为L级的数字像素。2.3图像取样和量化灰
