图像处理第二章图像采集

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1、二，图象采集2.1视觉过程2.2成像中的空间关系2.3光度学和亮度视觉2.4采样和量化2.1视觉过程—人眼结构视觉和视知觉：视觉是从分子的观点来理解我们对光反应的基本性质。视知觉理论论述如何通过视觉形成关于外在世界的空间表象，所以兼有心理因素。知觉是在大脑中枢进行的一组整合的活动。物体图像是可见光刺激人的视网膜引起的视觉感受；人眼结构：视网膜表面分布着许多光接受细胞；分为锥细胞和柱细胞两大类。锥细胞：约700万个，对颜色很敏感，锥细胞视觉称为明视觉或亮光视觉；柱细胞：约1亿4000万个，分辨率比较低，对低照度较敏感，它们不感

2、受颜色，主要提供视野的整体视像，柱细胞视觉称为暗视觉或微光视觉；锥状体和杆状体的分布视网膜上杆状体和锥状体的分布：是沿视线关于中央凹对称的中央凹作为大小为1.5mmx1.5mm的方形传感器阵列，锥状体数量约为337000个，恰好是一个电荷耦合元件(CCD)中等分辨率的成像芯片可能有这个数量的元素，且接收器阵列不大于5mmx5mm。锥细胞视觉称为明视觉或亮光视觉。眼睛中图像的形成——光学过程观测者看一个距离100m，高15m的树。设x表示视网膜上形成的图像的大小，单位mm，有:15/100=x/17,x=2.55mm(毫米)视

3、觉过程——神经处理过程神经处理过程即为大脑感知成像的过程。光刺激视网膜接收视网膜神经处理视网膜接收视网膜神经处理视觉通道大脑皮层处理1.存储参考图像2.信息处理3.特征提取4.决策5.描述2.2成像中的空间关系2.2.1成像几何——齐次坐标/逆投影变换对应的齐次坐标可表示定义透视变换P这里，ch的元素是齐次形式的摄象机坐标。点的笛卡尔坐标由3-D客观场景映射到图象平面是多对一的变换。利用逆透视变换将3-D空间点从其图象中恢复出来需要知道该点的至少1个世界坐标。2.2成像中的空间关系2.2.1成像几何—投影变换图象采集中需要将

4、3-D客观场景投影到2-D图象平面。这个投影可用几何透视变换(也称为成像变换)描述。2.2.2观察距离和角度正常人视力的角区分能力约为一分在观察感兴趣场景时，需要使其中最小的细节在眼睛的视场中对应一个约一分的弧所对应的角如果一个点在眼睛的视场中对应不到一分的弧所对应的角，则人观察不到这个点如果两个相邻点与眼睛间连线的夹角不到一分，则人分辨不出这两个点2.2.2观察距离和角度给定点尺寸：最远观察距离给定观察距离：能看见的最小点最佳观察距离=3438*图象高度/显示线数2.2.3景深一定距离内目标清晰成象的范围2.2.3景深引入

5、f-因数（焦距f与光圈直径2r的比）景深Z作为D（可允许的不清晰半径）的函数景深Z与镜头的f-因数成正比，而nf→∞的极限对应具有无穷景深的小孔相机2.2.3景深特殊情况拍照：目标距离很远，do»fdi≈f景深与焦距的平方成反比结果是小的焦距导致大的景深2.2.3景深特殊情况复制：目标-图象尺寸为1:1，do≈di≈2f景深现在不依赖于焦距，且与可允许的不清晰半径D有相同的量级只有很小的一个目标区可清晰成象2.2.3景深特殊情况显微成象：目标近，焦距小，do≈f，di»f目标被放大了很多，但景深更小了例：当放大倍数为50，即

6、di/do=50且nf=1，D为5mm，得到的景深只有0.2mm2.3光度学和亮度视觉电磁波谱可用波长、频率或能量来描述。波长(λ)和频率(ν)的关系可用下式描述:λ＝c/ν电磁波谱的各种分量由下式给出E＝hν电磁波可看成是以波长λ传播的正弦波，或者看做没有质量的粒子流，该流以波那样的光速传播，每个粒子包含一定(一束)能量，每束能量称为光子。能量与频率成正比。研究各种电磁辐射强弱的学科称辐射度学。研究光的强弱的学科称光度学，其使用光通量表示光辐射的功率或光辐射量（单位：流明）。量度光通量需要将辐射量用反映人眼光谱响应的特性进

7、行加权以得到对眼睛有效的数量。2.3光度学和亮度视觉——点光源和扩展光源点光源Q沿某个方向r的发光强度I定义为沿此方向上单位立体角内发出的光通量。（单位：cd）照度E——照射在单位面积上的光通量。(lx勒[克斯])亮度B——是在r方向上单位投影面积在单位立体角内发出的光通量。（cd/m2）光通量，发光强度，亮度，照度亮度和照度的关系照度是对具有一定强度的光源照射场景的辐射量的亮度。亮度是在有照度基础上对观察者所感受到的光强的亮度。我们感兴趣的各类图像都是由“照射”源和形成图像的“场景”元素对光能的反射或吸收相结合而产生的。照

8、射可能由电磁能源引起，如雷达、红外线或x射线给特定物体的处理。照射能量可从物体反射或从物体透射。设照度成分i(x，y)和反射成分r(x，y)。则：一般将单色图像f(.)在坐标(x,y)处的亮度值称作图像在该点的灰度值（可用g表示）。简单的图象成象模型2.3.3视觉系统对光的感知特点人眼适应