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1、第2章图像采集第2章图像采集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1、光学过程15/100=x/17柱细胞：数量多，分辨率比较低，不感受颜色并对低照度较敏感柱细胞视觉：适暗视觉(scotopicvision)暗视觉或微光视觉在弱光下检测亮度，无色彩感觉分辨率低2、化学过程锥细胞：数量少，对颜色很敏感锥细胞视觉：适亮视觉(photopicvision)明视觉或亮光视觉（白昼视觉）在强光下检测亮度和颜色分辨率高2.1视觉过程3、神经处理过程光源发光⇒光模式⇒眼睛⇒视网膜：
2、视感觉神经冲动⇒传出眼睛⇒大脑皮层：视知觉2.1视觉过程视觉＝“视”＋“觉”2.2成像中的空间关系2.2.1成像几何2.2.2观察距离和角度2.2.3景深将3-D客观场景投影到2-D图像平面几何透视变换（成像变换）1、投影变换三个坐标系统：世界坐标系统XYZ摄像机坐标系统xyz图像平面xy从XYZ到xyz，从xyz到xy2.2.1成像几何三个坐标系统XYZ与xyz重合0x,Xy,Yz,Z图像平面(x,y)空间点(X,Y,Z)镜头中心2.2.1成像几何投影变换0x,Xy,Yz,Z图像平面(x,y)空间点(X,Y,Z)(
3、0,0,)镜头中心假设Z>2.2.1成像几何投影变换3-D点投影后的图像平面坐标非线性投影等式（分母含变量Z）2.2.1成像几何2、齐次坐标是将一个原本是n维的向量用一个n+1维向量来表示。在空间直角坐标系中，任意一点可用一个三维坐标矩阵[xyz]表示。如果将该点用一个四维坐标的矩阵[KxKyKzK]表示时，则称为齐次坐标表示方法。在齐次坐标中，最后一维坐标K称为比例因子。2.2.1成像几何齐次坐标可用来将前述非线性（分母中含变量Z）等式表示成线性矩阵形式笛卡尔坐标：齐次坐标：齐次坐标⇒笛卡尔坐标：用第4个坐标量去除
4、前3个坐标量2.2.1成像几何例：直线方程ax+by+c=0一条直线也可用矢量l=[a,b,c]T来表示当k不为零时，矢量[a,b,c]T和矢量k[a,b,c]T表示同一条直线k为任意非零常数齐次坐标：0x,Xy,Yz,Z图像平面(x,y)空间点(X,Y,Z)镜头中心透视变换矩阵2.2.1成像几何齐次坐标用第4项分别去除前3个项2.2.1成像几何逆投影变换将一个图像点反过来映射回3－D空间Z=0,图像平面上一点对应连线上所有共线3－D点的集合2.2.1成像几何逆投影变换要将1个3-D点的坐标从它的图像中完全恢复过来，
5、需要对产生图像点的3-D空间点有一些先验知识（如知道它的Z坐标）2.2.1成像几何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=3400*图像高度/显示线数2.2.2观察距离和角度2.2.3景深一定距离内目标清晰成像的范围2.2.3景
6、深引入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-图像尺寸为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像2.2.3景深特殊情况显微成像：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
7、倍数为50，即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2.3.1光度学2.3.2一个简单的成像模型2.3.3视觉系统对光的感知特点2.3.1光度学辐射度量学(radiometry)研究各种电磁辐射强弱的学科光是一种电磁辐射彩色光400nm—700nm波长的电磁能量光度学(photometry)对可见光的能量计量的学科叫做光度学。研究光强弱的学科。光通量的单位：lm（流明）点光源线度足够小，或距离观察者足够远发光强度I：点光源沿某个方向上单位立体角d内发出的光通量d单位：c
8、d（坎）1cd=1lm/srro点光源(球面度)1、点光源和扩展光源2.3.1光度学点光源立体角（solidangle）是从一点（称为立体角的顶点）出发通过一条闭合曲线上的点的所有射线围成的空间部分，所以立体角表示由顶点看闭合曲线时的视角。可以取一立体角在以其顶点为球心所作的球面上截出的部分面积与球面半径的平方之比作为对该立体角的度量。立体角的
