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1、2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,1,第二章 数字图像处理基础,主要内容：,一. 图像处理的视觉基础,二. 图像的数字化,三. 像素间的基本关系,四. 数字图像类型,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,2,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,3,图和背景反转图形,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,4,一、图像处理的视觉基础,视觉生理/视觉特性/视觉模型 视觉基础/视觉应用 它们与图像研究的关系,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,5,视觉研究与图像的关系,2021年2月7日12时1
2、7分,第二章 数字图像处理基础,6,1、图像质量评价与视觉心理,对图像质量的最终评价是由人的感觉器官和心理状态来 决定的。与图像内容以及观察者的心理因素有关。 从图像信息传输角度出发，图像系统评价的真正尺度应 该是发出信息者的意图为接收信息者所理解的程度，而 不是对发出信息者发出的图像象素信息集合的简单接收。,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,7,2、画面组成和视觉心理,“视野”指眼球不动时所能见到的范围 如果把注视点作为中心，可见的范围上方约65。，下方约75。，左右视角约为104。 (现在的电视画面约占7。8。)，但视力好的部位仅限于中央2。3。左右。 为了适应大的
3、画面和立体景象的机理，眼球必须转动使视线移动。 中心视力分辨率强，可以进行图像细节的认识。 周边视力分辨率差，可以将视觉目标特征部分检出，利用检出的目标图像特征去控制眼球运动。 另外周边视力可以认识图像的全貌，而中心视只能认识图像的一小部分。 要产生充分的临场感，画面尺寸应该产生30。以上视野，如宽银幕电影。,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,8,3、视觉的时空频率分析,影响图像锐度的主要因素。视觉神经具有的Mach效应和RocaSulzer微分效应，中枢神经的Craik-Obrien积分效应等是视觉信息处理的基础，因此可以将视觉特性和图像处理结合起来研究。 空间分辨力
4、 人眼对空间景物细节的分辨能力有限，对黑白图像约为一度。 时间分辨力 对亮度的响应有时延和残留，因而对景物亮度的变化也有分辨力，过快的变化无法分辨 “视觉惰性” 当离散画面的重复频率不低于24Hz时，可形成连续画面的感觉，即人眼不能分辨相邻两幅画面间的差别，而低于24Hz时，有闪烁感。,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,9,3、视觉的时空频率分析,人眼对画面静止部分的分辨率高于活动部分， 对静止部分减少时间分辨率，而对活动部分减少空间分辨率，可以达到数据压缩的效果。 幅度分辨力 人眼对景物亮度层次的分辨力也有限，过小的亮度差别无法分辨。 对彩色图像的色调和饱和度的分辨力
5、 人的视觉对彩色细节的分辨力要比亮度细节差，在国际无线电咨询委员会（ITU-R，原CCIR）601标准中，就利用了这种特性，将色差信号的空间分辨率减半，仍可以得到非常好的图像质量。 对立体图像的景深分辨力等,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,10,4、视觉生理和模型的研究,视觉生理 指视觉信息的产生部分视细胞(图像信息感受器)和其它神经细胞以及大脑高级中枢的神经系统的信息产生、传输和处理的机理 插入单个细胞的微小电极， 侧抑制现象、马赫效应等 对大脑高级神经中枢的“思考过程” 才刚起步。,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,11,5、人类视觉机制今
6、后的研究方向,从基础研究逐步转到和图像相关的视觉综合化、体系化的研究。 搞清决定图像质量的主观因素，做出其总的结构模型； 找出人脑真正接收信息的容量，大脑有效接收图像的显示方式； 弄清图像信源和信宿的结构，建立起包括人的因素在内的信息论； 研究视觉和其它感觉的相乘作用，即视觉和其它感觉的互相影响； 开发自组织作用的综合研究，进一步建立发展“思考过程”； 研究视觉和行为的关系。,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,12,视觉基础讲述内容,人类视觉感知过程 视觉的简单数学模型 色度学知识,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,13,1.1人类视觉感知过程,
7、人眼结构 眼睛中图像的形成 视觉特性,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,14,人眼能看到的光谱范围从380纳米到780纳米可见光谱。 不同波长对应不同色彩感觉，不同强度的光刺激人眼，在人脑中将产生不同的光强、颜色、形状等视觉信息,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,15,角膜、巩膜； 脉络膜、睫状体、虹膜 视网膜黄斑中央凹 锥体细胞明视觉细胞杆体细胞暗视觉细胞,视觉生理特点对图像 处理方法的影响很大,1、人眼的结构,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,16,视锥细胞和视杆细胞在视网膜上的分布,锥状（cone）视觉：白昼视觉，色
8、彩； 杆状（rod）视觉：夜视觉，低照度敏感。,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,17,眼睛中图像的形成,成像的几何原理 视觉信息的产生 视觉信息的传递 视觉信息的加工处理,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,18,（1）成像的几何原理,用眼睛观察树的光学表示法，C点为晶状体的光学中心,当晶状体的折射能力由最小变到最大时，晶状体的聚焦中心与视网膜之间的距离由17mm缩小到14mm。当眼睛聚焦到远于3m的物体时，晶状体的折射能力最弱，当聚焦到非常近的物体时，其折射能力最强。,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,19,视觉的空间特
9、性,人眼的空间分辨能力为1,视觉的时间特性,活动图像的帧频至少是15帧/s的时候，人眼才有图像连贯的感觉,灰度分辨能力大约64级,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,20,（2）视觉信息的产生,光化电过程 色觉理论主要有两种 三原色学说（Yong-Helmholtz） 三种视色素，对光的影响峰值分别在红、绿、蓝区，综合后形成色觉信息。 Hering假说 三对视色素(白-黑，红-绿，黄-蓝)，它们的组合响应产生色觉信息,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,21,马赫带效应,（3）主观亮度感受特性,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础
10、,22,同时对比效应,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,23,（4）形状感觉与错觉,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,24,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,25,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,26,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,27,2、色度学,3个基本颜色红（R, red）、绿(G, green)和蓝( B, blue) 国际照明委员会（CIE），1931年规定3种基本色的波长为R:700nm, G:546.1nm, B:435.8nm。,2021年2月7日12时
11、17分,第二章 数字图像处理基础,28,三色系统,利用3基色叠加可产生光的3补色：品红（M, magenta，即红加蓝）、蓝绿（C, cyan，即绿加蓝）、黄（Y, yellow，即红加绿）。按一定的比例混合3基色或将1个补色与相对的基色混合就可以产生白色。光的混合满足加色定理。,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,29,颜色特征,区分颜色通常用3种基本特性： 辉度（又常用亮度、明度） 色调 饱和度。 色调和饱和度合起来称为色度。颜色可以用辉度和色度共同表示,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,30,坐标系,为组成某种颜色所需的红、绿、蓝的量称为3个
12、刺激量，分别用R、G、B表示。,颜色还可以用色品值r、g、b（相对色系数）表示，定义如下,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,31,彩色匹配规则：,任何彩色可以用不多于三个基色配成； 混合色的光亮度等于各分量亮度之和； 人眼不能分解混合彩色的各个分量； 在某一亮度等级上的彩色匹配可适用于较宽的亮度范围； 彩色相加定律：若一彩色C1与彩色C2相匹配（同样彩色感觉），而彩色C1与彩色C2相混合的彩色匹配，可以如下表示： C1= C2，即C1彩色与C2彩色相匹配； 1C1+2 C2，即一混合色包含1份的C1和2份的C2。 彩色相加定律表示为： 若 C1=C2， C1=C2 则 1C1+2 C2= 1C1+2 C2,2021年2月7日12时17分,第二章 数字图像处理基础,32,小 结,研究眼的生理特点非常重要，对显示系统的设计具有决定性意义 仿生的图像处理系统是目前研究的热点和难点,