第一章 数字图像基础

第一章数字图像基础

几个名词：图象、图像、图片、影象、图形。

Image, Picture, Graph.

1-1 人类视觉模型

一、人类视觉系统

人类视觉是人眼对场景可见光能量在视网膜上形成的一种刺激，通过人脑对刺激信号的处理，获取场景的描述和感知。

重要性：

图象系统的输出是给人们观看的，了解可视图象被人眼接收过程，对于

测度图象逼真度是重要的，它有助于

评价图象处理算法。

1. 眼的构造

光学系统：

Lens(镜头)、Pupil（瞳孔）、iris(虹膜)视网膜(Retina)：有锥状和杆状光电接收器锥状细胞(cone)：白昼视觉，感光、感色杆状细胞(rod)：夜间视觉，不感色

视神经：视神经脉冲传入大脑进行图象处理

3、视觉分辨率

人眼在某一距离能区分相邻两点的能力。用最小视角表示：

θ

=

d/

l

d:刚好能分辨的两点间的最小距离;

l:眼睛到两点连线的垂距.

人类视觉的弱点:

1. 人只能感觉可见光波段能量，对其它波段不敏感；

2. 人眼视场角固定，空间分辨率和灰度分辨率有限；

3. 人眼有积分效应，对单次图象瞬间变化、快速运动图象分析存储困难；

4. 准确测量图象参数能力较差；

5．受知识水平差异的影响，人对同一图象的响应不同；

6．人是有思想的生物体，视觉受情绪和疲劳程度的影响。

二、光度学及色度学原理

亮度和颜色是进入眼睛的可见光的强弱及波长成份的一种感觉的属性。

The use of color so that color blind people (and everyone else) can see

what you are presenting.

Which meat is the most thoroughly cooked?

Which meat is the most thoroughly cooked?

杨赫姆霍尔兹视觉三基色假说：

3-Color Mixer

RGB模型基于笛卡尔坐标系

每幅彩色图包括3个独立的基色平面,即可分解到3个平面上。反过来如果图象可被表示为3个平面，用这个模型比较方便。

HSI模型：—量化颜色三属性，面向彩色处理

I

H S

原图

–通过基本颜色细小色块的组合Halftone 半色调

变化实现连续色调的图象

伪彩色模型

¾定义: 通过颜色映射表描述色彩

--实际上是RGB颜色模型的变体

¾用伪彩色描述颜色的方法:

•建立颜色映射表, 一般表的长度16-256•像素值用其RGB值在映射表中的位置代替•通过抖动技术缓解颜色种类不足的问题•如何找出16-256种关键颜色是成败的关键

伪彩色模型

2、亮度适应和颜色适应

When you first enter an extremely bright environment, the man

carving the duck would appear like this （contrast is very low）.

But in less than a minute he will appear like this (the contrast is normal ).

3、亮度对比和颜色对比

在相同亮度的刺激下，背景亮度不同

所感觉到的明暗程度也不同。

Simultaneous Contrast

同时对比

4、颜色感觉与刺激面积的关系

对一个色觉正常的人来说，颜色刺激面积非常小时就不能识别颜色了——第三色盲。

这个原理被用到彩色电视机原理中，对减少传送频带作出了贡献。

四、视觉的时间特性

指对光刺激的过渡反应特性。如对闪烁的灵敏度特性、适应性、残像、对运动的感觉及眼球运动和感觉的关系等性质。

这种主观感觉是由于视觉暂留效应和大脑内插功能形成的

视觉暂留

视觉暂留效应是电影、电视、动画的基础。

视觉暂留

点

击

图

片

播

放

视

频

快拍慢放

点

击

图

片

播

放

视

频

眼见为实？

五、形状感觉与错视：

视觉系统所感觉到的物体的形状并不是简单的投影到视网膜上的形状。对形状的感觉受到物体自身形状及周围背景的影响，也有心理因素的作用。

错视是视觉对图形感觉的一个重要现象。

What do you see in this diagram?

Hering& Pogendorf Illusions

Hermann Grid Illusion

all the red squares in both diagonals are exactly the same red color. Yet, when the pattern is seen as a whole, the two red diagonals appear different from each other

Color Assimilation

颜色同化

1.2 图像数字化

图像数字化是将一幅画面转化成计算机能处理的形式——数字图像的过程。

连续图象经采样、分层、量化、编码等步骤变成数字图象。