数字图像处理冈萨雷斯-2数字图像处理基础-讲义
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h--普朗克常量
光 —— 可以被人眼感知的电磁波。
2.2 光和电磁波谱
电磁波是能量的一种,任何有能量的物体,都会 释放电磁波。
2.2 光和电磁波谱
人从物体感受的颜色由物体反射光决定
➢ 若所有反射的可见光波长均衡,则物体显示白色
➢ 有颜色的物体是因为物体吸收了其他波长的大部分能 量,从而反射某段波长范围的光。
反射分量
f ( x ,y ) i ( x ,y ) r ( x ,y )( 2 .3 2 )
0<f(x,y)<∞ 0<i(x,y)<∞
灰度(Intensity) 白光强度(illumination)
0<r(x,y)<1 平均反射系数(reflectance)
r ( x ,y ) 0 — — 全 吸 收 r ( x ,y ) 1 — — 全 反 射
单色图像在任何坐标(x0,y0)处的强度为图像在该处的灰度级 l=f(x0,y0),显然 有 LminlLm,ax可以规定灰度级范围为[0,L-1]
2.4 图像取样和量化
获取图像的目标是从感知的数据中产生数字图像, 但是传感器的输出是连续的电压波形,因此需要把 连续的感知数据转换为数字形式。 这一过程由图像的取样与量化来完成。
数字图像处理冈萨雷斯-2数字图像处理基础
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本章内容
2.1 视觉感知要素 2.2 光和电磁波谱 2.3 图像感知和获取 2.4 图像取样和量化 2.5 象素间的一些基本关系 2.6 线性和非线性操作
本章要求
了解图像数字化过程及分辨率变化对图像的 影响;
了解数字图像的表示形式和特点 掌握像素间的关系:相邻、领域、邻接性、
彩色光源的三个基本属性:
2.2 光和电磁波谱
①发光强度——从光源流出的能量的总量。单位:瓦特(W) ②光通量——观察者从光源感受到的能量。单位:流明(lm)
1 l m m 2 一 公 尺 外 烛 光 的 照 度
③亮度——光感受的主观描绘子。单位:不能测量
2.3 图像的感知和获取 图像形成模型
2.3.4 简单的图像成像模型
连通性、距离的度量 掌握图像的代数运算以及应用
2.1 视觉感知要素
2.1.1 人眼的构造(自学) 2.1.2 眼睛中图像的形成(自学)
2.1.3亮度适应和鉴别
人眼对不同亮度的适应和鉴别能力
亮 暗 适应慢 暗 亮 适应快
(1)视源自文库适应性
2.1.3亮度适应和鉴别
✓亮度适应范围:1010量级(10-6mL(夜视域)~104mL(强闪光));
2.1.3亮度适应和鉴别
2.1.3亮度适应和鉴别
(4)视觉错觉(Optical Illusions)
在错觉中,眼睛 填上了不存在的 信息或错误地感 知物体的几何特 点。
2.2 光和电磁波谱
电磁波谱可以用波长( )、频率()或能量( E )
来描述
c (2.21) Ehv (2.22)
v
c--光速
数字化坐标值称为取样 数字化幅度值称为量化。
图像的取样率:单位距离的取样数目(在两个空间方
向上)
2.4 图像取样和量化
2.4 图像取样和量化
2.4 图像取样和量化
模拟图像信号 (1)空间采样
0If(x,y)A 0I(i,j)A
(2)灰度级(强度)量化
I[0,Lma]x
坐标的数字化称为采样,幅度值的数字化称为量化。
➢ 没有颜色的光叫单色光或消色,灰度级通常用来描述
单色光的强度,其范围从黑到灰,最后到白。 ➢ 在原理上,如果可以开发出一种传感器,能够检测由
一种电磁波谱发射的能量,就可以在那一段波长上对 感兴趣的物体成像。
灰度和色彩:
2.2 光和电磁波谱
彩色模型: RGB 加色法 CMY,CMYK 减色法 HSB(色泽,饱和度,明亮度)
✓主观亮度是进入人眼的光强度的对数函数;
(2)辨别光强度变化的能力
2.1.3亮度适应和鉴别
✓当背景光保持恒定时,改变其他光源亮度,从不能察觉到可以察觉间
变化,一般观察者可以辨别12到24级不同强度的变化.
图2.5 亮度辨 别特性的基本 实验
韦伯定理说明:
✓人眼视觉系统对亮度的对比度敏 感而非对亮度本身敏感;
即感觉的亮度(主观亮度)不是简单地取决于
光强度。
韦伯-费赫涅尔定理:亮度感觉S与实际亮度B的对 数成线性关系。SklnBk0 因此,
✓重现景物的亮度范围无需与实际景物的亮度范围相 同,只需保持二者的对比度相同;
✓人眼不能辨别的亮度差别也无需重现出来,只需保 持二者的亮度差别级数相同即可;
2.1.3亮度适应和鉴别
sensor
在特定坐标(x,y) 处,通过传感器转 换获得的f值为一正 的标量。 函数 f(x,y)由:①入射 到观察场景的光源 总量; ②场景中物 体反射光的总量组 成。
我们感兴趣的图像各系类统图的线像性都模是型由“照射”源和形成图像的 “场景”元素对光能的反射或吸收相结合而产生的。
入射分量
2.3.4 简单的图像成像模型
✓与整个适应范围相比,人眼在某一时刻能鉴别的亮度级别范围很 小(以该环境的平均亮度为中心的一个小的亮度范围);
✓亮度适应级(视觉系统当前的灵敏度级别):
人眼适应了某一环境后,该环境的平均亮度;
✓亮度适应现象:人眼并不能同时在整个范围内
工作,而是利用改变灵敏度来实现大的动态范围 内的变动;
✓当平均亮度适中时,能分辨的最大亮度和最小 亮度之比为1000:1;当平均亮度很低时,这个比 值只有10:1
图2.6 作为强 度函数 的典型 韦伯比
✓低照度,韦伯比高,亮度辨别能力差;高照度,韦伯比低,亮度 辨别能力强;
韦伯定理:如果一个物体的亮度与其周围背景的亮度I有刚可 察觉到的差别 I ,则 I I(韦伯比) 是 I 的函数且 I I在一 定的亮度范围内近似不变;
2.1.3亮度适应和鉴别
(3)人眼感觉亮度并不是简单的强度函数
同时对比效应(Simultaneous Contrast)
即人眼对某个区域感觉的亮度(主观亮度)不
仅依赖于他自身的亮度,还与它的背景有关;
背景变亮,相同强度的方块变暗。
马赫带效应
感觉亮度不是简单的
强度函数的;视觉系 统有趋于过高或过低 估计不同亮度区域边 界值的效应。
图中各色带亮度恒定, 但实际感觉条带边缘亮 度有变化:边缘处,亮 的一边更亮,暗的一边 更暗;