第二章图像和视觉基础

图像的调色板
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图像类型转换 2、im2bw 格式： BW＝im2bw（I,level）%I代表图像的数据矩阵， level图像二值化域值
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4.用于读写图像的函数 imread imread函数用于读入各种图像文件，其语法 格式为： A=imread(‘filename.格式’) %注意默认的文 件存放目录为x:\\matlab6.0\work,图像的格式 可选:bmp,hdf,jpg,png,tif,xwd等 imwrite imwrite函数用于输出图像格式为： imwrite（A, ‘filename.格式’)
第二章图像和视觉基础
人类的视觉感知系统
数字图像基础知识
2.1视觉基础
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1.人眼成像结构图
15m 17 mm 100m 2.55mm
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2.亮度视觉
人眼的结构机理使人能感觉到亮度和颜色
人眼成像的结构
Ciliary body睫状体眼睛血管膜 的增厚部分，在脉络膜和虹膜之 间 Ciliary muscle睫状肌
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数据类型转换
s64=double(s8)/256%uint8转换为双精度型64位，值域为 0~1 s64 = 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2813 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2773 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734 0.2734
图象和信息：
人类从外界（客观世界）获得的信息约有75%来自 视觉系统
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1.1.1 图象和数字图象
图象类型 {广义}
图片，动画，绘图，文字/档，...
{狭义}
单幅 序列图象，... 静止 运动图象（视频），... 2-D 3-D，彩色，立体对， 多光谱,多视场图象，... 灰度 深度，纹理图象，...
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3.调用函数文件 在命令窗口输入：
图形窗口
命令窗口
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MATLAB图像及其操作 开发图像处理的应用系统不可能由一个人完 成，而是一个群体协作的工程。设计方法通 常采用结构化或面向对象方法。如果只就图 象处理的某个算法而言，就是一项软件工程 设计中的模块设计工作，用MATLAB工具做 这样的算法编程工作是一件轻而易举的事情。 MATLAB图像文件格式 MATLAB图像类型 MATLAB图像文件的读写 MAT图像类型 1、rgb2gray函数用于将一幅真彩色图像转换 成灰度图像，如果输入的是真彩色图像，则 图像可以是uint8或double类型，输出图像I与 输入图像类型相同。如果输入的是调色板， 则输入和输出的都是double类型。 其语法格式为： I＝rgb2gray（RGB)%输入RGB为图像数据矩阵 newmap＝rgb2gray(map) %输入map为真彩色
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例：图像文件读取和显示函数的编制
函数文件，文件的开头第一行为function的文件。 1.建立函数文件 在编辑/调试窗口键入：
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2.保存函数文件 保存的函数文件名应与用户定义的函数名一 致，此例中定义的函数名为“RGBimread”， 则文件保存为“RGBimread.m”
矩阵
f11 f F 21 fM1
f12 f 22

fM 2
f1N f2N f MN
F f1 f2 fN
矢量
fi f1i
f2i f Mi
T
i 1, 2, , N
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1.1.1.3 图象的表达
强光 极限
夜间 夜视 阈值 白天
光强度与主观亮度的对应关系
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刻画亮度分辨率的基本实验
I 50
I
韦伯率，亮度区分能力
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韦伯率是灰度的函数
可知人眼区分亮度的能力在低照明的情况下较差，在背景亮度增加后得到改 善；但不与照明的情况成一简单的函数关系－基于下面两个事实
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1.1.1.3 图象的表达
图象表示
2-D数组 f (x, y)
x ， y：2-D空间XY中坐标点的位置
f：代表图象在(x, y)的性质F 的数值 f，x，y 的值可以是任意实数
性质F : 可对应不同物理量（例如灰度、
红、绿、兰）
灰度图象里用灰度表示
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连续图像： f，x，y 的值可以是任意实数
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MATLAB程序： RGB3=double(RGB2(1:6,1:6,1)) RGB=imread('flowers.tif'); RGB4=double(RGB2(1:6,1:6,2)) subplot(1,2,1),imshow(RGB),axis('im RGB5=double(RGB2(1:6,1:6,3)) age'); RGB3 = RGB2=imcrop(RGB,[64,64,64,64]); 146 146 144 148 154 150 subplot(1,2,2),imshow(RGB2),axis('i 143 143 145 143 137 140 mage') 144 138 135 131 124 120
Retina 视网膜
Lens 晶状体 Fovea 中央凹 Sclera 巩膜 choroid 脉络膜
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视网膜上的锥细胞 产生适亮视觉 （photopic vision); 柱细胞产生适暗视 觉（scotopic vision) Cones－锥细胞
Rods－柱细胞
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亮度视觉范围很宽： 1010数量级
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举例：从一幅颜色模型为HSV真彩色图片取出6X6的数据其为浮点类 型的数据，转换为uint8类型
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数据类型转换
s1=s([1:6],[1:6],1) s1 = 0.2824 0.2824 0.2784 0.2784 0.2745 0.2745 0.2824 0.2824 0.2784 0.2784 0.2745 0.2745 0.2824 0.2824 0.2784 0.2784 0.2745 0.2745 0.2824 0.2824 0.2784 0.2784 0.2745 0.2745 0.2824 0.2824 0.2784 0.2784 0.2745 0.2745 0.2824 0.2824 0.2784 0.2784 0.2745 0.2745 s8=uint8(round(s1*256))％双精度转换为无符号整型，值域为[0,255] s8 = 72 72 71 71 70 70 72 72 71 71 70 70 72 72 71 71 70 70 72 72 71 71 70 70 72 72 71 71 70 70 72 72 71 71 70 70
离散点集
灰度区域
二维数组
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屏幕显示坐标系统
迪卡尔坐标系统 灰度区域
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MATLAB图像及其操作 开发图像处理的应用系统不可能由一个人完 成，而是一个群体协作的工程。设计方法通 常采用结构化或面向对象方法。如果只就图 象处理的某个算法而言，就是一项软件工程 设计中的模块设计工作，用MATLAB工具做 这样的算法编程工作是一件轻而易举的事情。 任何一个图像处理算法都可以是一个自定义 的函数，MATLAB提供了一个创建用户函数 的结构，并以M文件的形式存储下来，运行 M文件，就是让计算机一次完成M文件规定 的操作。
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图像数字化过程
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c
y
f(5,4) f(x,y)
X，单位：m a. CCD传感器上的连续图像
r,单位：pixel
b.
采样量化后的数字图像
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1.1.1.3 图象的表达
图象的矩阵和矢量表示
一幅2-D图像可以用2-D数组f(x,y)表示，实际中将2-D图像 写成2-D的M×N的矩阵
2.图像数据类型 MATLAB中图像数据矩阵的存储方式为双精 度(double)类型即64位浮点数。而存储图像 时MATLAB有时采用无符号整型（uint8)即图 像矩阵中的每个数据占用一个字节。由于大 多数运算和函数(比如最基本的矩阵加减运算) 都不支持uint8类型，所以运算时通常要将图 像转换成 double型。 函数double将数据转换为双精度浮点类型， 调用格式为： X64=double(x8) /256
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事实1：马赫带效应－边缘效应
人眼过高估计了不同亮度区域边界的值
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imagesc(1:8) colormap(gray)
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事实2:同时对比度
人眼感觉到的亮度还和对比度有关
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2.2.1 图象和数字图象
图象：
用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界 而获得的，可以直接或间接作用于人眼并进而产生视知 觉的实体 粗略地说，图像是二维或三维景物在视网膜上的影 像，人类采用计算机技术接受并加工这种视觉信息的理 论、方法和应用称为计算机图像处理和分析 图象（广义/抽象） 图像（狭义/具体）