數(shù)字圖像處理2(楊杰版)第一頁(yè)，共37頁(yè)。第2章數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)

(BasicsKnowledgeofDigitalImageProcessing)

2.1人類(lèi)的視覺(jué)感知系統(tǒng)(VisualSystemofHumanBeings)

2.2數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識(shí)(BasicsofDigitalImage)

第二頁(yè)，共37頁(yè)。2.1人類(lèi)的視覺(jué)感知系統(tǒng)

(VisualSystemofHumanBeings)

視覺(jué)是人類(lèi)最高級(jí)的感知器官，所以，毫無(wú)疑問(wèn)圖像在人類(lèi)感知中扮演著重要角色。然而人類(lèi)感知只限于電磁波譜的視覺(jué)波段，成像機(jī)器則可以覆蓋幾乎全部電磁波譜。研究圖像處理首先要了解人類(lèi)的視覺(jué)感知系統(tǒng)。

第三頁(yè)，共37頁(yè)。2.1.1視覺(jué)系統(tǒng)的基本構(gòu)造

(BasicStructureofVisualSystem)

基本構(gòu)造

圖2.1人眼橫截面簡(jiǎn)圖

第四頁(yè)，共37頁(yè)。

圖2.2圖像形成示意圖眼睛中圖像的形成

第五頁(yè)，共37頁(yè)。視覺(jué)過(guò)程圖2.3人的視覺(jué)過(guò)程的流圖第六頁(yè)，共37頁(yè)。2.1.2亮度適應(yīng)和鑒別

(IntensityAdaptionandIdentification)

圖光強(qiáng)度與主觀亮度的關(guān)系曲線第七頁(yè)，共37頁(yè)。Basicexperimentalsetupusedtocharacterizebrightnessdiscrimination圖2.5用于描述亮度辨別特性的基本實(shí)驗(yàn)

第八頁(yè)，共37頁(yè)。TypicalWeberratioasafunctionofintensity

圖2.6作為強(qiáng)度函數(shù)的典型韋伯比第九頁(yè)，共37頁(yè)。Anexampleshowingthatperceivedbrightnessisnotasimplefunctionofintensity.圖2.7馬赫帶效應(yīng)示意圖第十頁(yè)，共37頁(yè)。Examplesofsimultaneouscontrast.圖2.8同時(shí)對(duì)比現(xiàn)象示意圖Alltheinnersquareshavethesameintensity,buttheyappearprogressivelydarkerasthebackgroundbecomeslighter.第十一頁(yè)，共37頁(yè)。Somewell-knowopticalillusions圖2.9視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)圖例(a)第十二頁(yè)，共37頁(yè)。opticalillusions圖2.9視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)圖例(b)第十三頁(yè)，共37頁(yè)。opticalillusions圖2.9視覺(jué)錯(cuò)覺(jué)圖例(c)第十四頁(yè)，共37頁(yè)。2.2.1圖像的數(shù)字化及表達(dá)

(ImageDigitalizationandRepresentation)

圖像有單色與彩色、平面與立體、靜止與動(dòng)態(tài)、自發(fā)光與反射（透射）等區(qū)別

任一幅圖像，根據(jù)它的光強(qiáng)度(亮度、密度或灰度)的空間分布，均可以用下面的函數(shù)形式來(lái)表達(dá).第十五頁(yè)，共37頁(yè)。Anexampleofthedigitalimageacquistionprocess2.10圖像數(shù)字化第十六頁(yè)，共37頁(yè)。SamplingandQuantization（a）原圖像(b)取樣(c)量化(d)取樣和量化2.11圖像的采樣和量化第十七頁(yè)，共37頁(yè)。Colorimageshave3valuesperpixel;monochromeimageshave1valueperpixel.

紅，綠，藍(lán)三分量強(qiáng)度分量2.12彩色圖像和單色圖像第十八頁(yè)，共37頁(yè)。matrix數(shù)字圖像可以用矩陣的形式表示為：

第十九頁(yè)，共37頁(yè)。2.2.2圖像的獲取

(ImageAcquisition)

圖像獲取即圖像的數(shù)字化過(guò)程，包括掃描、采樣和量化。圖像獲取設(shè)備由5個(gè)部分組成：采樣孔，掃描機(jī)構(gòu)，光傳感器，量化器和輸出存儲(chǔ)體。關(guān)鍵技術(shù)有：采樣——成像技術(shù)；量化——模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)。

第二十頁(yè)，共37頁(yè)。Sampling圖像的采樣

圖2.13采樣示意圖

第二十一頁(yè)，共37頁(yè)。Sampling(a)正方形網(wǎng)格(b)正六角形網(wǎng)格

圖2.14采樣網(wǎng)格第二十二頁(yè)，共37頁(yè)。在抽樣時(shí)，若橫向的像素?cái)?shù)（列數(shù)）為M，縱向的像素?cái)?shù)（行數(shù)）為N，則圖像總像素?cái)?shù)為M*N個(gè)像素。一般來(lái)說(shuō)，采樣間隔越大，所得圖像像素?cái)?shù)越少，空間分辨率低，質(zhì)量差，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)馬賽克效應(yīng)；采樣間隔越小，所得圖像像素?cái)?shù)越多，空間分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大。

第二十三頁(yè)，共37頁(yè)。Sampling圖像的采樣圖2.15圖像的采樣示例第二十四頁(yè)，共37頁(yè)。Quantization

圖2.16圖像的量化示例圖像的量化第二十五頁(yè)，共37頁(yè)。量化等級(jí)越多，所得圖像層次越豐富，灰度分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大；量化等級(jí)越少，圖像層次欠豐富，灰度分辨率低，會(huì)出現(xiàn)假輪廓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量變差，但數(shù)據(jù)量小.

第二十六頁(yè)，共37頁(yè)。2.2.3像素間的基本關(guān)系

(BasicRelationshipsbetweenPixels)

鄰域設(shè)為位于坐標(biāo)處的一個(gè)像素組成的4鄰域，用表示。像素集用表示和合起來(lái)稱(chēng)為的8鄰域，用表示。第二十七頁(yè)，共37頁(yè)。連通性為了確定兩個(gè)像素是否連通，必須確定它們是否相鄰及它們的灰度是否滿足特定的相似性準(zhǔn)則（或者說(shuō)，它們的灰度值是否相等）。

第二十八頁(yè)，共37頁(yè)。令V是用于定義鄰接性的灰度值集合?？紤]三種類(lèi)型的鄰接性：（a）4鄰接：如果q在集中，具有v中數(shù)值的兩個(gè)像素p和q是4鄰接的。（b）8鄰接：如果q在集中，則具有中數(shù)值的兩個(gè)像素p和q是8鄰接的。（c）m鄰接（混合鄰接）：如果（?。﹒在集中，或者（ⅱ）q在中且集合沒(méi)有v值的像素。則具有v值的像素p和q是鄰接的。第二十九頁(yè)，共37頁(yè)。距離像素之間的聯(lián)系常與像素在空間的接近程度有關(guān)。像素在空間的接近程度可以用像素之間的距離來(lái)度量。為測(cè)量距離需要定義距離度量函數(shù)。給定三個(gè)像素，其坐標(biāo)分別為如果1）(當(dāng)且僅當(dāng))2）3)則是距離函數(shù)或度量。第三十頁(yè)，共37頁(yè)。

和之間的歐式距離定義為：和之間的距離（也叫城市街區(qū)距離）定義為：和之間的距離（也叫棋盤(pán)距離）定義為：第三十一頁(yè)，共37頁(yè)。2.2.4圖像的分類(lèi)圖像有許多種分類(lèi)方法，按照?qǐng)D像的動(dòng)態(tài)特性，可以分為靜止圖像和運(yùn)動(dòng)圖像；按照?qǐng)D像的色彩，可以分為灰度圖像和彩色圖像；按照?qǐng)D像的維數(shù)，可分為二維圖像，三維圖像和多維圖像。

第三十二頁(yè)，共37頁(yè)。位圖位圖是通過(guò)許多像素點(diǎn)表示一幅圖像，每個(gè)像素具有顏色屬性和位置屬性。位圖分成如下四種：二值圖像(binaryimages)、亮度圖像(intensityimages)、索引圖像(indexedimages)和RGB圖像(RGBimages)。第三十三頁(yè)，共37頁(yè)。1.二值圖像(binaryimages)二值圖像只有黑白兩種顏色，一個(gè)像素僅占1，0表示黑，1表示白，或相反。2.亮度圖像(intensityimages)在亮度圖像中，像素灰度級(jí)用8表示，所以每個(gè)像素都是介于黑色和白色之間的256（=256）種灰度中的一種。第三十四頁(yè)，共37頁(yè)。3.索引圖像(indexedimages)顏色是預(yù)先定義的（索引顏色）。索引顏色的圖像最多只能顯示256