第二讲 数字图像处理的基本概念

图像颜色
马赫带效应是指有一定反差的图像临界部位在视 觉上给人以特别白或特别黑的感觉。
马赫带上的亮度过冲是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，对空间中频具有较高的敏感性， 因而在亮度突变处亮度过冲现象，人眼感受到的 是对比度的增强，这种现象有助于增强对图像轮 廓的识别能力
色觉有三种性质：色调（色别）、亮度、饱和 度
色调：不同的色 亮度：色彩的明暗、深浅程度 色彩度（饱和度）色彩的纯度，以阳光的光谱色为标准，
越接近光谱色，色彩பைடு நூலகம்和度越高
人类的视觉模型与彩色
人眼的分辨能力及其影响因素
对灰度层次的分辨能力——约40级 对颜色的分辨能力
光波波长变化1~2nm,人眼就可感知到 人眼可同时分辨数千种不同色彩和不同亮度的颜色
动态范围：人眼能够同时分辨的亮度范围，远远小 于人眼对亮度的适应范围
视觉亮度灵敏度：人眼辨别亮度差别的能力，与环 境亮度和本身亮度有关
人类的视觉模型
亮度感觉与亮度的关系
人眼对亮度差别的感觉取决于相对亮度的变化 ，有Δs=k’*ΔB/B，经积分有 s=k’lnB+k0, k’为常数，表明亮度感觉与亮度的自然对数成线
任何颜色均可由红、绿、蓝三基色产生
视觉三基色假说-格拉斯曼定律
所有颜色都可由相互独立的三基色得到 加入三基色的混合比相等，则色调和饱和度也相等 任意两种颜色混合产生的新颜色与采用三基色分别合成这两
种颜色的各自成分混合起来得到的结果相同 混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和
视觉三基色：两种基色系统
有色光照射到消色物体时，物体反射色与入射光颜色相同， 两种以上有色光同时照射到消色物体上，呈加色法效应
有色光照射到有色物体时，物体的颜色呈减色法效应
图像的颜色
视觉三基色假说：
三基色是这样的三种颜色，它们相互独立，其中任一色均不 能由其他二色混合产生。它们又是完备的，即所有其它颜色 都可以由三基色按不同的比例组合而得到
以各个小单元的平均亮度值或中心部分的亮度值作 为该单元的亮度值，为亮度值的离散化处理，即量 化（quantization）
以上两个过程结合起来就是图像数字化
图像数字化
具体来说，就是把一幅图画分割成如下图所示的一个 个小区域（像元或像素），并将各小区域灰度用整数 来表示，形成一幅点阵式的数字图像。它包括采样和 量化两个过程。像素的位置和灰度就是像素的属性。
性关系。
术语
人眼的分辨力：是指人眼在一定距离上能区分开 的相邻两点的能力。
图像对比度（对比度反差）是图像中最大亮度值 与最小亮度值之比。
图像相对对比度是图像中最大亮度值与最小亮度 值之差同最小亮度值之比
人类的视觉模型与彩色
色觉：人能辨别不同颜色的能力，是指视网膜 对不同波长光的感受特性，物体的色是人的视 觉器官受光后在大脑的一种反映。
第二讲 数字图像处理的基本概念
刘春国 河南理工大学 测绘与国土信息工程学院
1 人眼的视觉原理与图像颜色
人类的视觉模型
锥状细胞：负责彩色视觉
有三种类型：红色、绿色、 蓝色感光细胞
可感受6~7百万种颜色 数量：约6~7百万
一根视神经连接一个锥状细 胞
人眼的最内层是视网膜，表面 分布有大量光敏细胞
杆状细胞广泛分布在视网膜上
一根视神经连接若干杆状细胞 数量：7500万~1.5亿 对低照度景物敏感 负责黑白视觉
人类的视觉模型
三种锥状感光细胞对不同光波的感光灵敏度
人类的视觉模型
人眼对亮度的适应能力：
亮适应性：人从黑暗处到明亮处的视觉行为过程 暗适应性：人从明亮处到黑暗处的视觉行为过程
消色物体指黑色、白色、灰色物体，对照明光线具有非选择 性吸收能力，根据入射光的反射率的大小区分为不同的颜色
>75% 10%<r<75% r<10%
有色物体对照明光线具有选择性吸收的能力，入射光中的色 光不是等量的被吸收，入射光被反射或透射后，改变了光谱 成分和亮度，所以物体呈现不同的颜色
光源的光谱成分对物体颜色的影响
模拟图像
数字图像
正方形点阵
采样
将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样。 采样间隔和采样孔径的大小是两个很重要的参数。
当对图像进行实际的抽样时，怎样选择各抽样点的间 隔？
采样孔径
不同形状的采样孔径
采样方式:有缝、无缝
有缝
和重迭
无缝
重迭
量化
经采样图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度是 连续的，还不能用计算机进行处理。将像素灰度转换 成离散的整数值的过程叫量化。
马赫带效应示意图
2.3 图像数字化
数字图像的生成
数字图像的生成
将非数字图像数字化成数字图像 应用各种光电转换设备获取数字图像 应用二维离散数学函数生成数字图像
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 的数字图像的过程
图像的数字化
把模拟图像分割成同样形状的小单元，进行空间离 散化处理叫采样（sampling）
感光灵敏度：杆状细胞与锥状细胞不同 锥状细胞：明视觉 杆状细胞：暗视觉
暗适应性：从亮光处到暗光处的 适应能力，一般20~30s 亮适应性：从暗处到亮处的适应 能力，一般1~2s
人类的视觉模型
人眼对亮度的适应能力与鉴别（续）
适应能力：人眼能够感知的亮度最大值和最小值范 围，从百分之几cd/m2到几百万cd/m2；最大值和最 小值之比——1010以上
加色系统：其基色是红、绿、 蓝；不同比例的三基色光相加 得到彩色称为混合彩色
红+绿=黄 红+蓝=紫（品红） 蓝+绿=青 红+绿+蓝=白
视觉三基色：两种基色系统
减色系统：其基色是黄、青、品红（或紫）；通常为 绘画颜色或涂料，颜料能吸收入射光光谱中的某些成 分，非吸收的部分被反射，形成该颜料独有的彩色
面积对色觉的影响：目标物体的颜色面积变小时， 色觉颜色也变；面积小到一定程度，变为灰色
色对比：若目标物的色度相同，但背景色度有所不 同，看起来有不同的颜色
主观色：一个纯黑白色的图像在特殊情况下也会有 颜色感觉（转动的benham黑白圆板）
物体颜色
物体的色取决于物体对各种光线的吸收、反射和透视 能力，分为有色物体和消色物体