【正文】 例如，上圖中，觀察者看 1個相距 100m高15m的柱狀物體。眼睛的晶狀體和普通光學透鏡之間的主要差別在于前者的適應性強。 2021/6/17 3 除了三層薄膜，在瞳孔后面有一個扁球形的透明體 (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)，以控制進入眼睛內(nèi)部的光通量大小，其作用和照相機中的光圈一樣。中間一層由 虹膜和 脈絡膜 組成。 ? 最外層是堅硬的蛋白質(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整個眼球。虹膜的中間有一個圓孔，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胞。水晶體的作用如同可變焦距的一個透鏡，它的曲率可以由睫狀肌的收縮進行調(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點是晶狀體的光心 2021/6/17 4 可計算物體在視網(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=。它們對顏色很敏感。 ? 柱細胞的數(shù)量要比錐細胞大得多，在視網(wǎng)膜表面上大約有75,000,000 ~150,000,000 個柱細胞。 ? 4. 人眼成像過程 視細胞受到光刺激產(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） 人眼適應某一環(huán)境亮度后，范圍限制 ↓ ?① 適當平均亮度下： c= 103 ?② 很低亮度下： c=10 ? 2. 人眼對亮暗程度所形成的 “ 黑 ”“ 白 ” 感覺具有 相對性 ，在不同的環(huán)境下對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，灰度級取 256左右。 ? （ 2）兩不同亮度物體處在不同亮度背景下，人按對比度 c感覺物體亮度對比 。 圖中間方塊的亮度相同，當背景變亮時，它們變暗 2021/6/17 10 人眼的視覺錯覺 ? 人類感知現(xiàn)象存在視覺錯覺。 （ a）一個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 人眼的視覺錯覺 ? （ b）僅僅幾條直線就可以給出一個圓的錯覺。 2021/6/17 12 人眼的視覺錯覺 ? （ 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)生錯覺，感覺這些線不再平行。 能看到很多黑點在閃動嗎？ 2021/6/17 13 色彩的迷惑 2021/6/17 14 運動的齒輪 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。一個物體若所有反射的可見光波長是相對平衡的，則物體對觀察者來說是顯示 白色 。 ? 如，綠色物體反射波長主要在 500~570范圍的光，而吸收其他波長的大部分能量。屬性是它的強度或大小。 2021/6/17 17 ? 人眼對彩色的感知由 3個量來度量： ? 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 =品紅 ? 綠 +藍 =青 ? 紅 +綠 +藍 =白 2021/6/17 19 簡單的圖像形成模型 一幅圖像實際上記錄的是物體 輻射能量 的空間分布，這個分布是 空間坐標、時間和波長 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，同時，一個數(shù)字量可從 數(shù)字化該響應的每個傳感器得到。 2021/6/17 22 圖像的獲取 ? (1)用單個傳感器獲取圖像 通過運動獲取二維圖像 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）場景元素；（ c）成像系統(tǒng)；（ d）場景投影到圖像平面；（ e）數(shù)字化圖像。 數(shù)字化坐標值稱為 采樣 （取樣），數(shù)字化幅度值稱為 量化 。 將一幅圖像進行數(shù)字化的過程就是在計算機內(nèi)生成一個二維矩陣的過程。 掃描 :按順序?qū)D像進行遍歷 ,如矩形掃描網(wǎng)格； 采樣 :用光電傳感器件對像素位置上的像素取值； 量化 :對采樣得到的值模數(shù)轉(zhuǎn)換。 ? 一個簡易的圖像處理系統(tǒng)就是一臺計算機配備圖像數(shù)字化器和輸出設備。 2021/6/17 27 圖像數(shù)字化設備的組成及性能 ? 包括：采樣孔、圖像掃描機構(gòu)、光傳感器、量化器和輸出存儲體 5部分。 ? 圖像掃描機構(gòu) ：使采樣孔按照預先規(guī)定的方式在圖像上移動，從而按順序觀測每一個像素。 2021/6/17 28 圖像數(shù)字化設備的組成及性能 ? 量化器 ：將傳感器輸出的連續(xù)量轉(zhuǎn)化為整數(shù)值。 ? 輸出存儲體 ：將量化器產(chǎn)生的灰度值按適當格式存儲起來，以用于后續(xù)的計算機處理。 2021/6/17 29 圖像數(shù)字化設備的組成及性能 ? 圖像數(shù)字化器的性能 ? 性能評價： ? 空間分辨率 ：單位尺寸能夠采樣的像素數(shù)。 ? 灰（色）度分辨率 ：量化為多少等級（位深度），顏色數(shù)（色深度）。 ? 量測特征 ：數(shù)字化器所測量和量化的實際物理參數(shù)及精度。 ? 噪聲 ：數(shù)字化器的噪聲水平（應當使噪聲小于圖像內(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） :是對圖像 空間坐標 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 ? 對一幅圖像采樣時，若每行（即橫向）像素為 M個，每列（即縱向）像素為 N個，則圖像大小為 M N個像素，從而 f(x,y)構(gòu)成一個M N實數(shù)矩陣： 每個元素為圖像 f(x,y)的離散采樣值，稱之為像元或像素。 量化是對圖像灰度坐標的離散化，它決定了圖像的灰度分辨率 。 ? 分層量化是把每一個離散樣本的連續(xù)灰度值只分成有限多的層次。 用有限個離散的灰度值表示無窮多個連續(xù)灰度必然會引起誤差 ,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 圖像量化實例 (a) 256級灰度圖像 (b) 子圖 (16*16) (c) 子圖對應的量化數(shù)據(jù) 2021/6/17 39 量化 ? 采樣點數(shù)和量化級數(shù)的關(guān)系： ? 對一幅圖像，當量化級數(shù)一定時，采樣點數(shù)對圖像質(zhì)量有著顯著的影響。 ? 同理，當圖像的采樣點數(shù)一定時，采用不同量化級數(shù)的圖像質(zhì)量也不一樣。 2021/6/17 40 量化 采樣點數(shù)和量化級數(shù)的關(guān)系 (a) 采樣點 256 256 (b) 采樣點 64 64 (c) 采樣點 32 32 (d) 采樣點 16 16 (a) 量化為 2級的 Lena圖像 (b) 量化為 16級的 Lena圖像 (c) 量化為 256級的 Lena圖像 2021/6/17 41 分辨率變化對圖像影響 ? （一） 概念 ? 1. 圖像分辨率：區(qū)分細節(jié)的程度； ? 2. 影響因素：采樣點數(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 分辨率變化對圖像影響 ? （四） M、 N及 G的實際取值 ? 1. M=2m , N=2n, G