数字图像处理课件3

第二章预备知识 人眼成像机理光度学的基本知识人眼的视觉特性光成像的基本原理图像的数学描述 中层 蛋白质膜 锥状视觉 白昼视觉 识别图像细节 分辨光的强弱 彩色 感知景物形象 不能感觉彩色 对低照度景物敏感 杆状视觉 夜视觉 变焦透镜 光线 成像 人眼结构及成像机理 杆状细胞 rod 锥状细胞 cone ElectronMicrographofHumanVisualReceptors TheElectromagneticSpectrum VioletBlueGreenYellowOrangeRed 780 600 500 380 ultraviolet infrared visiblespectrum wavelength nm 555 最大敏感度 光度学 电磁波谱 视敏度K 相同亮度感觉下波长 辐射功率P 的倒数相对视敏函数V 视敏度与最大敏感度的比光通量F每秒钟内光流量的度量 流明lm 发光强度I光源在单位立体角内发出的光通量光源发光的功率 坎德拉cd 亮度B发光表面的明亮程度光源单位面积在法线方向的发光强度照度E受照面某点及其单位面积的光通量 专业术语 亮度人眼感受彩色光的明暗的程度色调光的颜色饱和度颜色的深浅程度 彩色三要素 彩色视觉模型 HueSaturationBrightness 绝大部分光可由红 绿 蓝三种色光按一定比例加以合成 视觉三色假说 三基色原理 自然界常见的各色光都可由红 绿 蓝三种色光按不同比例相配合成 同样 绝大多数色光也可分解成红 绿 蓝三种色光 Y 0 299R 0 587G 0 114B SpectralSensitivityCurvesofRods Cones 总的彩色感觉是红 绿 蓝三种锥状细胞响应的综合结果 彩色模型 RGB模型HIS模型H hue色调S saturation饱和度I intensity强度 明度CYM系统cyan yellow magentaSecondaryColors补色CYMK系统CYM blackhalftone半色调 相加混色 Additivecolormixer 红色 绿色 黄色红色 蓝色 品红绿色 蓝色 青色红 绿 蓝 白色 用于图像显示 电视图像 相减混色 subtractivecolormixer 用于彩色印刷 印染 绘图等 利用颜料 染料的吸色性质 吸收三基色的混色 青色 黄色 绿色青色 品红 蓝色品红 黄色 红色青 品红 黄 黑色 颜料三基色 白色 红色 青色白色 绿色 品红白色 蓝色 黄色 人眼所能感受的亮度范围百分之几cd m2 几百万cd m2 不能同时感受 平均亮度1000cd m2200 2000cd m2 平均亮度30cd m21 200cd m2 瞳孔的调节作用视觉细胞的调整能力 视觉范围 人的视觉特性 暗适应性函数 DarkAdaptationFunction 人的视觉特性 明适应性 BrightAdaptation 人的视觉特性 同时对比效应 SimultaneousContrast 人的视觉特性 SimultaneousColorContrast 同时色对比 人的视觉特性 色彩同化效应 ColorAssimilation 人的视觉特性 眼见为实 人的视觉特性 NeckerCubeIllusion 马赫带效应 人的视觉特性 Fraunhofer衍射实验 平行光波射到小孔时的衍射现象 光成像 衍射图样中央是一个较亮的圆斑 外围是一组同心的明暗相间的同心圆环 爱里斑第一暗环所围的中央光斑 光成像的二次假说 物体经光学系统后 在它的后焦平面上形成衍射图样 衍射图样为次波波源 在象平面上构成象 成像物理过程 高频信息丢失 像的质量可提高 细节部分会丢失物与像总有差异 改变焦平面上的衍射 空间分布 频谱面 FFT IFFT 空间分布 物体 象平面 后焦平面 数学建模 二维光场的复振幅进行正与反两次FFT的过程 二次成像过程 在频谱面上采取相应措施来改善和提高像的质量 图像的数学描述 入射光的辐射功率 景物对入射光的反射或透射 i x y t t时刻波长为 的入射光入射功率 r x y t 观测物体t时刻波长为 的入射光反射系数 tr x y t 观测物体t时刻波长为 的入射光透射系数 成像因素 人眼实际接收光功率Fr x y t i x y t r x y t Ftr x y t i x y t tr x y t 自然光情况下 人类对R G B感受的实际光通量 序列图像空间坐标和景物明暗程度连续变化 F x y i x y r x y 二维图像景物明暗程度变化 t T 图像的数学描述 图像数字化 空间连续坐标 x y 的离散化 图像的采样 幅值f x y 的离散化 灰度级的整量 连续图像f x y 数字图像 采样 整量 按一定顺序对连续图像进行等间隔采样 对每一个采样点的明暗度进行等间隔的量化后所得到的数组 数字图像 象素pixel 均匀采样整量的数字化图像 Definition Animageisa2 dimensionallightintensityfunction f x y wherexandyarespatialcoordinates andfat x y isrelatedtothebrightnessoftheimageatthatpoint Definition Adigitalimageistherepresentationofacontinuousimagef x y bya2 darrayofdiscretesamples Theamplitudeofeachsampleisquantizedtoberepresentedbyafinitenumberofbits Definition Eachelementofthe2 darrayofsamplesiscalledapixelorpel pictureelement Whatisanimage ImageSizeandResolution Theseimageswereproducedbysimplypickingeveryn thsamplehorizontallyandverticallyreplicatingthatvaluen ntimes 200 200 100 100 50 50 25 25 人眼的分辨力 人眼在一定的距离上区分开相近两点的能力人眼分辨图像细节的能力 用能区分开的最小视角之倒数来描述 d Ld L 查视力 检测人眼分辨力 影响人眼分辨力因素 环境照度 被观察对象的相对对比度 运动速度 人眼对于彩色细节的分辨力 均匀采样整量 非均匀采样整量 灰度变化较剧烈的区域 密集采样 灰度变化较平缓的区域 稀疏采样 数字化图像方法 灰度级概率分布决定整量密疏 等距离等间隔采样整量 Monochromeimage RedR x y GreenG x y BlueB x y Colourimage Differentnumbersofgraylevels 256