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数字图像处理(冈萨雷斯)-2 数字图像处理基础.ppt

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数字图像处理(冈萨雷斯)-2 数字图像处理基础.ppt
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第二章 数字图像基础 (modify) 电气信息学院 自动化系 余勤,本章内容,2.1 视觉感知要素2.2 光和电磁波谱2.3 图像感知和获取2.4 图像取样和量化2.5 象素间的一些基本关系2.6 线性和非线性操作,本章要求,了解图像数字化过程及分辨率变化对图像的影响; 了解数字图像的表示形式和特点 掌握像素间的关系:相邻、领域、邻接性、连通性、距离的度量 掌握图像的代数运算以及应用,2.1.1 人眼的构造(自学) 2.1.2 眼睛中图像的形成(自学)2.1.3亮度适应和鉴别 人眼对不同亮度的适应和鉴别能力 亮  暗 适应慢 暗  亮 适应快,2.1 视觉感知要素,(1)视觉适应性,2.1.3亮度适应和鉴别,亮度适应范围:1010量级(10-6mL(夜视域)~104mL(强闪光)); 与整个适应范围相比,人眼在某一时刻能鉴别的亮度级别范围很小(以该环境的平均亮度为中心的一个小的亮度范围);,亮度适应级(视觉系统当前的灵敏度级别):人眼适应了某一环境后,该环境的平均亮度; 亮度适应现象:人眼并不能同时在整个范围内 工作,而是利用改变灵敏度来实现大的动态范围内的变动; 当平均亮度适中时,能分辨的最大亮度和最小亮度之比为1000:1;当平均亮度很低时,这个比值只有10:1 主观亮度是进入人眼的光强度的对数函数;,(2)辨别光强度变化的能力,2.1.3亮度适应和鉴别,当背景光保持恒定时,改变其他光源亮度,从不能察觉到可以察觉间变化,一般观察者可以辨别12到24级不同强度的变化.,图2.5 亮度辨别特性的基本实验,图2.6 作为强度函数的典型韦伯比,韦伯定理:如果一个物体的亮度与其周围背景的亮度I有刚可察觉到的差别 ,则 (韦伯比) 是 的函数且 在一定的亮度范围内近似不变;,韦伯定理说明: 人眼视觉系统对亮度的对比度敏感而非对亮度本身敏感;,低照度,韦伯比高,亮度辨别能力差;高照度,韦伯比低,亮度辨别能力强;,(3)人眼感觉亮度并不是简单的强度函数,2.1.3亮度适应和鉴别,即感觉的亮度(主观亮度)不是简单地取决于光强度。,韦伯-费赫涅尔定理:亮度感觉S与实际亮度B的对数成线性关系。,因此, 重现景物的亮度范围无需与实际景物的亮度范围相同,只需保持二者的对比度相同; 人眼不能辨别的亮度差别也无需重现出来,只需保持二者的亮度差别级数相同即可;,同时对比效应(Simultaneous Contrast),2.1.3亮度适应和鉴别,即人眼对某个区域感觉的亮度(主观亮度)不仅依赖于他自身的亮度,还与它的背景有关;,背景变亮,相同强度的方块变暗。,马赫带效应,感觉亮度不是简单的强度函数的;视觉系统有趋于过高或过低估计不同亮度区域边界值的效应。,2.1.3亮度适应和鉴别,图中各色带亮度恒定,但实际感觉条带边缘亮度有变化:边缘处,亮的一边更亮,暗的一边更暗;,(4)视觉错觉(Optical Illusions),在错觉中,眼睛填上了不存在的信息或错误地感知物体的几何特点。,2.1.3亮度适应和鉴别,电磁波谱可以用波长( )、频率( )或能量( )来描述,2.2 光和电磁波谱,c--光速 h--普朗克常量,光 —— 可以被人眼感知的电磁波。,2.2 光和电磁波谱,电磁波是能量的一种,任何有能量的物体,都会释放电磁波。,若所有反射的可见光波长均衡,则物体显示白色 有颜色的物体是因为物体吸收了其他波长的大部分能量,从而反射某段波长范围的光。 没有颜色的光叫单色光或消色,灰度级通常用来描述单色光的强度,其范围从黑到灰,最后到白。 在原理上,如果可以开发出一种传感器,能够检测由一种电磁波谱发射的能量,就可以在那一段波长上对感兴趣的物体成像。,2.2 光和电磁波谱,人从物体感受的颜色由物体反射光决定,2.2 光和电磁波谱,灰度和色彩:,彩色模型: RGB 加色法 CMY,CMYK 减色法 HSB(色泽,饱和度,明亮度),彩色光源的三个基本属性:,①发光强度——从光源流出的能量的总量。单位:瓦特(W),②光通量——观察者从光源感受到的能量。单位:流明(lm),③亮度——光感受的主观描绘子。单位:不能测量,2.2 光和电磁波谱,2.3 图像的感知和获取,2.3.4 简单的图像成像模型,图像系统的线性模型,我们感兴趣的各类图像都是由“照射”源和形成图像的“场景”元素对光能的反射或吸收相结合而产生的。,图像形成模型 在特定坐标(x,y)处,通过传感器转换获得的f值为一正的标量。 函数f(x,y)由:①入射到观察场景的光源总量; ②场景中物体反射光的总量组成。,0f(x,y)∞,0i(x,y)∞,0r(x,y)1,平均反射系数(reflectance),白光强度(illumination),灰度(Intensity),2.
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