數(shù)字圖像處理年月PPT課件

1、1視覺研究與圖像技術(shù)的關(guān)系？人眼的構(gòu)造？視覺信息的產(chǎn)生、傳遞和處理？了解視覺特性及視覺模型？2.1 圖像信息技術(shù)中的視覺研究第1頁/共49頁2視覺模型研究視覺模型研究 將視覺系統(tǒng)的功能抽象化為簡單的模型，以此模將視覺系統(tǒng)的功能抽象化為簡單的模型，以此模型為基礎(chǔ)對視覺系統(tǒng)進行研究型為基礎(chǔ)對視覺系統(tǒng)進行研究 對視覺生理和特性并末完全清楚，人類視覺模型對視覺生理和特性并末完全清楚，人類視覺模型的討論，只能建立在假設(shè)和實驗結(jié)果相符合的基的討論，只能建立在假設(shè)和實驗結(jié)果相符合的基礎(chǔ)上礎(chǔ)上 假說假說 建模建模 試驗試驗 修改修改 完善完善第2頁/共49頁31）自動增益控制特性2）閾值特性-噪聲消除3）閾值

2、調(diào)節(jié)特性神經(jīng)元模型第3頁/共49頁4神經(jīng)元模型第4頁/共49頁5黑白視覺模型第5頁/共49頁6眼睛光學(xué)性能桿狀和錐狀細(xì)胞非線性響應(yīng)側(cè)抑制過程時間濾波效應(yīng)黑白視覺模型z z第6頁/共49頁7噪聲的基本概念噪聲的基本概念噪聲的分類噪聲的分類圖像系統(tǒng)噪聲的特點圖像系統(tǒng)噪聲的特點圖像噪聲分析第7頁/共49頁82.3 圖像噪聲分析2.3.1 噪聲的基本概念1 噪聲的定義：妨礙人們感覺器官對所接收的信源信息理解的因素2 噪聲的特點：不可預(yù)測，只能用概率統(tǒng)計方法來認(rèn)識的隨機誤差v 用概率分布函數(shù)和概率密度函數(shù)描述隨機過程但在很多情況下，這樣的描述方法是很復(fù)雜，甚至不可能的，而實際應(yīng)用往往也不必要v 通常是用

3、數(shù)字特征來反映噪聲的特征：均值、方差、相關(guān)函數(shù)等第8頁/共49頁圖像采集量化噪聲熱噪聲等物理對象接收者傳輸和處理光：不均勻的光照電磁：通過輻射耦合噪聲的產(chǎn)生途徑3 噪聲的產(chǎn)生第9頁/共49頁10噪聲的分類外部噪聲外部噪聲: :系統(tǒng)外部干擾通過電磁波或經(jīng)電源串進系統(tǒng)外部干擾通過電磁波或經(jīng)電源串進系統(tǒng)內(nèi)部而引起的噪聲系統(tǒng)內(nèi)部而引起的噪聲內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲: :由光和電的基本特性、電器的機械運動、由光和電的基本特性、電器的機械運動、元器件材料本身及系統(tǒng)內(nèi)部電路等引入的噪聲元器件材料本身及系統(tǒng)內(nèi)部電路等引入的噪聲根據(jù)噪聲的產(chǎn)生原因平穩(wěn)噪聲:統(tǒng)計特性不隨時間變化的噪聲非平穩(wěn)噪聲:統(tǒng)計特性不隨時間變化的噪聲

4、根據(jù)統(tǒng)計理論觀點高斯噪聲：幅度分布按高斯分布的噪聲瑞利噪聲：幅度分布按瑞利分布的噪聲伽瑪噪聲：幅度分布按伽瑪分布的噪聲根據(jù)噪聲幅度分布第10頁/共49頁11噪聲的分類白噪聲：頻譜均勻分布的噪聲1/f噪聲：頻譜與頻率成反比的噪聲三角噪聲：與頻率平方成正比的的噪聲根據(jù)頻譜形狀加性噪聲:以混合疊加模式引入的噪聲，輸出圖像為S(t)+n(t) 乘性噪聲:以相乘模式引入的噪聲，輸出圖像為S(t)(1+n(t) 根據(jù)噪聲與圖像的結(jié)合方式第11頁/共49頁12注意：為了分析、處理方便注意：為了分析、處理方便1 1）往往將乘性噪聲近似認(rèn)為是加性噪聲；）往往將乘性噪聲近似認(rèn)為是加性噪聲； 受干擾的圖像受干擾的圖

5、像； 原圖原圖； 噪聲。噪聲。2）總是假定信號和噪聲是互相統(tǒng)計獨立。總是假定信號和噪聲是互相統(tǒng)計獨立。 概率密度分布函數(shù)概率密度分布函數(shù) ,1,U x yI x yn x yU x yI x yn x y)()(),(nfIfnIf,U x y,I x y,n x y第12頁/共49頁13高斯噪聲：高斯噪聲： 22/212zP ze第13頁/共49頁14瑞利噪瑞利噪聲：聲： 2/1zaza0zbza eP zb2/4 44abb第14頁/共49頁15伽瑪噪伽瑪噪聲：聲： 1z01 ! z00bba zbPz22 baba第15頁/共49頁16脈沖噪脈沖噪聲（椒鹽噪聲）：聲（椒鹽噪聲）： z=a

6、 z=b0abPP zP其他第16頁/共49頁現(xiàn)在圖像系統(tǒng)的輸入光電變換經(jīng)常是先把二維圖像信號掃描變換成一維電信號再進行處理加工。最后再將一維電信號變成二維圖像信號。噪聲也存在著同樣的變換方式 ，X和Y方向的噪聲特性會有所不同。2.3.3 圖像系統(tǒng)噪聲特點1 噪聲的掃描變換第17頁/共49頁數(shù)字圖像處理技術(shù)中存在量化噪聲，它在圖像內(nèi)容比較平坦時，出現(xiàn)偽輪廓數(shù)字圖像處理技術(shù)中存在量化噪聲，它在圖像內(nèi)容比較平坦時，出現(xiàn)偽輪廓。 平坦區(qū)域的偽輪廓，可通過顫噪效應(yīng)減弱2 噪聲與圖像的相關(guān)性第18頁/共49頁v 串聯(lián)圖像傳輸系統(tǒng)中，各部分竄入噪聲若是同類串聯(lián)圖像傳輸系統(tǒng)中，各部分竄入噪聲若是同類噪聲，可

7、以進行功率相加，因此信噪比要下降噪聲，可以進行功率相加，因此信噪比要下降v 若不是同類噪聲，應(yīng)區(qū)別對待，而且要考慮視覺若不是同類噪聲，應(yīng)區(qū)別對待，而且要考慮視覺檢出特性的影響檢出特性的影響 3 噪聲的疊加性第19頁/共49頁g=imnoise(I,type,paramete) 當(dāng)Type項選擇“gaussian”時,函數(shù)格式為g=imnoise(I,gaussian,m,var) 當(dāng)Type項選擇“salt & pepper”時,函數(shù)格式為g=imnoise(I,salt & pepper,d) 當(dāng)Type項選擇“speckle”時,函數(shù)格式為g=imnoise(I, spec

8、kle,var)g=I+nI 第20頁/共49頁利用Matlab程序來實現(xiàn)伽瑪噪聲。完成后需要提交程序和輸入輸出參數(shù)說明。 作業(yè)提示：對于任意分布的隨機變量可以通過一個在0，1范圍內(nèi)均勻分布的隨機數(shù)來構(gòu)造。 第21頁/共49頁定義變量為(0,1)區(qū)間內(nèi)均勻分布的隨機數(shù)，可以通過求解如下方程來實現(xiàn)滿足指定概率密度函數(shù)分布的隨機變量。 作業(yè) 1zzF 2/za1F za0zbez zabln 1第22頁/共49頁232.4 圖像質(zhì)量評價了解圖像質(zhì)量的含義？了解圖像主觀評價方法？了解圖像客觀評價方法？了解圖像質(zhì)量評價的發(fā)展？第23頁/共49頁24 1 1 概述概述 圖像質(zhì)量評價是圖像信息工程的基本技

9、術(shù)之一圖像質(zhì)量評價是圖像信息工程的基本技術(shù)之一圖像是人類感知的重要信息源，圖像質(zhì)量對所獲取圖像是人類感知的重要信息源，圖像質(zhì)量對所獲取信息的充分性和準(zhǔn)確性起著決定性的作用信息的充分性和準(zhǔn)確性起著決定性的作用在圖像獲取和處理的各個階段，所采用各項技術(shù)的在圖像獲取和處理的各個階段，所采用各項技術(shù)的優(yōu)劣也都?xì)w結(jié)到圖像質(zhì)量的評價優(yōu)劣也都?xì)w結(jié)到圖像質(zhì)量的評價第24頁/共49頁25第25頁/共49頁262 圖像質(zhì)量的含義1）保真度 描述被評價圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像之間的偏離程度2）可懂度 圖像向人（機器）提供信息的能力 多年來，人們總是希望能夠給出圖像保真度和可懂度的定量測量方法，以作為評價圖像和設(shè)計圖像系統(tǒng)的依

10、據(jù)，但由于目前對人的視覺系統(tǒng)性質(zhì)還沒有充分理解，對人的心理因素還找不出定量化的描述方法，還沒有獲得很好的解決方法。第26頁/共49頁273 3 圖像質(zhì)量評價（評估）的主要方法：圖像質(zhì)量評價（評估）的主要方法： 1 1）主觀評價方法）主觀評價方法 優(yōu)點：直接反映人眼的感覺優(yōu)點：直接反映人眼的感覺 缺點：費時費力，易受觀察者的知識背景、缺點：費時費力，易受觀察者的知識背景、 經(jīng)驗、測試環(huán)境等多種因素的影響經(jīng)驗、測試環(huán)境等多種因素的影響 2 2）客觀評價方法）客觀評價方法 優(yōu)點：方便快捷、容易實現(xiàn)、易于與應(yīng)用系優(yōu)點：方便快捷、容易實現(xiàn)、易于與應(yīng)用系 統(tǒng)結(jié)合統(tǒng)結(jié)合 缺點：難于定量化描述，與人的主觀感受

11、會缺點：難于定量化描述，與人的主觀感受會 有一定的出入有一定的出入第27頁/共49頁284 4主觀保真度評價主觀保真度評價 以人作為圖像的觀察者，對圖像的優(yōu)劣作出主觀以人作為圖像的觀察者，對圖像的優(yōu)劣作出主觀評定。這是目前普遍采用的方法。評定。這是目前普遍采用的方法。 1 1）觀察者）觀察者 外行：未受專業(yè)訓(xùn)練外行：未受專業(yè)訓(xùn)練 內(nèi)行：訓(xùn)練有素內(nèi)行：訓(xùn)練有素 第28頁/共49頁294 4主觀保真度評價主觀保真度評價 2 2）主觀評定方法）主觀評定方法 絕對評價：由觀察者根據(jù)一些事先規(guī)定的評價尺絕對評價：由觀察者根據(jù)一些事先規(guī)定的評價尺度或自己的經(jīng)驗對被評價圖像提出質(zhì)量判斷，度或自己的經(jīng)驗對被評

12、價圖像提出質(zhì)量判斷，“全優(yōu)全優(yōu)度尺度度尺度”第29頁/共49頁304 4主觀保真度評價主觀保真度評價 2 2）主觀評定方法）主觀評定方法 相對評價：觀察者將一批圖像由好到壞進行分類，相對評價：觀察者將一批圖像由好到壞進行分類， “群優(yōu)度尺度群優(yōu)度尺度” 第30頁/共49頁314 4主觀保真度評價主觀保真度評價 以人作為圖像的觀察者，對圖像的優(yōu)劣作出主觀以人作為圖像的觀察者，對圖像的優(yōu)劣作出主觀評定。這是目前普遍采用的方法。評定。這是目前普遍采用的方法。 3 3）主觀評定條件）主觀評定條件 觀察者的人數(shù)：至少觀察者的人數(shù)：至少2020人人 測試條件：與使用條件相匹配測試條件：與使用條件相匹配 評

13、價尺度的選擇：根據(jù)具體條件評價尺度的選擇：根據(jù)具體條件 結(jié)果分析：統(tǒng)計分析結(jié)果分析：統(tǒng)計分析 第31頁/共49頁324 4主觀保真度評價主觀保真度評價 以人作為圖像的觀察者，對圖像的優(yōu)劣作出主觀以人作為圖像的觀察者，對圖像的優(yōu)劣作出主觀評定。這是目前普遍采用的方法。評定。這是目前普遍采用的方法。 第32頁/共49頁335 5客客觀保真度評價觀保真度評價依據(jù)模型的量化指標(biāo)或參數(shù)衡量圖像質(zhì)量。根據(jù)依據(jù)模型的量化指標(biāo)或參數(shù)衡量圖像質(zhì)量。根據(jù)評價算法對參考圖像的依賴程度可分為三類：評價算法對參考圖像的依賴程度可分為三類：全參考客觀評價方法全參考客觀評價方法半?yún)⒖伎陀^評價方法半?yún)⒖伎陀^評價方法無參考客觀

14、評價方法無參考客觀評價方法第33頁/共49頁34 第34頁/共49頁35 “接近程度”的量度：用互相關(guān)函數(shù)R表示: 通常也采用歸一化的互相關(guān)函數(shù)表示： 第35頁/共49頁36( , )( , )( , )e x yf x yf x y誤差均方誤差1122011 ( , )( , )NMxyef x yf x yNM均方根誤差2rmsee第36頁/共49頁3711201ms2 ( , )SNRNMxyf x ye均方信噪比（假定加性噪聲）峰值均方誤差11201pms21 ( , )( , )max ( ( , )NMxyf x yf x yNMef x y第37頁/共49頁386 6圖像質(zhì)量評價

15、的發(fā)展圖像質(zhì)量評價的發(fā)展基于視覺感知的圖像質(zhì)量評價方法基于視覺感知的圖像質(zhì)量評價方法基于視覺興趣的圖像質(zhì)量評價方法基于視覺興趣的圖像質(zhì)量評價方法第38頁/共49頁396 6圖像質(zhì)量評價的發(fā)展圖像質(zhì)量評價的發(fā)展基于視覺感知的圖像質(zhì)量評價方法基于視覺感知的圖像質(zhì)量評價方法1 1、圖像降質(zhì)對人眼視覺的影響是由人眼視覺系、圖像降質(zhì)對人眼視覺的影響是由人眼視覺系統(tǒng)的靈敏度所決定的，而視覺靈敏度是由人眼的統(tǒng)的靈敏度所決定的，而視覺靈敏度是由人眼的視覺細(xì)胞決定視覺細(xì)胞決定2 2、影響像素誤差可視度的因素是誤差周圍的局、影響像素誤差可視度的因素是誤差周圍的局部區(qū)域環(huán)境，而不是整個圖像的背景環(huán)境部區(qū)域環(huán)境，而不

16、是整個圖像的背景環(huán)境第39頁/共49頁406 6圖像質(zhì)量評價的發(fā)展圖像質(zhì)量評價的發(fā)展基于視覺興趣的圖像質(zhì)量評價方法基于視覺興趣的圖像質(zhì)量評價方法1、視覺不僅與生理因素有關(guān)，還在相當(dāng)大的程、視覺不僅與生理因素有關(guān)，還在相當(dāng)大的程度上取決于心理因素度上取決于心理因素2 2、人們在觀察和理解圖像內(nèi)容時往往會不自覺、人們在觀察和理解圖像內(nèi)容時往往會不自覺地對其中某些區(qū)域產(chǎn)生興趣，而對不感興趣區(qū)的地對其中某些區(qū)域產(chǎn)生興趣，而對不感興趣區(qū)的降質(zhì)有時不會察覺降質(zhì)有時不會察覺3 3、人們對于圖像中關(guān)注的區(qū)域卻具有共性，它、人們對于圖像中關(guān)注的區(qū)域卻具有共性，它集中傳遞了整幅圖像所要表達的大部分客觀信息。集中傳

17、遞了整幅圖像所要表達的大部分客觀信息。第40頁/共49頁412.5 彩色圖像的基本知識三基色原理？顏色的基本屬性？彩色模型？第41頁/共49頁421 三基色原理 人的大腦對顏色的感知和理解是一個復(fù)雜過程 一些基本結(jié)論1、物體的顏色由物體的反射光決定2、錐狀細(xì)胞可分為紅、綠、藍三類感受器3、光線作用時，3個感受器產(chǎn)生的興奮程度不同，其組合產(chǎn)生不同的顏色第42頁/共49頁432 顏色的基本屬性.5.2 顏色的基本屬性1 顏色分為彩色和非彩色兩大類2 顏色對人眼的視覺作用：顏色的3個基本屬性v亮度：光波作用于感受器發(fā)生的效應(yīng)；由物體反射系數(shù)決定v 色調(diào)：由物體反射光線中占優(yōu)勢的波長決定；決定了顏色的本質(zhì)v 色飽和度：顏色的鮮明程度；飽和度越大，顏色越深；反射光中白光越多，色飽和度越小3 色調(diào)和飽和度稱為彩色，顏色由彩色和亮度表征第43頁/共49頁443彩色模型 彩色模型是在某些標(biāo)準(zhǔn)下用可接受的方式簡化彩色規(guī)范。 RGB模型：主要用于彩色監(jiān)視器和彩色視頻攝像機 CMY模型：主要用于彩色打印機 HSI模型：更加符合人描述和解釋顏色第44頁/共49頁45 RGB彩色模型 CMY彩