最新数字图像处理 一说课讲解教学教材.doc

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1、数字图像处理问题：人为什么能分辨出见过一次的东西？眼睛是生物体上十分神奇的器官，人类的眼睛可分辨约一千万颜色。他可以感知光线，是人们获得外界信息最主要的途径；同时，眼睛包括含心理意识在内的丰富信息。一、人眼构造人眼是人身体中最重要的感觉器官，人获取的信息90%以上通过眼睛来获取。人眼的构造决定了人眼成像的原理，同时决定了人眼的特性。人眼相当于一架摄像机或照相机，但在构造方面有别于摄像机和照相机。人眼的成像系统是由角膜、晶状体、前房、后房和玻璃体组成。角膜——直径为11mm的透明膜，镶嵌于巩膜前面圆孔内，其中央部的曲率半径为8mm，周边部比较

2、平坦。晶状体——形似双凸镜的透明组织，由小带纤维悬挂于瞳孔后面，睫状肌收缩时小带松弛，晶状体依靠其本身的弹性而变厚，前后表面的曲度增加，整体屈光度增加，利用看清近处物体，称为调节。在角膜和水晶体之间为虹膜，中间开有一个可以自动控制大小的孔，让适当的光线进来，称为瞳孔。前方、后房——前房为角膜后面、虹膜和晶状体前面的孔隙，充满着房水。后房为位于虹膜后面、睫状体、晶状体周边部之间的孔隙，也充满着房水。房水的主要功能是维持眼内压，并维持晶状体的代谢。玻璃体——一透明胶样组织，充填于视网膜内的空间。占眼球4/5的容积。具有保护视网膜、缓冲震动功能。

3、视网膜——是接近黑的深红色，反光很弱，其上面布满感光细胞。正对眼球中心有一个直径约为2mm的黄色区域，称为黄斑，黄斑中心有一小凹，称为中央凹，面积为1平方毫米。视网膜上面有两种感光细胞，一种叫做视锥细胞，另一种叫做视杆细胞。视锥细胞是像一个玉米的锥形，尖向外，只对较强的光敏感，至少有分别感觉红、蓝、绿三种颜色的视锥细胞存在，因此能够感知颜色。视杆细胞只有一种，因此没有颜色感觉，但灵敏度非常高，可以看到非常暗的物体。视锥细胞在黄斑里面非常集中，尤其是在中央凹里面最为集中，是产生最清晰视觉的地方。视杆细胞恰好在黄斑里面最少，除此之外分布的比较均

4、匀，距离中心10~20度的范围内相对集中些。在比较暗的情况下，视锥细胞就不再起作用了，只能是分布广而相对稀疏的视杆细胞起作用，一次人眼的分辨能力大大下降。中心黄斑部分视力下降到0.05，反而不如黄斑以外，非黄斑区域视力基本不变，最好视力在黄斑附近，大约偏离中心15度左右，为0.1，这时的视力，称为暗视觉。但由于视杆细胞只有一种，因此是分辨不出物体颜色的，因此我们观察星云时，看不出颜色。二、人眼的视觉特征人眼的视觉系统是世界上最好的图像处理系统，但它远远不是完美的。人眼的视觉系统对图像的认知是非均匀的和非线性的，并不是对图像中的任何变化都能感

5、知。例如图像系数的量化误差引起的图像变化在一定范围内是不能为人眼所觉察的。因此，如果编码方案能利用人眼视觉系统的一些特点，是可以得到高压缩比的。对人眼视觉特性的深入研究及由此而建立的各种数学模型，一直是各种图像数字压缩算法的基础。人眼对380～780纳米内不同波长的光具有不同的敏感程度，称为人眼的视敏特性。 衡量描述人眼视敏特性的物理量为视敏函数和相对视敏函数。 　　1.1视敏函数在相同亮度感觉的条件下，不同波长上光辐射功率的倒数可以用来衡量人眼对各波长光明亮感觉的敏感程度。称为视敏函数 K(λ)=1/pr(λ) 。 　　1.2相对视敏函数

6、实验表明，人眼对波长为555纳米的光最敏感，因此把任意波长的光的视敏函数与最大视敏函数值K(555)相比的比值称为相对视敏函数　 　。2.1对比灵敏度  　　人眼对亮度光强变化的响应是非线性的，通常把人眼主观上刚刚可辨别亮度差别所需的最小光强差值称为亮度的可见度阈值。也就是说，当光强I增大时，在一定幅度内感觉不出，必须变化到一定值I+ΔI时，人眼才能感觉到亮度有变化，ΔI/I一般也称为对比灵敏度。因此恢复图像的误差如果低于对比灵敏度，即不会被人眼察觉。此外，高频部分在相同的灵敏度阈值下，色差信号Y-R空间频率只有亮度Y的一半，色差信号Y

7、-B空间频率只有亮度Y的1/4。人眼对于运动图像的对比灵敏度与时间轴上信息的变化速度有关，随着时间轴变化频率的增加，人眼所能感受到的图像信息的误差阈值呈上升趋势，视觉上的这种动态对比灵敏度特性表现为图像序列之间相互掩盖效应。可见度阈值和掩盖效应对图像编码量化器的设计有重要作用，利用这一视觉特性，在图像的边缘可以容忍较大的量化误差，因而可使量化级减少，从而降低数字码率。 　2.2分辨率  　　当空间平面上两个黑点相互靠拢到一定程度时，离开黑点一定距离的观察者就无法区分它们，这意味着人眼分辨景物细节的能力是有限的，这个极限值就是分辨率。研究表明

8、人眼的分辨率有如下一些特点：①当照度太强、太弱时或当背景亮度太强时，人眼分辨率降低。②当视觉目标运动速度加快时，人眼分辨率降低。③人眼对彩色细节的分辨率比对亮度细节的分辨率要差，