第二章圖像、圖像系統與視覺系統本章主要內容2.1圖像基礎知識2.2圖像數字化2.3視覺系統2.4光度學與色度學2.5視覺特征與特性本章主要內容2.1圖像基礎知識2.2圖像數字化2.3視覺系統2.4光度學與色度學2.5視覺特征與特性2.1圖像基礎知識圖像的概念“picture”畫、圖畫、圖像、圖片、電影等等“image”像、圖像、景像、映像、影像、映射等“Pattern”模型、式樣、樣本、圖案、圖、圖形等2.1圖像基礎知識數學表達式靜止的、平面的、單色的圖像一幅圖像可以被看成是空間各個坐標點上強度的集合空間坐標波長時間圖像的強度2.1圖像基礎知識照射分量反射分量黑天鵝絨---0.01；不銹鋼---0.65；白色墻---0.80；鍍銀金屬---0.90；白雪---0.98；晴朗的日子：太陽在地球表面造成的照度為9000英尺-燭光（英制單位）96840勒克司或96840流明/平方米。天空有云時：太陽在地球表面造成的照度為1000英尺-燭光10760流明/平方米或10760勒克司

晴天的夜晚而且是滿月的情況下：地球表面的照度為0.01英尺-燭光=0.1076勒克司。一般房間照明充分的室內照度大約為100英尺-燭光=1076勒克司。2.1圖像基礎知識圖像符號信息景物信息情緒信息以某一規(guī)則排列的記號，在傳送及處理中只要能表達清楚就可以了，它允許有較大的壓縮包含有豐富的內容，所含的信息量也較多不僅取決于圖像本身的內容而且還與受信者的經歷、文化修養(yǎng)、年齡、嗜好以及此時此刻的心境情緒有密切關系信息的分類2.1圖像基礎知識圖像的統計特性把圖像信號看做一個隨機信號振幅相位分布函數概率密度函數相關矩中心矩功率譜2.1圖像基礎知識圖像的振幅分布特性振幅分布函數振幅分布密度函數二維圖像信號的值落在、之間的概率2.1圖像基礎知識歸一化概率密度相當于水平零差值2.1圖像基礎知識差值信號的振幅分布特性對圖像信號預測編碼有重要意義由圖像性質決定相鄰像素間差值信號分布密度曲線2.1圖像基礎知識64128變化激烈圖像變化緩慢圖像量化灰度級歸一化概率密度幀差值信號分布密度特性β由圖像變化程度所決定2.1圖像基礎知識圖像的自相關函數和空域功率譜穩(wěn)定畫面就是指圖像g(x,y)，在x,y方向上可無限擴展，而且無論在哪個方向上都有相同的統計特性。一般情況下，圖像的自相關函數和空域功率譜針對穩(wěn)定畫面來定義。2.1圖像基礎知識能量有限的圖像振幅譜和自相關函數用表示一副圖像振幅譜逆傅里葉變換圖像信號的能量2.1圖像基礎知識為能量譜能量有限的圖像信號g(x,y)的自相關函數與互為傅里葉變換2.1圖像基礎知識功率有限的圖像的空域功率譜和自相關函數能量無限，但在單位面積上的平均能量（平均功率）是有限的圖像功率譜密度2.1圖像基礎知識自相關函數與互為傅里葉變換2.1圖像基礎知識自相關函數的基本性質空域功率譜密度的基本性質2.1圖像基礎知識自相關函數的測定結果相關函數像素數α與畫面有關2.1圖像基礎知識無明顯相關方向2.1圖像基礎知識相關函數是從空間域的角度研究圖像的統計特性;功率譜是從變換域的角度研究圖像的統計特性2.1圖像基礎知識圖像信息的信息量離散圖像信息熵一幅離散圖像如果有共q種幅值且其出現的概率分別為則其平均信息量為熵什么情況下熵最大？各幅值等概率出現2.1圖像基礎知識連續(xù)圖像信息熵當時

2.1圖像基礎知識相對熵對于離散信源來說，消息輸出是等概率時其熵最大。對連續(xù)信源來說最大熵的條件取決于輸出受限情況。當輸出幅值受限的情況下，幅度概率密度是均勻分布時其熵值最大。當輸出功率受限的情況下，則輸出幅度概率密度是高斯分布時其熵值最大。NOTE2.1圖像基礎知識圖像格式裸數據格式BMPGIFJPEGTIFF2.2圖像數字化連續(xù)的圖像信號先要在空間上進行數字化后才能被計算機處理AB取樣量化2.2圖像數字化數字化取樣量化2.2圖像數字化數字圖像表示連續(xù)圖像函數取樣二維陣列由一幅圖像的坐標張成的實平面部分稱為空間域，和稱為空間變量或空間坐標2.2圖像數字化當灰度值也是整數時，數字圖像變成一個二維函數，且它的坐標和幅值都是整數?；叶戎禂底只^程離散灰度級數2.2圖像數字化出于存儲和量化硬件的考慮，灰度級數典型地取為2的整數次冪離散灰度級是等間隔的，且他們是區(qū)間

[0,L-1]內的整數。動態(tài)范圍對比度系統中最大可度量灰度與最小可檢測灰度之比。最高和最低灰度級間的灰度差2.2圖像數字化上限取決于飽和度，下限取決于噪聲存儲數字圖像所需的比特數空間和灰度分辨率空間分辨率定義度量單位——圖像中可辨別的最小細節(jié)的度量每單位距離線對數每單位距離點數（像素數）每英寸點數(dpi)2.2圖像數字化2.2圖像數字化2.2圖像數字化灰度分辨率定義特點——在灰度級中可分辨的最小變化測量可分辨的變化是一個高度主觀的過程abcdefgh2.2圖像數字化2.2圖像數字化圖像的采樣前情回顧——一維連續(xù)信號的采樣連續(xù)信號離散信號（時間序列）采樣采樣間隔Nyquist條件2.2圖像數字化二維連續(xù)圖像信號的采樣空間采樣函數式中，和為x，y兩方向的采樣間隔2.2圖像數字化圖像f(x,y)連續(xù)二維信號空間頻譜x方向截止頻率y方向截止頻率采樣二維Nyquist條件2.2圖像數字化重構一維信號二維信號2.2圖像數字化亞采樣低于Nyquist采樣率按照Nyquist采樣率采樣，然后抽取重構內插法失真2.2圖像數字化圖像的量化定義分類均勻量化非均勻量化常用將各個像素所含的明