【正文】 例如，上圖中，觀察者看 1個(gè)相距 100m高15m的柱狀物體。眼睛的晶狀體和普通光學(xué)透鏡之間的主要差別在于前者的適應(yīng)性強(qiáng)。 2021/6/17 3 除了三層薄膜，在瞳孔后面有一個(gè)扁球形的透明體 (水晶體 )。它的大小可以由連接虹膜的環(huán)狀肌肉組織來調(diào)節(jié)，以控制進(jìn)入眼睛內(nèi)部的光通量大小，其作用和照相機(jī)中的光圈一樣。中間一層由 虹膜和 脈絡(luò)膜 組成。 ? 最外層是堅(jiān)硬的蛋白質(zhì)膜，其中，位于前方的大約 1／ 6部分為有彈性的透明組織，稱為 角膜 ，光線從這里進(jìn)入眼內(nèi)。第２章數(shù)字圖像表示及其處理 － 主要內(nèi)容 ?人眼成像過程 ?簡(jiǎn)單的圖像形成模型 ?圖像的數(shù)字化 ?數(shù)字圖像的基本類型 ?圖像的灰度直方圖 ?數(shù)字圖像的基本文件格式 ?編程處理圖像 2021/6/17 2 人眼成像過程 ? 人眼是一個(gè)平均半徑為20mm的球狀器官。它由三層薄膜包圍著，如圖所示。其余 5／ 6為白色不透明組織，稱為 鞏膜 ，它的作用是鞏固和保護(hù)整個(gè)眼球。虹膜的中間有一個(gè)圓孔，稱為 瞳孔 。最內(nèi)一層為 視網(wǎng)膜 ，它的表面分布有大量光敏細(xì)胞。水晶體的作用如同可變焦距的一個(gè)透鏡，它的曲率可以由睫狀肌的收縮進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使景象始終能剛好地聚焦于 黃斑區(qū) 。 用眼睛看建筑物側(cè)面的圖解 ， C點(diǎn)是晶狀體的光心 2021/6/17 4 可計(jì)算物體在視網(wǎng)膜上的成像尺寸。 如果用 x代表以 mm為單位的視網(wǎng)膜上的成像尺寸，根據(jù)圖中的幾何關(guān)系，15/100=x/17， X=。它們對(duì)顏色很敏感。 ? 柱細(xì)胞的數(shù)量要比錐細(xì)胞大得多，在視網(wǎng)膜表面上大約有75,000,000 ~150,000,000 個(gè)柱細(xì)胞。 ? 4. 人眼成像過程 視細(xì)胞受到光刺激產(chǎn)生電脈沖 ?視神經(jīng)中樞 ?大腦成像 2021/6/17 7 人眼的亮度感覺 ? 1. 人眼亮度感覺范圍 ? 1） 總范圍很寬（ 102~106,c=108） ? 2） 人眼適應(yīng)某一環(huán)境亮度后，范圍限制 ↓ ?① 適當(dāng)平均亮度下： c= 103 ?② 很低亮度下： c=10 ? 2. 人眼對(duì)亮暗程度所形成的 “ 黑 ”“ 白 ” 感覺具有 相對(duì)性 ，在不同的環(huán)境下對(duì)同樣亮度的主觀感受并不相同。 ? （ 2）大部分圖像的 c ≤ 100故一幅圖像數(shù)字化時(shí)，灰度級(jí)取 256左右。 ? （ 2）兩不同亮度物體處在不同亮度背景下，人按對(duì)比度 c感覺物體亮度對(duì)比 。 圖中間方塊的亮度相同，當(dāng)背景變亮?xí)r，它們變暗 2021/6/17 10 人眼的視覺錯(cuò)覺 ? 人類感知現(xiàn)象存在視覺錯(cuò)覺。 （ a）一個(gè)正方形的輪廓看得很清楚，盡管 在圖像中這些部分并沒有線 2021/6/17 11 人眼的視覺錯(cuò)覺 ? （ b）僅僅幾條直線就可以給出一個(gè)圓的錯(cuò)覺。 2021/6/17 12 人眼的視覺錯(cuò)覺 ? （ d）所有旋轉(zhuǎn) 450的線都是等距離的平行線，然而畫有交叉影線就產(chǎn)生錯(cuò)覺，感覺這些線不再平行。 能看到很多黑點(diǎn)在閃動(dòng)嗎？ 2021/6/17 13 色彩的迷惑 2021/6/17 14 運(yùn)動(dòng)的齒輪 2021/6/17 15 2021/6/17 16 ? 物體 反射或透射 了照射光譜的一部分而 吸收 了其余部分呈現(xiàn)顏色。一個(gè)物體若所有反射的可見光波長(zhǎng)是相對(duì)平衡的，則物體對(duì)觀察者來說是顯示 白色 。 ? 如，綠色物體反射波長(zhǎng)主要在 500~570范圍的光，而吸收其他波長(zhǎng)的大部分能量。屬性是它的強(qiáng)度或大小。 2021/6/17 17 ? 人眼對(duì)彩色的感知由 3個(gè)量來度量： ? 亮度 ：光作用于人眼的明亮程度 ? 色調(diào) ：人眼的彩色感覺，反映顏色的種類 ? 飽和度 ：彩色的深淺或純潔程度 ? 色調(diào)和飽和度合稱 色度 ，說明彩色光的顏色類別和顏色的深淺程度。 ? 按不同比例混合稱 相加混色 ： ? 紅 +綠 =黃 ? 紅 +藍(lán) =品紅 ? 綠 +藍(lán) =青 ? 紅 +綠 +藍(lán) =白 2021/6/17 19 簡(jiǎn)單的圖像形成模型 一幅圖像實(shí)際上記錄的是物體 輻射能量 的空間分布，這個(gè)分布是 空間坐標(biāo)、時(shí)間和波長(zhǎng) 的函數(shù)，即 : I=(x,y,z,λ,t)。 i(x,y)的性質(zhì)取決于照射源，而 r(x， y)取決于成像物體的特性。 r(x， y)黑天鵝絨 ,不銹鋼 ,白色墻 ,鍍銀金屬 ,雪 . 2021/6/17 20 圖像的獲取 ? 如圖顯示了把照射量變?yōu)閿?shù)字圖像的三種主要傳感器裝置。輸出電壓波形是傳感器的響應(yīng)，同時(shí)，一個(gè)數(shù)字量可從 數(shù)字化該響應(yīng)的每個(gè)傳感器得到。 2021/6/17 22 圖像的獲取 ? (1)用單個(gè)傳感器獲取圖像 通過運(yùn)動(dòng)獲取二維圖像 2021/6/17 23 圖像的獲取 ? （ 2）（ a）用帶狀傳感器獲取圖像 。 2021/6/17 24 圖像的獲取 ? （ 3）用傳感器陣列獲取圖像 ? （ a）照射源；（ b）場(chǎng)景元素；（ c）成像系統(tǒng)；（ d）場(chǎng)景投影到圖像平面；（ e）數(shù)字化圖像。 數(shù)字化坐標(biāo)值稱為 采樣 （取樣），數(shù)字化幅度值稱為 量化 。 將一幅圖像進(jìn)行數(shù)字化的過程就是在計(jì)算機(jī)內(nèi)生成一個(gè)二維矩陣的過程。 掃描 :按順序?qū)D像進(jìn)行遍歷 ,如矩形掃描網(wǎng)格； 采樣 :用光電傳感器件對(duì)像素位置上的像素取值； 量化 :對(duì)采樣得到的值模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ? 一個(gè)簡(jiǎn)易的圖像處理系統(tǒng)就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)配備圖像數(shù)字化器和輸出設(shè)備。 2021/6/17 27 圖像數(shù)字化設(shè)備的組成及性能 ? 包括：采樣孔、圖像掃描機(jī)構(gòu)、光傳感器、量化器和輸出存儲(chǔ)體 5部分。 ? 圖像掃描機(jī)構(gòu) ：使采樣孔按照預(yù)先規(guī)定的方式在圖像上移動(dòng)，從而按順序觀測(cè)每一個(gè)像素。 2021/6/17 28 圖像數(shù)字化設(shè)備的組成及性能 ? 量化器 ：將傳感器輸出的連續(xù)量轉(zhuǎn)化為整數(shù)值。 ? 輸出存儲(chǔ)體 ：將量化器產(chǎn)生的灰度值按適當(dāng)格式存儲(chǔ)起來，以用于后續(xù)的計(jì)算機(jī)處理。 2021/6/17 29 圖像數(shù)字化設(shè)備的組成及性能 ? 圖像數(shù)字化器的性能 ? 性能評(píng)價(jià)： ? 空間分辨率 ：?jiǎn)挝怀叽缒軌虿蓸拥南袼財(cái)?shù)。 ? 灰（色）度分辨率 ：量化為多少等級(jí)（位深度），顏色數(shù)（色深度）。 ? 量測(cè)特征 ：數(shù)字化器所測(cè)量和量化的實(shí)際物理參數(shù)及精度。 ? 噪聲 ：數(shù)字化器的噪聲水平（應(yīng)當(dāng)使噪聲小于圖像內(nèi)的反差）。 2021/6/17 30 采樣和量化的依據(jù) ? 陣列中傳感器的數(shù)量決定了在兩個(gè)方向上的取樣限制。 2fmax稱為 Nyquist采樣率。 2021/6/17 31 采樣 ? 采樣 （ Sampling） :是對(duì)圖像 空間坐標(biāo) 的離散化 ， 它決定了圖像的空間分辨率 。 采樣行采樣列像素行間隔采樣間隔圖像的采樣 2021/6/17 32 采樣和量化 2021/6/17 33 采樣和量化 2021/6/17 34 采樣 ? 對(duì)一幅圖像采樣時(shí)，若每行（即橫向）像素為 M個(gè)，每列（即縱向）像素為 N個(gè)，則圖像大小為 M N個(gè)像素，從而 f(x,y)構(gòu)成一個(gè)M N實(shí)數(shù)矩陣： 每個(gè)元素為圖像 f(x,y)的離散采樣值，稱之為像元或像素。 量化是對(duì)圖像灰度坐標(biāo)的離散化，它決定了圖像的灰度分辨率 。 ? 分層量化是把每一個(gè)離散樣本的連續(xù)灰度值只分成有限多的層次。 用有限個(gè)離散的灰度值表示無窮多個(gè)連續(xù)灰度必然會(huì)引起誤差 ,稱 量化誤差 或 量化噪聲 . 2021/6/17 37 量化 — 整數(shù)化過程 量化示意圖 (a) 量化 (b) 量化為 8 bit 2021/6/17 38 量化 圖像量化實(shí)例 (a) 256級(jí)灰度圖像 (b) 子圖 (16*16) (c) 子圖對(duì)應(yīng)的量化數(shù)據(jù) 2021/6/17 39 量化 ? 采樣點(diǎn)數(shù)和量化級(jí)數(shù)的關(guān)系： ? 對(duì)一幅圖像，當(dāng)量化級(jí)數(shù)一定時(shí)，采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量有著顯著的影響。 ? 同理，當(dāng)圖像的采樣點(diǎn)數(shù)一定時(shí)，采用不同量化級(jí)數(shù)的圖像質(zhì)量也不一樣。 2021/6/17 40 量化 采樣點(diǎn)數(shù)和量化級(jí)數(shù)的關(guān)系 (a) 采樣點(diǎn) 256 256 (b) 采樣點(diǎn) 64 64 (c) 采樣點(diǎn) 32 32 (d) 采樣點(diǎn) 16 16 (a) 量化為 2級(jí)的 Lena圖像 (b) 量化為 16級(jí)的 Lena圖像 (c) 量化為 256級(jí)的 Lena圖像 2021/6/17 41 分辨率變化對(duì)圖像影響 ? （一） 概念 ? 1. 圖像分辨率：區(qū)分細(xì)節(jié)的程度； ? 2. 影響因素：采樣點(diǎn)數(shù)（ M， N）和灰度 (數(shù) ) G 。 ? （三） 幅度分辨率 ? 1. G ↑ → 圖像幅度分辨率 ↑ ； ? 、 N不變， G↓ → 灰度漸變變成突變，出現(xiàn)虛假輪廓（有木刻畫效果） 2021/6/17 42 分辨率變化對(duì)圖像影響 ? （四） M、 N及 G的實(shí)際取值 ? 1. M=2m , N=2n, G