第02章-圖像處理基本知識(shí)

內(nèi)容提要

人類(lèi)視覺(jué)與色度學(xué)基礎(chǔ)圖像的表示方法基本的圖像處理系統(tǒng)圖像的基本統(tǒng)計(jì)特征MATLAB圖像處理工具箱Photoshop等圖像處理軟件和開(kāi)發(fā)工具1知識(shí)要點(diǎn)人類(lèi)顏色視覺(jué)和色度學(xué)知識(shí)。灰度圖像和彩色圖像的描述方法，重點(diǎn)討論灰度靜止圖像。典型的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。圖像的基本統(tǒng)計(jì)特征。MATLAB圖像處理工具箱、Photoshop等圖像處理軟件入門(mén)初步。22.1

人類(lèi)視覺(jué)與色度學(xué)基礎(chǔ)人類(lèi)色覺(jué)的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。除了光源對(duì)眼睛的刺激，還需要人腦對(duì)光刺激的解釋。人感受到的物體顏色主要取決于反射光的特性。如果物體比較均衡地反射各種光譜，則看起來(lái)是白的。如果物體對(duì)某些光譜反射得較多，則看起來(lái)物體就呈現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的顏色。色度學(xué)：進(jìn)行圖像的彩色分析，建立的研究彩色計(jì)量的學(xué)科。3視覺(jué)系統(tǒng)中存在著桿狀和錐狀細(xì)胞兩種感光細(xì)胞。桿狀細(xì)胞為暗視器官錐狀細(xì)胞是明視器官，在照度足夠高時(shí)起作用，并能分辨顏色。錐狀細(xì)胞大致將電磁光譜的可見(jiàn)部分分為三個(gè)波段：紅、綠、藍(lán)。這三種顏色被稱(chēng)為三基色4圖2.1人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)三類(lèi)錐狀細(xì)胞的光譜敏感曲線5

人類(lèi)視覺(jué)對(duì)顏色的主觀感覺(jué)顏色的三種主觀感覺(jué)：色調(diào)、色飽和度和亮度。色調(diào)（hue）從一個(gè)物體反射過(guò)來(lái)的或透過(guò)物體的光波長(zhǎng)是由顏色種類(lèi)來(lái)辨別的，如紅、橙、綠。色飽和度（saturation）即色純度，指顏色的深淺例如：深紅和淺紅。亮度（brightness）顏色的明暗程度，從黑到白，主要受光源強(qiáng)弱影響。62.1.2三基色原理由三基色混配各種顏色通常有兩種方法：相加混色法。彩色電視機(jī)上的顏色。相減混色法。彩色電影、幻燈片、繪畫(huà)原料相加混色和相減混色的主要區(qū)別：（1）相加法是由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生的各種顏色，而相減法是先有白色光，然后從中減去某些成份（吸收）得到各種顏色。（2）相加混色的三基色是紅、綠、藍(lán)，而相減混色的三基色是黃、青、品紅。相加混色的補(bǔ)色就是相減混色的基色。（3）相加混色和相減混色有不同的規(guī)律。7Grassman定律視覺(jué)對(duì)顏色的響應(yīng)取決于紅、綠、藍(lán)三輸入量的代數(shù)和。（1）所有顏色都可以用相互獨(dú)立的三基色混合得到；（2）假如三基色的混合比相等，則色調(diào)和色飽和度也相等；（3）任意兩種顏色相混合產(chǎn)生的新顏色與采用三基色分別合成這兩種顏色的各自成份混合起來(lái)得到的結(jié)果相等；（4）混合色的光亮度是原來(lái)各分量光亮度的總和。8

顏色向量C的計(jì)算CIE的R、G、B顏色表示系統(tǒng)。選擇標(biāo)準(zhǔn)紅色，綠色和藍(lán)色三種單色光作為表色系統(tǒng)的三基色。顏色向量C紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三刺激值所構(gòu)成的（R，G，B）向量的和構(gòu)成。

C=RR0+GG0+BB0

（2.1）R、G、B為C的三刺激值（tristimulusvalues）（R0，G0，B0）稱(chēng)為原刺激值，是單位向量。9圖2.2顏色的向量表示與光譜三刺激值

（a）顏色的向量表示（b）光譜三刺激值102.1.3光度學(xué)基本知識(shí)光度學(xué)光學(xué)中研究光的輻射、吸收、照射、反射、散射、漫射等度量的學(xué)科同時(shí)結(jié)合視覺(jué)特征來(lái)確定光的度量及吸收的單位。在可見(jiàn)光譜段以外的景物圖像可用類(lèi)似的方法?？梢?jiàn)光譜段以外所形成的圖像，其處理的各個(gè)過(guò)程也常常要變換成人眼可以觀察的圖像例如熱成像、X光照片等11光度學(xué)中的基本概念1.光通量2.發(fā)光強(qiáng)度3.視敏度4.亮度亮度是發(fā)光面的明亮程度的度量，它決定于單位面積的發(fā)光強(qiáng)度，單位為cd/m2。5.照度照度指照射在單位面積上的光通量，單位為勒（lx）。122.2連續(xù)圖像的數(shù)學(xué)描述

一幅圖像可以被看作是空間各點(diǎn)光強(qiáng)度的集合。對(duì)于二維圖像，可以把光強(qiáng)度I看作是隨空間坐標(biāo)（x,y）、光線波長(zhǎng)

和時(shí)間t變化的連續(xù)函數(shù)：

I=f(x,y,

,t)(2.3)13灰度圖像如果只考慮光的能量而不考慮其波長(zhǎng)

圖像在視覺(jué)上表現(xiàn)為灰色影像--灰度圖像：

I=f(x,y,,t)

（2.4）靜止灰度圖像：

I=f(x,y)

（2.5）

14一般地，一個(gè)完整的圖像處理系統(tǒng)輸入和顯示的都是便于人眼觀察的連續(xù)圖像（模擬圖像）。為便于數(shù)字存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)處理可以通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換（A/D）將連續(xù)圖像變?yōu)閿?shù)字圖像。152.3基本的圖像處理系統(tǒng)圖像處理系統(tǒng)包括圖像處理硬件和圖像處理軟件。1.3.1圖像處理硬件微機(jī)圖像處理硬件系統(tǒng)主要由圖像輸入設(shè)備、圖像運(yùn)算處理設(shè)備（微計(jì)算機(jī)）、圖像存儲(chǔ)器、圖像輸出設(shè)備等組成。軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、控制軟件及應(yīng)用軟件等。16圖2.5基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)17較完整的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：由輸入設(shè)備、成像顯示記錄設(shè)備、數(shù)字圖像處理核心、交互控制單元等組成。1圖像輸入設(shè)備完成將模擬光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成模擬電圖像的過(guò)程。數(shù)字化圖像輸入設(shè)備還進(jìn)一步將模擬電圖像進(jìn)行數(shù)字化以便于存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)和計(jì)算機(jī)處理。182.圖像存儲(chǔ)器為了適應(yīng)圖像的大數(shù)據(jù)量要求，輸入圖像、輸出圖像以及中間結(jié)果圖像必須用大容量存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)。3.主機(jī)用于圖像處理的計(jì)算機(jī)。4．顯示器及圖像輸出設(shè)備19圖2.6數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20圖像采集卡、顯示卡、高速圖像處理卡等。（1）圖像采集卡（2）高速圖像處理卡（3）顯示卡21圖2.9基于DSP的高速圖像處理卡結(jié)構(gòu)圖22圖2.10VGA顯卡的原理框圖232.3.2圖像處理軟件圖2.12圖像處理軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)241.圖像設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序2.操作系統(tǒng)：（1）IBMPC及兼容機(jī)一般使用MicrosoftWindows操作系統(tǒng)。（2）AppleMacintosh機(jī)一般使用MacOSX操作系統(tǒng)。（3）圖形工作站典型使用UNIX或XWINDOWS操作系統(tǒng)。3．圖像處理開(kāi)發(fā)工具（1）VC++面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸?）MATLAB的圖像處理工具箱（3）圖像應(yīng)用軟件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee251、字體安裝與設(shè)置如果您對(duì)PPT模板中的字體風(fēng)格不滿意，可進(jìn)行批量替換，一次性更改各頁(yè)面字體。在“開(kāi)始”選項(xiàng)卡中，點(diǎn)擊“替換”按鈕右側(cè)箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改字體。（如下圖）在“替換為”下拉列表中選擇替換字體。點(diǎn)擊“替換”按鈕，完成。262、替換模板中的圖片模板中的