数字图像处理基础优秀课件 (2)
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n 视网膜是眼睛最内侧的一层膜， 当眼球适当聚焦时，来自眼睛 外部的光在视网膜上成像。在 视网膜表面分散的光敏细胞提 供了视觉图案。
人眼的构造
杆状
n 视网膜表面的光接收器（光敏细胞）
分为两种：
n 锥状细胞 n 秆状细胞
锥状细胞
n 数目约 600~700 万，位于中央凹的部分
锥状
n 对颜色敏感度很高 n 锥状视觉叫做白昼视觉或者明视觉
5
人眼的构造
杆状 锥状
秆状细胞
n 数目约 7500~15000万，视野内一般 的总体图像
n 没有色彩感觉，在低照明度下对图像 较敏感
n 几个杆状细胞连接到一个神经末端 n 秆状视觉叫做夜视觉或者暗视觉
5
图像的形成
n 成像过程 1. 视网膜图像主要反射在中央凹区域上 2. 然后由光接收器的相应刺激作用产生感觉 3. 感觉把辐射能转变为电脉冲最后由大脑解
图像数字化器的功能组件
• 采样孔：使图像数字化器能不受图像其他部分的 影响，而在整幅图像中扫描特定的独立像素单 元；
• 扫描器件：使采样孔以预先确定的方式在图像上 移动，按照顺序依次扫描图像的每一个像素；
• 光传感器：测量每一像素的亮度，将光亮度转化 为电流或电压信号；
• 量化器：将传感器输出的连续值转化为整数值； • 输出介质：将量化的灰度值以适当的格式存储。
当没有必要对涉及像素的物理分辨率进行实际度量和 在原始场景中分析细节等级时，通常把大小为M×N、 灰度为L级的数字图像称为空间分辨率为M×N像素、 灰度级分辨率为L级的数字图像。
37
下图分别演示在数字图像中不同取样值和灰度级别变化 的典型效果：
38
空间和灰度级分辨率
图中显示了一幅1024×1024 像素的图像，灰度级别 用8比特表示，其他图像是通过对1024×1024图像抽 样（直接隔行隔列删除得到）的结果。
n 人眼的视觉特性-视觉惰性
视觉惰性：人眼的主观亮度感 觉与光的作用时间有关，并且 光象一旦在视网膜上形成，在 它消失后，视觉将会对这个光 象的感觉维持一个有限的时间。
n 图像的采样和量化
• 图像数字化：指将模拟图像经过离散化之后， 得到用数字表示的图像。
离散化
模拟图像
数字图像
数字图像：用矩阵来描述的。
这些图像显示了不同取样密度间的大小比例，但是 它们显示尺寸大小的差别使得很难看出减少取样数 目带来的影响。
用复制一行和一列的方法，将抽样后的图像都恢复1024×1024 像素进行比较，很明显小尺寸的图像恢复后有明显的块效应。
空间和灰度级分辨率
44
n 图像数字化器
• 图像数字化器的功能组件 • 图像数字化器的性能 • 图像数字化器的类型
数码相机的组成
o镜头
oCCD（电荷藕合器件 ） oA/D（模/数转换器）
数字相机前面板
oMPU（微处理器）
n 外层由三层膜包裹 Ø角膜和巩膜 Ø脉络膜 Ø视网膜
人眼横截面简图
人眼的构造
ຫໍສະໝຸດ Baidu
人眼横截面简图
n 角膜是一种硬而透明的组织， 覆盖着眼睛的前表面。与角膜 相连的巩膜是一层包围着眼球 剩余部分的不透明膜。
n 脉络膜是眼睛重要的滋养源， 脉络膜外壳着色很重，有助于 减少进入眼睛外来光和眼球内 反向散射光的数量。
光的特性 太阳或灯泡等光源发射可见光谱中的
全部频率而产生白色光。当白色光投射到 一个物体上时，某些频率被反射，某些则 被物体吸收了。在反射光中混合的频率确 定了人所感受到的物体的颜色。
如果在反射光中以低频率为主，则物 体呈现红色，此时，可以说光主要含有光 谱中红色端的频率。
3
人眼的构造
n 人眼是一个近似的球体， 直径约 2cm。
i0,0
I
I[m,n]
i1,0
im1,0
i0,1 i1,1
im1,1
i0,n1
i1,n1
im1,n1
图像数字化
数字图像是模拟连续图像 f(x,y)通过取样、量化、 编码获得的。 Ø图像取样：图像空间离散化 Ø图像量化：图像幅度离散化（又称为灰度级量化） Ø编码：用有限比特去表示量化后的数值
(d) 22*15
256×256
64×64
32×32
16×16
图像的量化与数字图像的质量
256灰度级
128灰度级
64灰度级
16灰度级
空间和灰度级分辨率
空间分辨率是图像中可辨别的最小细节 ü取样值多少是决定图像空间分辨率的主要参数
灰度级别分辨率是指在灰度级别中可分辨的最小变化。 灰度级数通常是 2 的整数次幂。
数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
• 人眼的视觉特性 • 图像的采样和量化 • 图像数字化器 • 常用图像数字化设备 • 图像的灰度直方图 • 图像的文件格式
光的特性
光的本质是电磁波。在电磁波谱中，可见光仅占 很窄的一个波谱范围。其波长在380nm-780nm之间。 可见光的低频率端是红色，高频率端是紫色。从 高频道低频的光谱颜色的变化分别是紫、蓝、青、 绿、黄、橙、红。
数字化器的性能
• 分辨率：单位尺寸能够采样的像素数， 由采样孔的大小和像素间距的大小决定；
• 灰度级：量化为多少等级； • 图像大小：允许输入图像的大小； • 扫描速度：采样数据的传输速度；
图像数字化器的类型
主要包括: – 数码相机 – 胶片扫描仪
n 常用图像数字化设备
Ø数字相机 Ø扫描仪 Ø数字摄像机
码
2.55mm
8
n 人眼的视觉特性-视错觉
这两个图形在视网膜上是固定不动的，但你对 它的感觉却是在两种可能图形中动摇。 同时感觉到两种有意义的图形是很困难的！
n 人眼的视觉特性-视错觉
n 人眼的视觉特性-视错觉
n 人眼的视觉特性-视在对比度
感觉的亮度区域不是简单取决于亮度
相同亮度的方块在不同背景下，感觉亮度不同；位于 中心位置的方块亮度相同，当背景变亮时，方块的亮 度变暗。 一张白纸放在桌子上看上去很白，但用白纸遮蔽眼睛 直视明亮的天空时，纸看起来总是黑的。
图像取样和量化
图像取样和量化
与采样相关的概念(分辨率)
分辨率
传感器摄像的精确度。通常指要精确测 量和再现一定尺寸的图像所必需的像素 个数。 单位：像素*像素
分辨率 320x240
分辨率 160x120
分辨率 80x60
图象尺寸：176 * 127 分辨率：(a) 176 * 127 (b) 88 * 63 (c) 44*31
人眼的构造
杆状
n 视网膜表面的光接收器（光敏细胞）
分为两种：
n 锥状细胞 n 秆状细胞
锥状细胞
n 数目约 600~700 万，位于中央凹的部分
锥状
n 对颜色敏感度很高 n 锥状视觉叫做白昼视觉或者明视觉
5
人眼的构造
杆状 锥状
秆状细胞
n 数目约 7500~15000万，视野内一般 的总体图像
n 没有色彩感觉，在低照明度下对图像 较敏感
n 几个杆状细胞连接到一个神经末端 n 秆状视觉叫做夜视觉或者暗视觉
5
图像的形成
n 成像过程 1. 视网膜图像主要反射在中央凹区域上 2. 然后由光接收器的相应刺激作用产生感觉 3. 感觉把辐射能转变为电脉冲最后由大脑解
图像数字化器的功能组件
• 采样孔：使图像数字化器能不受图像其他部分的 影响，而在整幅图像中扫描特定的独立像素单 元；
• 扫描器件：使采样孔以预先确定的方式在图像上 移动，按照顺序依次扫描图像的每一个像素；
• 光传感器：测量每一像素的亮度，将光亮度转化 为电流或电压信号；
• 量化器：将传感器输出的连续值转化为整数值； • 输出介质：将量化的灰度值以适当的格式存储。
当没有必要对涉及像素的物理分辨率进行实际度量和 在原始场景中分析细节等级时，通常把大小为M×N、 灰度为L级的数字图像称为空间分辨率为M×N像素、 灰度级分辨率为L级的数字图像。
37
下图分别演示在数字图像中不同取样值和灰度级别变化 的典型效果：
38
空间和灰度级分辨率
图中显示了一幅1024×1024 像素的图像，灰度级别 用8比特表示，其他图像是通过对1024×1024图像抽 样（直接隔行隔列删除得到）的结果。
n 人眼的视觉特性-视觉惰性
视觉惰性：人眼的主观亮度感 觉与光的作用时间有关，并且 光象一旦在视网膜上形成，在 它消失后，视觉将会对这个光 象的感觉维持一个有限的时间。
n 图像的采样和量化
• 图像数字化：指将模拟图像经过离散化之后， 得到用数字表示的图像。
离散化
模拟图像
数字图像
数字图像：用矩阵来描述的。
这些图像显示了不同取样密度间的大小比例，但是 它们显示尺寸大小的差别使得很难看出减少取样数 目带来的影响。
用复制一行和一列的方法，将抽样后的图像都恢复1024×1024 像素进行比较，很明显小尺寸的图像恢复后有明显的块效应。
空间和灰度级分辨率
44
n 图像数字化器
• 图像数字化器的功能组件 • 图像数字化器的性能 • 图像数字化器的类型
数码相机的组成
o镜头
oCCD（电荷藕合器件 ） oA/D（模/数转换器）
数字相机前面板
oMPU（微处理器）
n 外层由三层膜包裹 Ø角膜和巩膜 Ø脉络膜 Ø视网膜
人眼横截面简图
人眼的构造
ຫໍສະໝຸດ Baidu
人眼横截面简图
n 角膜是一种硬而透明的组织， 覆盖着眼睛的前表面。与角膜 相连的巩膜是一层包围着眼球 剩余部分的不透明膜。
n 脉络膜是眼睛重要的滋养源， 脉络膜外壳着色很重，有助于 减少进入眼睛外来光和眼球内 反向散射光的数量。
光的特性 太阳或灯泡等光源发射可见光谱中的
全部频率而产生白色光。当白色光投射到 一个物体上时，某些频率被反射，某些则 被物体吸收了。在反射光中混合的频率确 定了人所感受到的物体的颜色。
如果在反射光中以低频率为主，则物 体呈现红色，此时，可以说光主要含有光 谱中红色端的频率。
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人眼的构造
n 人眼是一个近似的球体， 直径约 2cm。
i0,0
I
I[m,n]
i1,0
im1,0
i0,1 i1,1
im1,1
i0,n1
i1,n1
im1,n1
图像数字化
数字图像是模拟连续图像 f(x,y)通过取样、量化、 编码获得的。 Ø图像取样：图像空间离散化 Ø图像量化：图像幅度离散化（又称为灰度级量化） Ø编码：用有限比特去表示量化后的数值
(d) 22*15
256×256
64×64
32×32
16×16
图像的量化与数字图像的质量
256灰度级
128灰度级
64灰度级
16灰度级
空间和灰度级分辨率
空间分辨率是图像中可辨别的最小细节 ü取样值多少是决定图像空间分辨率的主要参数
灰度级别分辨率是指在灰度级别中可分辨的最小变化。 灰度级数通常是 2 的整数次幂。
数字图像处理基础
第二章 数字图像处理基础
• 人眼的视觉特性 • 图像的采样和量化 • 图像数字化器 • 常用图像数字化设备 • 图像的灰度直方图 • 图像的文件格式
光的特性
光的本质是电磁波。在电磁波谱中，可见光仅占 很窄的一个波谱范围。其波长在380nm-780nm之间。 可见光的低频率端是红色，高频率端是紫色。从 高频道低频的光谱颜色的变化分别是紫、蓝、青、 绿、黄、橙、红。
数字化器的性能
• 分辨率：单位尺寸能够采样的像素数， 由采样孔的大小和像素间距的大小决定；
• 灰度级：量化为多少等级； • 图像大小：允许输入图像的大小； • 扫描速度：采样数据的传输速度；
图像数字化器的类型
主要包括: – 数码相机 – 胶片扫描仪
n 常用图像数字化设备
Ø数字相机 Ø扫描仪 Ø数字摄像机
码
2.55mm
8
n 人眼的视觉特性-视错觉
这两个图形在视网膜上是固定不动的，但你对 它的感觉却是在两种可能图形中动摇。 同时感觉到两种有意义的图形是很困难的！
n 人眼的视觉特性-视错觉
n 人眼的视觉特性-视错觉
n 人眼的视觉特性-视在对比度
感觉的亮度区域不是简单取决于亮度
相同亮度的方块在不同背景下，感觉亮度不同；位于 中心位置的方块亮度相同，当背景变亮时，方块的亮 度变暗。 一张白纸放在桌子上看上去很白，但用白纸遮蔽眼睛 直视明亮的天空时，纸看起来总是黑的。
图像取样和量化
图像取样和量化
与采样相关的概念(分辨率)
分辨率
传感器摄像的精确度。通常指要精确测 量和再现一定尺寸的图像所必需的像素 个数。 单位：像素*像素
分辨率 320x240
分辨率 160x120
分辨率 80x60
图象尺寸：176 * 127 分辨率：(a) 176 * 127 (b) 88 * 63 (c) 44*31