图像形成
小孔成像的原理与应用
小孔成像的原理与应用1. 前言小孔成像是一种基于光线传播的原理,通过将光线经过一个细小的孔洞,使其在背后的屏幕或光敏感材料上形成图像。
这种成像方式由于其简单、便捷和成本低廉的特点,被广泛应用于科学研究、工业制造以及生活中的各个领域。
本文将介绍小孔成像的原理和应用,并以列点的方式展开讨论。
2. 小孔成像的原理•光线传播:光线从一个介质传播到另一个介质时,会发生折射和反射。
小孔成像利用光线的这种传播特性实现图像的形成。
•点光源:小孔成像中的光源一般采用点光源,即将光源的尺寸缩小到可以忽略的程度,使光线尽可能近似于平行光。
•孔径:小孔的孔径大小会影响成像的清晰度。
孔径过大会使成像变得模糊,孔径过小则会使光线通过孔洞的数量减少,导致图像变暗。
•模拟成像:小孔成像是一种模拟成像方式,通过将光线按照一定的规律传播并聚焦在背后的屏幕上,形成与被观察物体相似的图像。
3. 小孔成像的应用3.1 科学研究•星空观测:天文学家通过利用小孔成像的原理,可以观测宇宙中遥远的星系和恒星。
他们使用大型望远镜,将天上的光线通过小孔成像的方式聚焦在探测器上,从而进行天体观测和研究。
•显微镜:生物学家使用小孔成像的原理制作显微镜,通过调节小孔的孔径和焦距,可以观察细胞和微生物的结构。
•粒子物理学:在高能加速器实验中,小孔成像被用来捕捉高速粒子的运动轨迹,帮助物理学家研究粒子的性质和相互作用。
3.2 工业制造•激光切割:小孔成像是激光切割技术中的关键步骤。
激光通过小孔成像后,可以在工件表面形成热源,从而实现对金属、塑料等材料的高精度切割。
•光刻:在集成电路制造中,小孔成像被用来制作光刻版。
光刻版上的小孔可以将光线聚焦在硅片上,通过光刻的方式制造微电子器件。
•液晶显示器:液晶显示器中的像素采用了小孔成像的原理。
每个像素通过调节液晶分子的取向,实现光线的透射或反射,形成图像。
3.3 生活应用•照相机:照相机中的镜头采用了小孔成像技术。
光线经过镜头的凸透镜,通过小孔成像的方式在胶片或传感器上形成图像。
摄像机的工作原理
摄像机的工作原理摄像机是一种重要的图像采集设备,广泛应用于各个领域,包括电影、摄影、监控系统等。
它的工作原理涉及光学、电子学和图像处理等方面。
一、光学系统摄像机的光学系统是指负责光线聚焦和图像形成的部分。
它由镜头组成,其中最主要的镜头有定焦镜头和变焦镜头。
这些镜头通过改变光线的折射和反射来实现图像的放大和聚焦。
在摄像机的镜头中,光线进入后会通过透镜的折射使得光线会聚在焦平面上。
焦平面上有一个图像传感器,负责将光线所形成的图像采集下来。
这样,通过光学系统的处理,摄像机能够将目标物体的光线信息转化成电信号。
二、图像传感器图像传感器是实现摄像机图像采集的核心部件。
常见的图像传感器有CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)两种类型。
CCD传感器是一种特殊的半导体器件,能够将光能转化为电荷信号。
当光线通过镜头聚焦在CCD上时,CCD中的光电二极管就会产生电荷。
然后,这些电荷信号会通过传感器的行列读出,最终形成数字图像。
CMOS传感器则是利用了微电子技术的进展,使得图像传感器和其他电路集成在一起。
它的工作原理类似于CCD,但在制造工艺和电路结构上有所不同。
CMOS传感器具有成本较低、功耗较低和集成度高等优势。
三、信号处理摄像机中的信号处理主要包括模拟信号处理和数字信号处理两个部分。
模拟信号处理主要负责将CCD或CMOS传感器产生的模拟电信号进行放大、滤波和转换等处理。
这些处理步骤能够提高信号的质量和稳定性,以及适应不同环境条件下的拍摄需求。
数字信号处理则是将经过模拟信号处理的信号进一步转换为数字信号,并对其进行编码、压缩和存储等处理。
这些处理步骤可以减小图像文件的大小,提高存储效率,并方便后续的图像处理和传输。
四、外设和接口为了实现摄像机的功能,还需要一些外设和接口。
比如显示屏幕用于预览图像和菜单设置,存储卡用于保存图像文件,以及USB、HDMI等接口用于连接外部设备和数据传输。
除了这些基本的工作原理之外,摄像机还可以具备其他一些高级功能,如自动对焦、防抖和特殊拍摄模式等。
电视图像的形成电视机荧光屏上的图像是怎样形成的呢
電視圖像的形成
電視機熒光屏上的圖像是怎樣形成的呢?它與電影有某些相同之處。
例如:熒光屏上每秒出現25幅畫面(電影為24幅),前後兩幅畫面變化不大,根據視覺暫留作用,人們便看到畫面是活動的了。
但電視的每一幅畫面的形成與電影完全不同,電影中的畫面是由光通過底片投影到銀幕上得到的;電視的畫面則是由電子束在熒光屏上以極快速度一行行地掃描而顯出來的。
下面以黑白電視機為例加以說明。
圖24-12為“中”字畫面。
將這個畫面分成9行,每行分12格,每一格都是組成這個畫面的基本要素,簡稱圖元(有黑色、有白色)。
也就是說圖24-12“中”字畫面是由108個圖元組成的。
電視螢幕上的畫面則分為573行,每行有765個圖元,整個畫面共有44萬個圖元。
黑白電視機的熒光屏是怎樣得到由白色或黑色圖元組成畫面的呢?原來電視機的顯像管內有一支電子槍,它能發射電子束(圖24-13)。
電子束射到熒光屏上會出現一個亮點,電子束強,則亮點較亮;電子束弱,則亮點較暗。
它的強弱由電視機接受的電視圖像信號控制。
電子束從熒光屏的最上方由左至右進行橫向掃射,叫水平掃描,掃完一行後再一行行往下掃,電子槍只用1/25秒時間便在熒光屏上掃出一個畫面。
這個畫面與電視台播送的畫面是一樣的。
接著再進行第二幅、第三幅、……畫面的掃描,便得到活動的電視圖像。
彩色電視機的圖像與黑白電視機相似,不同處是每一個圖元是一個色點組、組內有三種格子,分別塗有能發出紅、綠、藍三種顏色的熒光粉,顯像管內的電子槍發射三個電子束,分別打在三種格點上,由電視圖像信號控制三電子束的強弱,從而控制三種顏色的強弱,人們便可看到一幅由三種原色混合成的彩色圖像。
b型超声成像基本原理
• 工作原理 • 垂直偏转板加慢扫描(锯齿)电压,水平偏转板加 调制扫描电压.回波电脉冲放大检波后加在显象管 栅极上调制水平扫描线的亮度,即可在光屏上看到 深度方向一组动点的位移随时间的变化图形. • 基本结构? • •
M型超声心动图片
第五节 超声多普勒诊断仪简介
• 一.Doppler效应 • 发声体与接收者有相对运动时,接收者接收到的 频率与发声体发出的频率不同的现象. • 声速方向与运动方向同一直线: • f=(c±v)f0/(c-+u) f0发射频率; f为接收频率. • 声速方向与运动方向有夹角: • f=(c±vcosθ1)f0/(c-ucos θ2) • C:声速 u: 发声体运动速度 • v: 接收者运动速度
多普勒效应
频率随波源与观测者运动而改变的现象叫多普勒效应。
• 二.多普勒频移公式: • fD=2vf0cosθ/c • fD =f-f0 • 设法测出fD,可求出运动速度V • 三.彩色多普勒超声诊断仪 • 特点: 在B型图像上叠加血流速度信息,流速快 慢用不同颜色标记. • 红色: 血流方向向外; 蓝色:血流方向向内; • 绿色及亮度:表示血流速度分布的分散程度. • 黄色:流向朝外速度分散 • 青色:流向朝内速度分散 • 配湍流声响
1.王磊,冀敏.医学物理学[M].北京:人民卫生出 版社,2013 2.陈亚珠,黄耀熊.医学物理学[M].北京:高等教 育出版社,2005 3. 吉强,洪洋.医学成像物理学[M].北京:人民卫 生出版社,2013 4.谢谢!二 B超结构框图
三. B型超声显像仪的工作原理
• 由垂直\水平扫描电路发出的信号分别加在显象 管的垂直/水平偏转板上,形成均匀光栅. • 超高频脉冲信号加在探头上,发出的脉冲超声细 束沿体表直线移动,同时探头接收回波脉冲. • 回波电脉冲经放大,检波,深度补偿后按顺序加 在显象管的栅极,调制光屏上深度扫描线上对应点 的亮度,形成自上而下的光点群,同步脉冲使探头的 发射\深度扫描\栅极回波三信号同步,若扫描线足 够多,帧频足够大,即可在光屏上显示一幅断面图像.
成像基本原理
成像基本原理成像,是指将光线定义在一定区域内,通过演变成可视图像的过程称之为成像。
成像可以根据应用不同的光学原理,分为投射成像、反射成像、折射成像等。
从成像的本质来讲,就是从多个信息通道(如视觉光、声波、交流电路、热量等)中接收到信息,经过编解码、焦距、偏转器、同步器等装置,使其被人们感知。
成像的本质,就是将光聚集成一束,聚集点叫做“聚焦”,当光聚焦在一个特定的区域,就能形成一束光。
这束光能够形成图像,即所谓的“成像”。
另外,光聚焦的角度和幅度也对成像有很大的影响,当光在特定的区域聚焦时,就能形成不同的图像。
因此,成像技术是视觉传感领域的基础,是完成视觉传感任务的必要条件,同时也是许多其他应用领域的重要依据。
一般来讲,成像技术可以分为投影成像、折射成像、反射成像等几种不同的成像方式。
投射成像是指在投射仪中把光源反射到像机上或者在投射仪中把图像投射到屏幕上,把图像投影到特定区域中。
折射成像是指光线经过一个透镜会发生折射,形成一束光,此束光经过另一个透镜,就可以把图像投射到特定的区域中。
反射成像就是通过一个反射镜将光线反射回来,图像从反射镜反射回来的光,经过多次反射就可以形成图像。
此外,成像技术在许多领域中都有应用,比如机器视觉,借助机器视觉技术,可以通过成像技术实现非接触式测量,检测出产品的内部结构及外观质量,从而对产品质量进行控制;另外,如地图制图,虚拟现实等,也主要靠成像技术来实现。
综上所述,成像技术是多功能的,具有很强的应用性价值,从远距离观察到物体特征,到非接触式测量,以及快速精确有效地实现,都是成像技术广泛应用的表现。
如今,成像技术正在被大量应用于工业生产中,改善了人们的生活,也促进了科学技术的普及和发展。
屏幕成像原理
屏幕成像原理
屏幕成像原理是指将电子信号转化为可见图像的过程。
屏幕成像原理涉及到光学、电子学和材料科学等多个领域的知识。
在液晶显示屏中,屏幕成像原理是通过液晶分子的排列来控制光的透射或反射,从而呈现出不同的图像。
液晶分子在电场的作用下会发生排列改变,从而改变了光的传播路径,最终形成可见图像。
在CRT(阴极射线管)显示器中,屏幕成像原理是借助电子束的扫描和磁场的作用来控制光的发射。
电子枪会产生一束高速电子流,这束电子流通过磁场的控制,在屏幕上形成一个点阵图案。
通过电子束在屏幕上的快速扫描,最终形成连续的图像。
在OLED(有机发光二极管)显示屏中,屏幕成像原理是通过有机发光材料的电致发光来实现。
有机发光材料受到电流的激发后会释放出光,不同的材料可以产生不同的颜色。
通过控制电流的强弱和区域的导电性,可以在屏幕上形成各种图像。
在投影仪中,屏幕成像原理是通过光学透镜将电子信号转化为放大后的图像。
电子信号首先经过图像处理,然后通过光源的照射,经过反射、投射等光学元件形成放大的图像。
总之,不同类型的屏幕成像原理都是基于电子信号或光学效应的应用,通过控制电流、光的透射或反射等方式来实现图像的
显示。
这些原理的应用使得我们可以在各种设备上观看到清晰、逼真的图像。
了解镜头成像原理
了解镜头成像原理镜头成像原理,是指光线经过透镜后在胶片或传感器上形成清晰图像的过程。
镜头成像原理是相机工作的基本原理,也是摄影技术的基础之一1.透镜的作用透镜是光学仪器中最基本的光学元件之一、透镜具有折射光线的能力,当光线从一种介质射入另一种介质时,由于介质的折射率不同,光线会发生折射而改变传播方向。
透镜可以利用折射的原理将光线聚焦或发散,从而形成清晰的图像。
2.光的传播和聚焦当光线通过透镜时,会根据透镜的形状和曲率发生折射。
对于凸透镜来说,光线在透镜上方射入的话,会向透镜的中心偏离,然后再聚焦到透镜的焦点上。
对于凹透镜来说,光线在透镜上方射入的话,会向透镜的中心靠近,然后再发散出去。
这种现象被称为透镜的光学成像。
3.焦距和光圈透镜的焦距是指从透镜中心到光线聚焦的距离。
焦距越短,则透镜越弯曲,光线聚焦的距离越近;焦距越长,则透镜越平坦,光线聚焦的距离越远。
焦距决定了透镜的放大倍数。
光圈则是控制透镜的光线通量的机构。
光圈越大,透过镜头的光线越多,相机的曝光时间越短,进而成像的图案就越亮。
光圈的大小对于图像深度和背景虚化效果也有一定的影响。
4.曝光和感光元件对于胶片相机来说,成像原理是通过感光胶片来记录图像的。
胶片相机中,光线通过透镜后在胶片上形成图像,然后通过化学反应固定在胶片上。
感光胶片对光线的敏感性取决于颗粒的大小和种类,不同的感光胶片会有不同的感光度和颗粒度。
而对于数码相机来说,成像原理是通过感光元件,传感器来记录图像的。
传感器上有很多个光敏单元,每个单元对光线的敏感度取决于其振荡电压的变化。
当光线通过透镜后,在传感器的表面形成清晰的图像,并且通过电荷信号记录。
传感器的像素数量越多,则相机的分辨率越高。
5.对焦和景深对焦是指将相机聚焦在特定的物体上,使得其清晰呈现在成像平面上。
对焦是通过调整透镜与传感器(或胶片)之间的距离来实现的。
对焦的精确度决定了成像图像的清晰度。
景深是指在成像平面上清晰的范围。
图像的基本原理
图形文件的显示当白光通过棱镜折射时,它的色彩成份分离形成色彩排列,这是白光的光谱特点,并且色彩范围人眼都能看见的。
形成光谱的色彩顺序是红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、青色和紫色,按首字母缩写成ROYCBIV(最初把青色包括进去似乎为了使这个缩写能发音)。
因为在光谱色彩中,基本色是红色、绿色和蓝色,所以光的色彩模式归结成RGB模式,和以前一样进行讨论。
因为非白色光是有色的,会漏掉总光谱中的口部分,所以每种非白色光都折射自己本身的光谱。
尽管白色在CYM模型中是色素的缺乏(被画布白色代替)。
但在RGB模型中黑色则是各种光的缺乏(被认为是真正的黑色)。
三种基本光混合形戍白光。
当三种基本光与其它每一种光混合时,形成淡青色、洋红色和黄色以及CMY颜色模式的原颜色。
对于充分理解和掌握物质是如何在各种光的条件下显示的,光和颜色间的差别是一个重要概念,它们是对立的,然而又互辅相成。
一个主模式补充其分模式。
RGB发射光,而CYM反射光。
如果没有光的照射,就不能看见物体的颜色,而有色光必须照在不透明的表面上才能看见。
混合所有色彩光形成白色,而混合所有色素色彩形成黑色。
最后,RGB通过增加进行混合,而CYM通过减少进行混合。
光的三个重迭聚光点说明了这个基本模式。
这里,色彩中没有黑是由红、绿、蓝三种原色产主的。
由于光的混合,形成了淡青色,洋红色和黄色。
同时观察这两种模式,可见,RGB模式是CMY模式的对立物,就像每一种主体部分都是另一种的从属部分。
利用红(Red)、蓝(Blue)和绿(Green)种基本颜色,可以配制出绝大部分肉眼能看到的颜色。
像彩色电视机的显像管(CRT)以及计算机屏幕,都是以这种方式来混合出各种不同的颜色效果。
RGB模式的混色原理是以颜色加法来混合出各种不同的颜色。
白色光也是由三中原色:红、绿、蓝混合而成的。
光谱中原色互补色是青蓝色、品红色和黄色。
所以用这三种原色构成所有颜色。
这三种原色构成了CYM色彩模式。
图像形成装置和图像形成方法
图像形成装置和图像形成方法图像形成装置和图像形成方法是现代科技发展的产物,它们在影视、摄影、医学等领域有着广泛的应用。
本文将探讨图像形成装置和图像形成方法的基本原理及其应用。
一、图像形成装置图像形成装置是利用光学和电子技术等原理制造的设备,能够捕捉、处理和显示图像。
下面将介绍几种常见的图像形成装置。
1. 摄像机摄像机是一种常见的图像形成装置,它由镜头、图像传感器和处理器等组成。
镜头能够将物体的光线聚焦在图像传感器上,图像传感器将光信号转换成电信号,并经过处理器的处理后输出为数字图像。
2. 扫描仪扫描仪也是一种常见的图像形成装置,它能够将纸质文档或照片等转换成数字图像。
扫描仪通过光源和光学镜头扫描纸质文档上的图像,并将光信号转换为电信号,最终输出为数字图像。
3. 望远镜和显微镜望远镜和显微镜是用于观察远处物体和微小物体的工具,也属于图像形成装置的范畴。
它们利用光学原理,通过透镜的聚光作用将物体的图像放大并观察。
二、图像形成方法图像形成方法是指根据特定的需求和目的,利用图像形成装置采集和处理图像的过程。
下面将介绍几种常见的图像形成方法。
1. 光学图像形成方法光学图像形成方法是利用光学原理进行图像的捕捉和形成。
例如,人眼能够通过角膜、晶状体等光学元件将物体的光线聚焦在视网膜上,形成人眼的图像。
同样,摄像机和望远镜等设备也利用光学原理实现图像的形成。
2. 数字图像形成方法数字图像形成方法是通过图像传感器和处理器等电子元件对图像信号进行捕捉和处理。
例如,数字相机通过CMOS或CCD图像传感器捕捉物体的光信号,并通过内部的处理器将光信号转换为数字信号,最终形成数字图像。
3. 核磁共振成像(MRI)核磁共振成像是一种医学影像技术,利用核磁共振原理对人体内部组织和器官进行成像。
它通过应用强磁场和无害的无线电频率信号,测量人体内不同组织的磁场响应,并通过计算机处理生成图像。
4. 其他图像形成方法除了光学和电子技术,还有许多其他图像形成方法,如声波成像、热成像、雷达成像等。
小孔成像的图像倒立原理
小孔成像的图像倒立原理小孔成像是一种光学成像方法,它基于光线传播的原理来实现。
当光线经过一个小孔时,它会沿着直线传播,并在投影平面上形成一个倒立的图像。
小孔成像的原理可以用射线追迹来解释。
假设有一个光源发出的光线通过一个小孔进入一个完全黑暗的室内。
根据光的传播规律,光线会沿着直线传播,直到被物体阻挡或投影在投影平面上。
当有一个物体放置在光线传播路径上时,光线会被物体阻挡,并在物体后面形成一个阴影。
这些被阻挡的光线不能传播到小孔后面,因此无法形成图像。
然而,只有那些能够通过小孔的光线才能继续传播并形成图像。
通过射线追迹的方法,我们可以发现,射线从物体上的不同点传播并通过小孔时会接触到投影平面上的不同点。
由于光线传播的路径不同,每个点的光线传输距离和角度也不同,因此会在投影平面上形成一个倒立的图像。
这种倒立的图像形成原因可以通过几何光学的法则来解释。
当光线从物体上的不同点射出时,它们会沿着直线传播并通过小孔。
根据光的传播规律,当光线从一个介质传播到另一个介质时,会依据折射定律改变传播方向。
在光通过小孔时,光线会发生折射。
由于小孔是一个非常小的孔径,光线在通过小孔时会发生明显的弯曲。
这种折射现象导致光线传播的路径发生变化,进而导致图像的倒立。
具体来说,物体上的顶部点发出的光线会沿着一条路径传播,并在投影平面上的底部点形成图像。
同样,物体的底部点发出的光线会传播并在投影平面的顶部点形成图像。
这种倒立的图像形成是由于光线经过小孔后的折射效应导致的。
此外,小孔成像的图像倒立原理还与透镜的成像原理有关。
小孔成像可以看作是透镜成像的特殊情况,其中透镜的孔径非常小。
透镜通过折射和散射来实现光的聚焦,并在焦平面上形成一个倒立的实像。
小孔成像实际上是透镜成像的一个简化版本,其中小孔起到了透镜的作用。
综上所述,小孔成像的图像倒立原理可以通过射线追迹和几何光学的法则来解释。
光线从物体上的不同点射出并通过小孔,由于小孔的折射效应和光线传播路径的变化,可以在投影平面上形成一个倒立的图像。
视觉成像计算公式
视觉成像计算公式视觉成像是指通过光学系统将物体投影到成像面上形成图像的过程。
在计算机视觉和图像处理领域,视觉成像计算公式是非常重要的,它可以帮助我们理解图像的形成过程,以及对图像进行处理和分析。
本文将介绍视觉成像的基本原理和计算公式,并探讨其在实际应用中的重要性。
视觉成像的基本原理是利用光学系统将物体反射或透过的光线收集起来,然后投影到成像面上形成图像。
在这个过程中,光线会经过折射、反射、透射等现象,最终形成清晰的图像。
视觉成像的计算公式可以帮助我们理解光线的传播规律,从而更好地理解图像的形成过程。
视觉成像的计算公式主要涉及到光学系统的参数和光线的传播规律。
其中,最基本的计算公式是光学成像公式,它描述了物体和成像的距离与焦距、物体和成像的大小之间的关系。
光学成像公式可以用来计算物体在成像面上的位置和大小,从而帮助我们理解图像的形成过程。
另外,视觉成像的计算公式还包括透镜公式、成像公式等。
透镜公式描述了透镜的焦距与物体和成像的位置之间的关系,可以用来计算透镜的成像能力。
成像公式描述了物体和成像的位置与成像的大小之间的关系,可以用来计算图像的大小和位置。
这些计算公式在实际应用中非常重要,可以帮助我们设计光学系统、理解图像的形成过程、进行图像处理和分析等。
视觉成像的计算公式在计算机视觉和图像处理领域有着广泛的应用。
在计算机视觉中,我们常常需要对图像进行处理和分析,比如图像的增强、去噪、特征提取等。
视觉成像的计算公式可以帮助我们理解图像的形成过程,从而更好地进行图像处理和分析。
在图像处理领域,视觉成像的计算公式也可以帮助我们设计图像处理算法、优化图像处理效果等。
除此之外,视觉成像的计算公式还在光学系统设计、摄像机标定、三维重建等领域有着重要的应用。
在光学系统设计中,我们需要根据成像要求来设计光学系统的参数,比如焦距、光圈等。
视觉成像的计算公式可以帮助我们计算光学系统的参数,从而满足成像要求。
在摄像机标定中,我们需要校准摄像机的内参和外参,以便进行准确的三维重建。
图像处理的基本知识
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。
1.7 视觉模型
•黑白视觉模型
大量实验和理论研究表明,眼睛对光强度的非线性响应呈对数型,
•内层
视网膜。其表面有大量的感光细胞。 这些感光细胞按照形状分为可以两
类:锥状细胞和杆状细胞。
•锥状细胞
每只眼睛中大约有600万到700万个锥状细胞,集中分布在视轴和视 网膜相交点附近的黄斑区内。每个锥状细胞都连接一个神经末梢,因此, 黄斑区对光有较高的分辨力,能充分识别图像的细节。锥状细胞既可以 分辨光的强弱,也可以辨别色彩。白天视觉过程主要靠锥状细胞来完成, 所以锥状机觉又称白昼视觉。
按感光化学特性,锥状细胞有三种,它们分别对红、绿、蓝颜色敏 感,因此红绿蓝称为人类视觉的三基色。
三种锥状细胞的光谱敏感曲线如下:
•杆状细胞
每只眼睛大约有7600万个到15000万个杆状细胞。它广泛分布在 整个视网膜表面上,并且有若干个杆状细胞同时连接在一根神经上, 因此,这条神经只能感受多个杆状细胞的平均光刺激,使得在这些区 域的视觉分辨力显著下降,无法辨别图像中的细微差别,而只能感知 视野中景物的总的形象。杆状细胞不能感觉彩色,但对低照明度的景 物柱往比较敏感,所以,夜晚所观察到的景物只有黑白、浓淡之分, 而看不清它们的颜色差别。由于夜晚的视觉过程主要由杆状细胞完成, 所以杆状视觉又称夜视觉。
2.4 常见的色彩模型
常见的色彩模型有RGB模型、CMYK模型、HSV模型、YIQ模型等。每 种模型都有它自己的特点和适用范围,它们可以根据需要相互转换。
视觉形成路线
视觉形成路线
视觉形成的路线是视觉信息从光线进入眼睛开始,经过视觉系统的一系列处理过程,最终形成我们所看到的图像。
视觉形成的路线主要包括以下几个阶段:
1. 光线传入眼睛:光线首先通过角膜进入眼睛,然后通过瞳孔进入眼球内部。
2. 光线折射:进入眼球后,光线会经过晶状体的折射,使光线聚焦在视网膜上。
3. 图像传递:视网膜是光线感受器官,它包含了大量的感光细胞,其中包括视锥细胞和视杆细胞。
当光线落在视网膜上时,感光细胞会将光能转化为神经信号,然后通过视神经传递到大脑。
4. 神经传递:视神经起着将视觉信息传递到大脑的作用。
视神经将感光细胞所产生的神经信号传递给大脑的视觉皮层。
5. 大脑处理:视觉皮层是大脑中负责视觉处理的区域,它接收到来自视神经的信号,并在大脑内部进行一系列的计算和分析。
这些计算和分析的结果最终被送往大脑的其他区域进行进一步的认知和决策。
总的来说,视觉形成的路线是一个从光线进入眼睛开始,经过眼球内部和大脑的一系列处理过程,最终形成我们所看到的图
像的过程。
这个过程涉及了眼睛、视神经和大脑的相互配合和协同工作。
物理成像与数字成像
物理成像和数字成像都是图像生成和呈现的不同方式,但它们在原理和应用上存在一些差异。
物理成像主要依赖于光学器件和介质来生成图像。
例如,照相机、幻灯机和放大镜都是利用物理成像原理工作的。
照相机通过镜头将光线聚焦到胶片或传感器上形成图像;幻灯机则通过将图像投射到屏幕上以供观看;放大镜则通过光学器件将图像放大以便更清晰地观察。
数字成像则采用数字技术来捕获、处理和呈现图像。
数字成像技术包括使用非胶片方式通过屏幕显示图像,如扫描、拍摄或上传图片,然后在数字设备上查看或处理这些图像。
数字成像可以实现无损检测,通过对图像进行定性和定量分析来确定其内部情况。
此外,数字成像还可以方便地进行图像编辑、传输和存储,并且可以在不同设备上查看和分享。
总的来说,物理成像和数字成像在成像原理、应用场景和功能上有所不同。
物理成像侧重于通过光学器件和介质生成图像,适用于某些特定领域,例如科学研究、医疗诊断等;而数字成像则以数字化方式捕获、处理和呈现图像,适用于现代社会中大部分图像的获取、编辑、传输和存储等。
光的成像原理
光的成像原理光的成像原理是指光线在通过透明介质或反射于物体表面时,经过折射或反射的过程,最终形成图像的原理。
光的成像原理是光学研究的基础,也是我们理解眼睛和相机等光学设备工作原理的关键。
光的成像原理可以分为两种情况来讨论:透明介质中的光的成像和反射成像。
透明介质中的光的成像:当光线通过透明介质(如空气、水、玻璃等)时,会因为折射而改变传播方向。
根据斯涅尔定律,光线通过介质界面时,入射角和折射角之间满足一个关系。
当光线通过透明介质中的界面时,光线会因为折射而改变方向,并且会聚或发散,最终形成一个图像。
透明介质中的成像可以通过透镜来解释。
透镜是一种能够使光线折射的光学元件,分为凸透镜和凹透镜两种类型。
凸透镜的两侧都是凸面,而凹透镜的两侧都是凹面。
当光线通过凸透镜时,会因为折射而收敛到一点,这个点称为焦点。
而当光线通过凹透镜时,会因为折射而发散。
通过调整透镜与物体的距离和透镜的曲率,可以改变光线的折射程度,从而控制图像的形成位置和大小。
反射成像是光线在物体表面发生反射后形成的图像。
根据光的反射定律,入射角等于反射角。
当光线从一个光疏媒质(如空气等)射向一个光密媒质(如镜子、银幕等)时,会发生反射现象。
根据反射定律,光线在反射时会按照相同的角度反射出去。
我们常见的平面镜就是利用光的反射成像原理来形成图像的。
平面镜的成像原理是通过光线从物体上的每个点射向平面镜上的对应点,然后再从平面镜上的对应点反射出去,最终形成一个倒立的、与实物等大的虚像。
这是因为平面镜上的每个点都可以看作是一个点光源,它发出的光线经过反射后会汇聚到一点上,从而形成一个虚像。
在光学设备中,我们经常使用透镜和反射镜来实现光的成像。
例如,相机中的透镜通过调整焦距,可以控制图像的清晰度和大小;显微镜中的透镜和物镜通过光的折射和反射形成高放大倍数的图像;望远镜中的透镜和反射镜通过光的成像使远处的物体变得清晰可见。
总结起来,光的成像原理是光学中的基础概念,涉及到光线在透明介质和反射表面上的折射和反射过程。
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• Color balance: • Gamma:
• Other color spaces: YIQ,YUV
• YCbCr:
Hue, Saturation, Value(HSV)
Compression
• Discrete cosine transform(DCT):
谢谢!
• If the light sources are discrete (a finite number of point light sources), we can replace the integral with a summation,
Diffuse reflection
• The amount of light depends on the angle between the incident light direction and the surface normal θi.
Lighting
• Light sources can generally be divided into point and area light sources. • Point light source: location,intensity,color spectrum. • Area light source: • Environment map:maps incident light directions v^ to color values.
The digital camera
• CCD: photons are accumulated in each active well during the exposure time. • CMOS: photons hitting the sensor directly affect the conductivity (or gain) of a photodetector, which can be selectively gated to control exposure duration.
Phong shading
• In the Phong model, the ambient term does not depend on surface orientation, but depends on the color of both the ambient illumination La(λ) and the object ka(λ),
Di-chromatic refl the apparent color of a uniform material lit from a single source depends on the sum of two terms,
Global illumination (ray tracing and radiosity)
Vignetting
• Natural vignetting:
• Mechanical vignetting: it caused by the internal occlusion of rays near the periphery of lens elements in a compound lens.
Image Formation
Photometric image formation
• Lighting • Reflectance and shading • Optics
The digital camera
• Sampling and aliasing • Color • Compression
• The shading equation for diffuse reflection can thus be written as
Specular reflection
• It depends strongly on the direction of the outgoing light. Incident light rays are reflected in a direction that is rotated by 180 around the surface normal n. We can compute the specular reflection direction Si as
• Putting all of these terms together, we arrive at the Phong shading model,
• Note also that the diffuse component of the Phong model (or of any shading model) depends on the angle of the incoming light source v^i, while the specular component depends on the relative angle between the viewer vr and the specular reflection direction s^i (which itself depends on the incoming light direction v^i and the surface normal n^).
Reflectance and shading
• The Bidirectional Reflectance Distribution Function(BRDF)
• The function can be written in terms of the angles of the incident and reflected directions relative to the surface frame as
• The main factors affecting the performance of a digital image sensor: shutter speed sampling pitch fill factor chip size analog gain sensor noise resolution of the analog-to-digital converter
• The amount of light reflected in a given direction V^r thus depends on the angle θs=cos-1 (V^r *S^i) between the view direction V^r and the specular direction S^i.
Optics
• A diagram of the most basic lens model.
• Chromatic aberration: The tendency for light of different colors to focus at slightly different distances(and hence also with slightly different magnification factors)
• Ray tracing or Path tracing: it associates a light ray with each pixel in the camera image and finds its intersection with the nearest surface. • Radiosity: It works by associating lightness values with rectangular surface areas in the scene(including area light sources).
• For an isotropic material,we can simplify the BRDF to
• To calculate the amount of light exiting a surface point p in a direction V^r under a given lighting condition
Sampling and aliasing
• PSF:
Color
• XYZ: the transformation from RGB to XYZ is given by
• L*a*b* color space:
• Color cameras:
• Color filter arrays: