图象、图象系统和视觉系统

,*,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,*,第二章 图象、图象系统,和视觉系统,主要内容：,1.图象的数字化,2.,基本光学亮度单位,3.,颜色模型,4.人眼视觉特性,5.图象文件格式,6.,图象处理系统（下）,*辅助材料：,http:/166.111.68.47/1999fall/chp04.html,2024/11/26,1,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,1.图象的数字化,数字化,(,digitizing-,scanning,sampling and,quantization,),如图，不妨设所考虑的图象是长方形的。为了讨论方便起见，在图象,“象,场,”,里取一个直角坐标原点,O,建立直角坐标系,xOy,则图象可以用一个二元函数来表示：,z=f,(,x,y,)。,z,表示象场里(,x,y,),点的“图象属性值”。,不妨设三个变量的取值范围为：，对于变量,z,来说，情况复杂一些。这主要牵扯到图象的颜色问题。如果图象是“只有灰度深浅”的图象，则可以把,z,的取值范围限定在一定的实数范围内，不失一般性，令 。,2024/11/26,2,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,x,y,O,木星,2024/11/26,3,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,x,y,O,木星,2024/11/26,4,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,x,y,O,z=f,(,x,y,),x=,0,1,N,-1;y=0,1,M,-1;z=0,1,L,-1,对,x,y,z,进行离散化，则全部抽样值共同构成一个离散函数，不妨还用,z,=,f,(,x,y,),来表示。,采样，量化，编码,图一,2024/11/26,5,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,采样（等距离采样）,将0,a,分成,N,等份:,0,b,分成,M,等份:,在每个小区域,中取一个代表值（不妨,设为 ），令,2024/11/26,6,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,量化（整量化）,将0,c,分成,L,等份:,令,为方便起见，不妨令,称,f,(,i,j,),是图象,f,(,x,y,),的数字(化)图象,2024/11/26,7,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,编码,一般，采样量化以后，需要对所得数据先进行,PCM,编码（脉码调制）,灰度级,:,表示象素明暗程度的整数量称为灰度级,。,层次,:,表示灰度级的数量,。,像素,:(,pixel-picture element,）,图象的最小信息单,位，通常是一个整数，其大小称为像素值。,图幅参数：,图象采样密度，通常用“行数,列数”表示,基本概念,2024/11/26,8,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,1）图像分辨率：,指组成一幅图像的像素密度，也就是图幅参数。对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真。相反，图像显得越粗糙。,2）,显示分辨率,：,指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显示分辨率为640480表示显示屏分成480行，每行显示640个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。,3）,像素深度,：,指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的分辨率。,分辨率,2024/11/26,9,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,图1的某个局部的数据,114 115 114 113 114 116 117 114 109 107,107 107 107 106 107 108 114 112 109 108,107 108 107 107 108 110 111 110 109 111,110 111 110 110 112 113 109 109 111 114,106 107 107 107 109 110 106 107 108 111,104 106 106 106 108 109 104 103 104 106,105 106 106 107 109 110 107 105 103 103,102 103 104 104 106 108 112 108 105 104,95 98 103 104 99 92 97 96 95 96,2024/11/26,10,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,一个,Matlab,程序示例,如下信息是通过,matlab,语言，读出的某图象的信息,Filename:c:A.,jpg,FileModDate,:13-Dec-2001 01:56:14,FileSize,:25076,Format:,jpg,FormatVersion,:,Width:593,Height:418,BitDepth,:24,ColorType,:,truecolor,FormatSignature,:,2024/11/26,11,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,数字图象种类,黑白图象,：,图像只有明暗程度的变化而没有色彩的变化，,最简单的是二值图象，只有两种灰度；,伪彩色图像,：,是指经过伪彩色处理而形成的彩色图象。其像素,值是所谓的索引值，是按照灰度值进行彩色指定,的结果，其色彩并不一定忠实于外界景物的真实色彩；,假彩色图象,：,是指遥感多波段图象合成的彩色图象；,真彩色图象,：,是忠实于外界景色的色彩的图象，,其像素一般是颜色的真实值。,静止图象,：,图象的内容不随时间变化。,活动图象,：,前一帧和后一帧的图象内容随时间发生变化。,矢量图象：,由描述像素点阵的一组数据刻画的图象。,点阵图象（位图）,：,由像素点阵所组成的图象。,2024/11/26,12,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,黑白图象,二值图象,2024/11/26,13,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,伪彩色图象,伪彩色,伪彩色图象的含义是，每个象素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把象素值当作彩色查找表,CLUT(color look-up table),的表项入口地址，去查找一个显示图象时使用的,R、G、B,强度值，用查找出的,R、G、B,强度值产生的彩色称为伪彩色。,彩色查找表,CLUT(color look up table),是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号。例如16种颜色的查找表，0号索引对应黑色，.，15号索引对应白色。,2024/11/26,14,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,假彩色图象,对多光谱图象进行处理得到的图象,2024/11/26,15,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,真彩色图象,2024/11/26,16,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,此图来源于：清华大学，计算机科学与技术系，智能技术与系统国家重点实验室，林福宗,（图象中的像素值的内容不一样）,2024/11/26,17,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,点阵图像与矢量图象,2024/11/26,18,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,活动图象（以上各种图象称做静止图象，,MPEG,格式）,此活动图象来自回归97网,http:/ 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,马拉多纳的世纪进球（来源不详，,MPG,格式）,2024/11/26,20,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,2.,基本光学亮度单位,2024/11/26,21,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,1,W,辐射功率的555,nm,波长的单色光所产生的光通量为680,lm，,所以光瓦和流明之间的关系为：,1,W=680lm,2024/11/26,22,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,3.颜色模型,问题1.如何描述颜色？,问题2.如何对红、黄、蓝、绿等颜色进行量化？,大量实验证明，色光的颜色只与光的波长“分布”有关。,国际照明委员会(,CIE),选择红色（波长700.00,nm),绿色（波长546.1,nm),和蓝色（波长435.8,nm),三种光作为表色系统的三基色。,三基色原理：自然界中的绝大部分色光都可以用特殊选定的三种基本单色光复合而成。,三基色原理,2024/11/26,23,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,3,lm,(,W)1lm（R)+1lm(G)+1lm(B),1lm,(,W)=0.30lm（R)+0.59lm(G)+0.11lm(B),T,单位制：,1,T,单位红光=0.30,lm,1,T,单位绿光=0.59,lm,1,T,单位蓝光=0.11,lm,F=R(R)+G(G)+B(B),以三基色为基础的格拉斯曼(,H.,Grassmann,),定律：,2024/11/26,24,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,加色法,颜色的复合,红+蓝=品红,红+绿=黄,绿+蓝=青,R+G+B=W,2024/11/26,25,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,减色法,C=G+B=W-R(,减红原色）,M=R+B=W-G(,减绿原色）,Y=R+G=W-B(,减蓝原色）,在印刷行业，以色料减色法为基础的基本模型为,CMY,，,但是目前生产不出理想品质的油墨，所以实用的模型是,CMYK,其中,K,是黑色。,2024/11/26,26,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,颜色或色彩的数学模型,彩色三角形,R,G,B,Y,C,M,b,r,g,yellow,cyan,magenta,F=R+G+B,r=R/(R+G+B),g=G/(R+G+B)r+g+b=1,b=B/(R+G+B),2024/11/26,27,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,color,值,浏览效果,预定义色彩,16进制代码,Black,#000000,White,#,FFFFFF,Red,#,FF0000,Lime,#00,FF00,Blue,#0000,FF,Yellow,#,FFFF00,Fuchsia,#,FF00FF,Aqua,#00,FFFF,Silver,#,C0C0C0,Gray,#808080,Olive,#808000,Purple,#800080,Teal,#008080,Maroon,#800000,Green,#008000,Navy,#000080,例,.,HTML,允许16种预定义色彩可以直接采用英文名作为其,color,值，这16种色彩都列于下表中,2024/11/26,28,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,什么是3,S,技术,什么是3,S,技术,与,是,等价的,在,HTML,文档里,2024/11/26,29,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,1931CIE-RGB,系统,配色实验,2024/11/26,30,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,1931CIE-XYZ,系统,X=0.490R+0.310G+0.200BY=0.177R+0.812G+0.011B,Z=0.010G+0.990B,x=（0.490r+0.310g+0.200b）/(0.667r+1.132g+1.200b）,y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）,z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）,2024/11/26,31,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,常用颜色模型,1。,RGB,2。,CMYK,3。HSV(,hue-saturation-value,),根据对彩色的物理属性的研究，一种色彩可以用它的三个要素表征：色调(,Hue)，,饱和度（,Saturation)，,亮度(,Intensity).,色调,：它表明颜色的种类，取决于主波长；,饱和度,：表