數字圖像處理第2章圖像和視覺基礎

一、人眼與亮度視覺二、顏色視覺三、采樣與量化四、像素間聯系五、算術和邏輯運算六、坐標變換第2章圖像和視覺基礎1一、人眼與亮度視覺1、人眼成像晶狀體視網膜外界圖像光學圖像神經活動電信息傳入大腦獲得圖像感知視網膜視覺接收器視神經纖維人眼成像過程：2視網膜上有柱細胞和錐細胞兩類視覺接收器：柱細胞：細長而薄，數量上約7500萬～1億5000萬，提供視野的整體效果，不感受顏色并對低照度較敏感。錐細胞：短而粗，數量少，約600萬～700萬，對顏色很敏感，它們提供晝視。一、人眼與亮度視覺32、亮度適應和區(qū)分光強的對數主觀亮度強閃光閾值夜視閾值晝視曲線夜視曲線視覺范圍042-2-4-6一、人眼與亮度視覺（1）亮度適應范圍特點1：人眼亮度適應總的動態(tài)范圍相當大42、亮度適應和區(qū)分光強的對數主觀亮度強閃光閾值夜視閾值晝視曲線夜視曲線視覺范圍042-2-4-6一、人眼與亮度視覺（1）亮度適應范圍特點2：外界光強確定后，人眼亮度適應的動態(tài)范圍并不大52、亮度適應和區(qū)分光強的對數主觀亮度強閃光閾值夜視閾值晝視曲線夜視曲線視覺范圍042-2-4-6一、人眼與亮度視覺（1）亮度適應范圍特點3：當外界光強變化時，人眼亮度又適應另一個小的動態(tài)范圍6（2）亮度區(qū)分能力

II+?I?I/I

——稱為韋伯率，體現視覺對亮度的區(qū)分能力。經典實驗：一、人眼與亮度視覺7例：馬赫帶效應一、人眼與亮度視覺8例：同時對比度效應一、人眼與亮度視覺9二、顏色視覺1、顏色基礎400nm紫外光紅外光可見光區(qū)780nm10視網膜中三種錐細胞對彩色的吸收曲線二、顏色視覺11400nm700nm紫外光紅外光546.1nm435.8nm780nm二、顏色視覺12R波長700nmG波長546.1nmB波長435.8nm三基色青Cyan品紅Magenta黃Yellow三補色二、顏色視覺13色調(Hue)：顏色的種類飽和度(Saturation)：顏色的濃淡程度亮度(Intensity)：顏色的明暗程度顏色的3種基本特性二、顏色視覺14（1）每一點對應一種顏色1931年CIE制定了一個色度圖：舌型圖二、顏色視覺15（2）邊界點代表純顏色二、顏色視覺1931年CIE制定了一個色度圖：舌型圖16（3）任意兩點連線表示線上的顏色可由兩點顏色混合形成1931年CIE制定了一個色度圖二、顏色視覺1931年CIE制定了一個色度圖：舌型圖17（4）任意三點形成的三角形內的顏色可由三點顏色混合形成1931年CIE制定了一個色度圖二、顏色視覺1931年CIE制定了一個色度圖：舌型圖18黃(1,1,0)黑(0,0,0)綠(0,1,0)青(0,1,1)藍(0,0,1)品紅(1,0,1)白(1,1,1)紅(1,0,0)2、顏色模型

（1）RGB顏色模型二、顏色視覺19（2）HSI顏色模型黑色白色黃黑綠青藍品紅白紅二、顏色視覺20BRGSHI黑色白色二、顏色視覺21各種亮度下的R、G、B顏色圖二、顏色視覺22彩色圖像的R、G、B和H、S、I各分量的圖示二、顏色視覺23二、顏色視覺24三、采樣與量化對模擬圖像的空間坐標的離散化——空間采樣

對模擬圖像的幅度離散化——幅度量化

數字圖像用一個M×N數組f(x,y)表示：25三、采樣與量化一般灰度級數存儲位數26三、采樣與量化采樣和量化參數對圖像質量的影響27三、采樣與量化采樣和量化參數對圖像質量的影響28四、像素間聯系1、像素的鄰域

r

rpr

r

s

s

p

s

ssrsrprsrs

4-鄰域N4(p)對角鄰域ND(p)8-鄰域N8(p)29

V表示定義連接的灰度值集合，則（1）4-連接：2個像素p和r在V中取值且r在N4(p)中；（2）8-連接：2個像素p和r在V中取值且r在N8(p)中；（3）m-連接：2個像素p和r在V中取值且滿足下列條件之一：①r在N4(p)中；②

r在ND(p)且N4(p)∩N4(r)是空集。1000101102、連接四、像素間聯系30若像素p與像素q相連接，則它們毗鄰。根據連接規(guī)則，毗鄰可分為3、毗鄰8-毗鄰m-毗鄰4-毗鄰100010110四、像素間聯系31毗鄰像素間形成通路，同樣有4、通路8-通路m-通路4-通路100010110100010110四、像素間聯系32若兩個像素之間有一個通路，則稱兩個像素互相連通并形成連通組元。5、連通

100010110四、像素間聯系習題3-3336、距離量度常用的量度方法有三種：歐氏距離：DE(p,q)=[(x-s)2+(y-t)2]1/2

城區(qū)距離：D4(p,q)=|x-s|+|y-t|棋盤距離：D8(p,q)=max(|x-s|，|y-t|)四、像素間聯系34

434

43234

432123432101234321234

43234

434

3333333322222332111233210123321112332222233333333四、像素間聯系35m-連通時像素間距離測量示例在圖中，像素p和q的值均為1：p1sqtp10q0p10q1p11q0p11q1Dm(p,q)=2Dm(p,q)=3Dm(p,q)=3Dm(p,q)=4習題3-436五、算術和邏輯運算1、算術運算兩個像素p、q間的算術運算包括：（1）加法：記為p+q

（2）減法：記為p-q

（3）乘法：記為p*q（4）除法：記為p/q37去除“疊加性”噪聲M=1M=2M=4M=16加法運算應用舉例38生成圖像疊加效果加法運算應用舉例39去除不需要的疊加性圖案例如：電視制作的藍屏技術減法應用舉例40檢測同一場景兩幅圖像之間的變化例如：運動物體的檢測減法應用舉例412、邏輯運算兩個像素p、q間的邏輯運算包括：（1）與：