数字图像处理第2章数字图像基础课件

l2.1 视觉感知视觉感知l2.2 图像感知和获取图像感知和获取l2.3 图像取样和量化图像取样和量化l2.4 像素之间的基本关系像素之间的基本关系第2章 数字图像基础2.1视觉感知视觉感知n2.1.1 视觉原理视觉原理n2.1.2 亮度适应和区分亮度适应和区分n2.1.3 成像模型成像模型2.1视觉感知视觉感知2.1.1视觉原理 光接收细胞：光接收细胞：n锥锥细细胞胞：600700万万。对对颜颜色色敏敏感感。充充分分识识别别图图像像细细节节，每每个个细细胞胞接接一一个个神神经经末末端端，又又叫叫适适亮亮视视觉觉（photopic vision）、白白昼昼视视觉觉2.1.1视觉原理l柱细胞：柱细胞：750015000万，几个柱细胞联到同一个神经末梢，万，几个柱细胞联到同一个神经末梢，分辨率低，提供视野的整体试象，不感受颜色对低照度敏感。分辨率低，提供视野的整体试象，不感受颜色对低照度敏感。称为夜视觉或暗视觉。称为夜视觉或暗视觉。n成像过程：成像过程：视视网网膜膜图图像像主主要要反反射射到到中中央央凹凹，由由光光接接收收器器的的相相对对刺刺激激作作用用产生感觉，把辐射来的能量变为电脉冲，由人脑判断。产生感觉，把辐射来的能量变为电脉冲，由人脑判断。反射视网膜图像中央凹电脉冲人脑判读2.1.1视觉原理视觉原理2.1.2 亮度适应和区分亮度适应和区分 n 光：电磁辐射光：电磁辐射 刺激视觉刺激视觉 人眼可见区域：人眼可见区域：350780umn人眼识别光的强度范围：由夜视阈值到强闪光之间人眼识别光的强度范围：由夜视阈值到强闪光之间11010级级380780强度：强度：I光分布，光分布，V相对光强度效率函数。相对光强度效率函数。亮度：（感觉到光强度）与环境有关。亮度：（感觉到光强度）与环境有关。亮度适应级：亮度适应级：视觉系统的当前灵敏度级视觉系统的当前灵敏度级与整个适应范围相比与整个适应范围相比,能同能同时鉴别的光强度级的总范时鉴别的光强度级的总范围很小。围很小。特殊适应水平的主观亮度感觉范围特殊适应水平的主观亮度感觉范围n1、马赫带效应（马赫带效应（mach）：基于视觉系统有趋于过高或过低估计）：基于视觉系统有趋于过高或过低估计 不同亮度区域边界值的现象不同亮度区域边界值的现象2.1.2 亮度适应和区分亮度适应和区分 灰阶 距离 马赫带效应2.1.2 亮度适应和区分亮度适应和区分n2、同时对比度：、同时对比度：基于人眼对某个区域感觉到的亮度并不仅仅依基于人眼对某个区域感觉到的亮度并不仅仅依 赖于它的强度，赖于它的强度，同时对比度效应当背景变暗时，中心区域逐渐变亮3.视觉错觉2.2 图像感知和获取2.2.1.用单个传感器获取图像单个传感器通过运动产生二维图像2.2.2.用带状传感器获取图像2.2.3.用传感器阵列获取图像2.2.4 简单的图像形成模型n图像成像模型：图像成像模型：由光源决定 由场景中的目标特性所决定 2.3 2.3 2.3 2.3 图像取样（采样）和量化图像取样（采样）和量化图像取样（采样）和量化图像取样（采样）和量化 2.3.1 基本概念基本概念l数字图像采样数字图像采样采样采样 所谓采样就是把位置空间上连续的模拟图像变换成离所谓采样就是把位置空间上连续的模拟图像变换成离 散点（称为散点（称为采样点采样点）的集合的一种操作。）的集合的一种操作。采样点对应采样所得的数字图像的像元。采样点对应采样所得的数字图像的像元。模拟图像模拟图像 i(x,y)=离散点阵离散点阵 i(X,Y)。l注：小写表示实数，大写表示整数。注：小写表示实数，大写表示整数。Sampling 采样点阵采样点阵：方形、正三角、正六角 n二维采样定理：二维采样定理：采样频率大于图像信号最高频率的2倍 不满足采样定理，有混频现象离散点阵离散点阵 i(X,Y)=数字图像数字图像 I(X,Y)Quantizationnf(x,y)采样 空间离散的像素矩阵nf(x,y)量化 对信号的幅度进行离散分层的过程n数字图像量化量化量化 所谓量化就是把亮度空间上连续的亮度变换成离散所谓量化就是把亮度空间上连续的亮度变换成离散值或整数值的一种操作。值或整数值的一种操作。量化和采样是两个不同的概念，量化是在每个采样点上进量化和采样是两个不同的概念，量化是在每个采样点上进行的，所以必须先采样后量化。行的，所以必须先采样后量化。量化和采样是图像数字化的不可或缺的两个操作，所以量化和采样是图像数字化的不可或缺的两个操作，所以二者又紧密相关，同时完成。二者又紧密相关，同时完成。n一、均匀量化l二、非均匀量化：la）基于视觉特性：对亮度值急剧变化部分无需过细分层，进行 粗量化对亮度值平缓变化部分需过细分层，进行细量化lb）先计算所有可能的亮度值出现的概率分布，对概率分布大的进行细量化 对概率分布小的进行粗量化l 非均匀量化可以减少量化误差，又能用较少的比特数实现量化M、N图像尺寸图像尺寸G-每个像素所具有的离散灰度级数（不同灰度值的个数）每个像素所具有的离散灰度级数（不同灰度值的个数）存一幅图像所需的位数（存一幅图像所需的位数（bit）B=MNk128128698304 （12kbyte）51251282097152 （256kbyte）采样与量化的关系采样与量化的关系 总数据量NNb位二进制数据。当总存贮容量一定时，N与b怎么分配效果才最佳？解：解：无一般方法，取决于具体图像。当纹理细节多时N大，b小。当层次要求多时，则b大，N小。例如：例如：人头像要照顾层次?b大，N小（频带窄平滑，采样间隔可大）。群众场面纹理丰富?b小，N 大（频带宽，采样间隔要小，不丢细节）N和和k的关系：的关系：（1）图像质量一般随）图像质量一般随N和和k的增加而增加。在极少情况下对固定的的增加而增加。在极少情况下对固定的N，减少减少k能改进图像质量，因为增加了图像的反差能改进图像质量，因为增加了图像的反差（2）对具有大量细节的图像常只需要很少的灰度级数就可较好地）对具有大量细节的图像常只需要很少的灰度级数就可较好地 表示表示（3）b为常数的一系列图像主观看起来可以有较大的差异为常数的一系列图像主观看起来可以有较大的差异非均匀采样和量化非均匀采样和量化细节部分，分配较多的采样细节部分，分配较多的采样灰度突变部分，可用较少的灰度级数灰度突变部分，可用较少的灰度级数2.3.2 数字图像表示2.3.3 空间和灰度级分辨率空间分辨率：图象中可辨别的最小细节。空间分辨率：图象中可辨别的最小细节。灰度级分辨率：在灰度级别中可分辨的最小变化。灰度级分辨率：在灰度级别中可分辨的最小变化。原图像1024*1024空间分辨率 对对一一幅幅图图像像，当当量量化化级级数数Q一一定定时时，采采样样点点数数MN对对图图像像质质量量有有着着显显著著的的影影响响。采采样样点点数数越越多多，图图像像质质量量越越好好；当当采采样样点点数数减减少少时时，图图上上的的块块状状效效应就逐渐明显。应就逐渐明显。灰度分辨率 当当图图像像的的采采样样点点数数一一定定时时，采采用用不不同同量量化化级级数数的的图图像像质质量量也也不不一一样样。量量化化级级数数越越多多，图图像像质质量量越越好好，当当量量化化级级数数越越少少时时，图图像像质质量量越越差差，量量化化级级数数最最小小的的极极端端情情况就是二值图像，况就是二值图像，图像出现假轮廓。图像出现假轮廓。（a）256个灰度级 (b)128个灰度级（c）64个灰度级 (d)32个灰度级（e）16个灰度级 (f)8个灰度级（g）4个灰度级 (h)2个灰度级2.4 2.4 像素之间的关系像素之间的关系2.4.1 邻域与邻接邻域与邻接 2.4.2 距离距离2.4.1 邻域与邻接邻域与邻接邻域邻域 对于任意像素对于任意像素(X,Y)，像素集合，像素集合 (x+m,y+n);其其中中m、n取适当的整数取适当的整数 称为该像素的称为该像素的邻域邻域（neighbor）。）。n4-邻域(X-1,y),(x+1,y),(x,y-1),(x,y+1)(X-1,y)(x,y-1)p(x,y-1)(X+1,y)记为记为l8-邻域(X-1,y),(x+1,y),(x,y-1),(x,y+1),(X-1,y-1),(x+1,y-1),(x-1,y+1),(x+1,y+1)s r s r p r s r sl邻接邻接 如果任意两个像素相互存在于对方的如果任意两个像素相互存在于对方的4-/8-邻域中邻域中，则称这两个像素相互，则称这两个像素相互4-/8-邻接邻接。lAdjacentl4-邻接（邻接（4-adjacent）l8-邻接（邻接（8-adjacent）0 1 10 1 00 0 10 1 10 1 00 0 12.4.2 距离n距离 设p、q、r是某个集合S的元素，满足下列性质（距离的三 定理）的函数d称为距离函数：当且仅当当且仅当p=q时，时，d(p,q)=0d(p,q)=d(q,p)d(p,r)d(p,q)+d(q,r)n常用距离：设任意两点(X1,Y1)和(X2,Y2)欧氏距离=sqrt(X1-X2)2+(Y1-Y2)2)4-邻域距离=X1-X2+Y1-Y2 （城区距离city-block）8-邻域距离=max(X1-X2,Y1-Y2)(棋盘距离chessboard)2.4.2 距离 欧氏距离欧氏距离 4-邻域距离邻域距离 8-邻域距离邻域距离 3 3 3 3 3 3 3 3 5 2 5 3 2 3 3 2 2 2 2 2 35 2 1 2 5 3 2 1 2 3 3 2 1 1 1 2 32 1 0 1 2 3 2 1 0 1 2 3 3 2 1 0 1 2 35 2 1 2 5 3 2 1 2 3 3 2 1 1 1 2 3 5 2 5 3 2 3 3 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 32.4.2 距离MATLAB语言的常用命令 a=imread(cameraman.tif);size(a)ans=256 256 imshow(a)b=a(101:110,101:110)b=9 11 13 11 11 11 16 106 178 68 12 12 12 11 12 11 69 181 62 15 13 12 12 11 12 82 168 60 14 13 11 10 9 10 69 182 67 14 12 14 10 10 10 71 200 81 15 12 14 14 12 12 58 204 91 17 12 14 14 17 11 46 201 106 18 14 16 15 16 16 34 185 122 23 10 14 17 16 13 13 186 135 30 11 9 9 10 10 9 10 154 33 11 13 12 9 9 9 9 11包着梦想往前飞 不逃避不后悔Write in the end,send a sentence to you,with dreams fly forward,do not escape,do not regret感谢您的聆听感谢您的聆听为更好满足学习和使用需求，课件在下载后自由编辑，请根据实际情况进行调整Thank you for watching and listening.I hope you can make great progress