图像处理的基本知识.ppt

第三章图像处理的基本概念1人眼的视觉原理1.1人眼的构造锥状细胞杆状细胞1.2图像的形成1.3视觉范围和分辨力分辨力
人眼的分辨力是指人眼在一定距离上能区分开相邻两点的能力，可以用能区分开的最小视角θ的倒数来描述，如下图所示：1.4视觉适应性和对比灵敏度1.5亮度感觉人眼黑白亮度感觉的相对性：
人眼在适应某一平均亮度后，黑、白感觉对应的亮度范围较小；随着平均亮度的降低，黑白感觉的亮度范围变窄。1.6马赫带（Mach）效应马赫带上的亮度过冲是眼睛对不同空间频率产生不同视觉响应的结果。视觉系统对空间高频和空间低频的敏感性较差，而对空间中频则有较高的敏感性，因而在亮度突变处产生亮度过冲现象，这种过冲对人眼所见的景物有增强其轮廓的作用。黑白视觉模型彩色视觉模型该模型中，e1、e2、e3代表视网膜中三个具有s1(λ)、s2(λ)、s3(λ)谱灵敏度的感受器，其输出分别为：2颜色基础2.1色彩的产生一定可见光谱成分作用于人眼而引起的视觉效果。白色物体对不同波长的光具有相同的反射特性。白色物体在白光的照射下,将白光中所有色光都反射出来,从而呈现白色。既不反射光也不透射光,而能完全吸收入射光的物体,就呈现黑色。2.2色光三原色2.3色料三原色2.4常见的色彩模型RGB模型单位立方体CMY(K)模型HSI模型图中的色相环描述了色相和饱和度两个参数。色相由角度表示，它反映了该彩色最接近什么样的光谱波长。一般假定0°表示的颜色为红色，120°的为绿色，240°的为蓝色。0°到240°的色相覆盖了所有可见光谱的彩色，在240°到300°之间为人眼可见的非光谱色（紫色）。饱和度是指一个颜色的鲜明程度，饱和度越高，颜色越深，如深红，深绿。饱和度参数是色环的原点（圆心）到彩色点的半径的长度。由色相环可以看出，环的边界上纯的或饱和的颜色，其饱和度值为1。在中心是中性（灰色）阴影，饱和度为0。RGB转换到HSI
对任何3个［0，1］范围内的R、G、B值，其对应HSI模型中的I、S、H分量的计算公式为YIQ模型3图像模型考虑不同光波长的彩色效应时，图像在视觉上表现为彩色图像：图像内容随时间变化的图像为运动图像，反之为静止图像。静止图像是本课程的重点研究内容。分别表示为以i(x，y)和r（x，y）．因此，图像f(x,y)可表示为：4图像数字化4.1采样
图像采样过程就是图像空间离散化的过程，即将空间上连续的图像变换成离散点的操作。也就是用空间上部分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点。
由于图像是一种二维分布的信息，为了对它进行采样操作，需要先将二维信号变为一维信号，再对一维信号完成采样。具体做法是，先沿垂直方向按一定间隔从上到下顺序地沿水平方向直线扫描，取出各水平线上灰度值的一维扫描。而后再对一维扫描线信号按一定间隔采样得到离散信号，即先沿垂直方向采样，再沿水平方向采样这两个步骤完成采样操作。对于运动图像（即时间域上的连续图像），需先在时间轴上采样，再沿垂直方向采样，最后沿水平方向采样由这三个步骤完成。采样间隔和采样孔径的大小是两个很重要的参数。
取样和量化后的数字信号应尽可能代表原始的连续图像信号，且能够使取样后的离散图像信号无失真地恢夏原始信号，因此采样间隔的选取就非常重要。采样间隔根据采样定理确定。设图像f(x,y)的傅立叶变换F(u,v)满足：

则当采样间隔△x和△y满足条件时，可由采样后的图像精确重建原图像f(x,y)。
式中：uc和vc分别为在x方向和y方向的频谱宽度。对上述频谱采用低通滤波，然后通过反傅立叶变换即可求得原图像。
由采样图像重建原图像的算法为：在满足采样定理的前提下，采样间隔的大小选取要依据原图像中包含的细微浓淡变化来决定。一般，图像中细节越多，采样间隔应越小。4.2量化
模拟图像经过采样后，在时间和空间上离散化为像素。但采样所得的像素值（即灰度值）仍是连续量。把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化。也就是说，图像量化过程是图像灰度幅值的离散化过程，即将像素灰度转换成离散的整数值的过程。二值图像：像素灰度级只有两级的图像。
存储一幅大小为M×N、灰度级数为G的图像所需的存储空间为
M×N×k（bit）其中:连续灰度值量化为灰度级的方法有两种，一种是等间隔量化，另一种是非等间隔量化。等间隔量化就是简单地把采样值的灰度范围等间隔地分割并进行量化。对于像素灰度值在黑—白范围较均匀分布的图像，这种量化方法可以得到较小的量化误差。该方法也称为均匀量化或线性量化。为了减小量化误差，引入了非均匀量化的方法。非均匀量化是依据一幅图像具体的灰度值分布的概率密度函数，按总的量化误差最小的原则来进行量化。具体做法是对图像中像素灰度值频繁出现的灰度值范围，量化间隔取小一些，而对那些像素灰度值极少出现的范围，则量化