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1、关于图像处理基本知识现在学习的是第1页，共29页内容提要 o人类视觉与色度学基础人类视觉与色度学基础o图像的表示方法图像的表示方法o基本的图像处理系统基本的图像处理系统o 图像的基本统计特征图像的基本统计特征o MATLAB图像处理工具箱图像处理工具箱o Photoshop等图像处理软件和开发工具等图像处理软件和开发工具现在学习的是第2页，共29页知识要点o 人类颜色视觉和色度学知识。人类颜色视觉和色度学知识。o 灰度图像和彩色图像的描述方法，重点灰度图像和彩色图像的描述方法，重点讨论灰度静止图像。讨论灰度静止图像。o 典型的数字图像处理系统。典型的数字图像处理系统。o 图像的基本统计特征。图
2、像的基本统计特征。o MATLAB图像处理工具箱、图像处理工具箱、Photoshop等图等图像处理软件入门初步。像处理软件入门初步。现在学习的是第3页，共29页2.12.1 人类视觉与色度学基础o 人类色觉的产生是一个复杂的过程。人类色觉的产生是一个复杂的过程。n除了光源对眼睛的刺激，还需要人脑对光刺激的解释。除了光源对眼睛的刺激，还需要人脑对光刺激的解释。o 人感受到的物体颜色主要取决于反射光的特性。人感受到的物体颜色主要取决于反射光的特性。n如果物体比较均衡地反射各种光谱，则看起来是白的。如果物体比较均衡地反射各种光谱，则看起来是白的。n如果物体对某些光谱反射得较多，则看起来物体就呈现相对
3、应的颜如果物体对某些光谱反射得较多，则看起来物体就呈现相对应的颜色。色。o 色度学色度学：n进行图像的彩色分析，建立的研究彩色计量的学科。进行图像的彩色分析，建立的研究彩色计量的学科。现在学习的是第4页，共29页o 视觉系统中存在着杆状和锥状细胞两种感光细胞。视觉系统中存在着杆状和锥状细胞两种感光细胞。n杆状细胞为暗视器官杆状细胞为暗视器官n锥状细胞是明视器官，在照度足够高时起作用，并能分辨颜锥状细胞是明视器官，在照度足够高时起作用，并能分辨颜色。色。n锥状细胞大致将电磁光谱的可见部分分为三个波段：红、绿、蓝。锥状细胞大致将电磁光谱的可见部分分为三个波段：红、绿、蓝。n这三种颜色被称为这三种颜
4、色被称为三基色三基色现在学习的是第5页，共29页图图2.1 2.1 人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线现在学习的是第6页，共29页 人类视觉对颜色的主观感觉人类视觉对颜色的主观感觉o 颜色的三种主观感觉：色调、色饱和度和亮度。颜色的三种主观感觉：色调、色饱和度和亮度。o 色调（色调（hue）n从一个物体反射过来的或透过物体的光波长从一个物体反射过来的或透过物体的光波长n是由颜色种类来辨别的，如红、橙、绿。是由颜色种类来辨别的，如红、橙、绿。o 色饱和度（色饱和度（saturation）n即色纯度，指颜色的深浅即色纯度，指颜色的深浅n例如：深红和浅红。例
5、如：深红和浅红。o 亮度（亮度（brightness）n颜色的明暗程度，从黑到白，主要受光源强弱影响。颜色的明暗程度，从黑到白，主要受光源强弱影响。现在学习的是第7页，共29页 2.1.2 三基色原理三基色原理o由三基色混配各种颜色通常有两种方法：由三基色混配各种颜色通常有两种方法：n相加混色法。相加混色法。o彩色电视机上的颜色。彩色电视机上的颜色。n相减混色法。相减混色法。o彩色电影、幻灯片、绘画原料彩色电影、幻灯片、绘画原料o相加混色和相减混色的主要区别：相加混色和相减混色的主要区别：n（1 1）相加法是由发光体发出的光相加而产生的各种颜色，而相减法是先有白色光，）相加法是由发光体发出的光
6、相加而产生的各种颜色，而相减法是先有白色光，然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜色。然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜色。n（2 2）相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色是黄、青、）相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色是黄、青、品红。相加混色的补色就是相减混色的基色。品红。相加混色的补色就是相减混色的基色。n（3 3）相加混色和相减混色有不同的规律。）相加混色和相减混色有不同的规律。现在学习的是第8页，共29页 Grassman定律定律o 视觉对颜色的响应取决于红、绿、蓝三输入量的代数和。视觉对颜色的响应取决于红、绿、蓝三输入量的代数和。n（1）所有颜色都可以用相
7、互独立的三基色混合得到；）所有颜色都可以用相互独立的三基色混合得到；n（2）假如三基色的混合比相等，则色调和色饱和度也相等；）假如三基色的混合比相等，则色调和色饱和度也相等；n（3）任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基色分别）任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基色分别合成这两种颜色的各自成份混合起来得到的结果相等；合成这两种颜色的各自成份混合起来得到的结果相等；n（4）混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。）混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。现在学习的是第9页，共29页 颜色向量颜色向量C的计算的计算o CIE的的R、G、B颜色表示系统。颜色表示系统。 n选择标准选择标准红色红
8、色，绿色绿色和和蓝色蓝色三种单色光作为表色系统的三基色。三种单色光作为表色系统的三基色。o 颜色向量颜色向量Cn红（红（R）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）三刺激值所构成的（）三刺激值所构成的（R，G，B）向量的和构成。向量的和构成。o C=RR0+GG0+BB0 （2.1）nR、G、B为为C的三刺激值（的三刺激值（tristimulus values）n（R0，G0，B0）称为原刺激值，是单位向量。）称为原刺激值，是单位向量。现在学习的是第10页，共29页图图2.2 2.2 颜色的向量表示与光谱三刺激值颜色的向量表示与光谱三刺激值 （a）颜色的向量表示 （b）光谱三刺激值现在学习的是第1
9、1页，共29页 2.1.3 光度学基本知识光度学基本知识o 光度学光度学n光学中研究光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫射等度量的学科光学中研究光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫射等度量的学科n同时结合视觉特征来确定光的度量及吸收的单位。同时结合视觉特征来确定光的度量及吸收的单位。o 在可见光谱段以外的景物图像可用类似的方法。在可见光谱段以外的景物图像可用类似的方法。n可见光谱段以外所形成的图像，其处理的各个过程也常常要变换成人眼可见光谱段以外所形成的图像，其处理的各个过程也常常要变换成人眼可以观察的图像可以观察的图像n例如热成像、例如热成像、X光照片等光照片等现在学习的是第12页，共29页
10、光度学中的基本概念光度学中的基本概念o 1. 光通量光通量o 2. 发光强度发光强度o 3. 视敏度视敏度o 4. 亮度亮度n 亮度是发光面的明亮程度的度量，它决定于单亮度是发光面的明亮程度的度量，它决定于单位面积的发光强度，单位为位面积的发光强度，单位为cd/m2。o 5. 照度照度n 照度指照射在单位面积上的光通量，单位为勒照度指照射在单位面积上的光通量，单位为勒（lx）。）。现在学习的是第13页，共29页2.2 2.2 连续图像的数学描述连续图像的数学描述n 一幅图像可以被看作是空间各点光强度的集一幅图像可以被看作是空间各点光强度的集合。合。n 对于二维图像，可以把光强度对于二维图像，可
11、以把光强度I看作是看作是 随空间坐标（随空间坐标（x, y）、光线波长）、光线波长 和时间和时间tn 变化的连变化的连续函数：续函数：n I = f (x, y, , t) (2.3)现在学习的是第14页，共29页灰度图像灰度图像u 如果只考虑光的能量而不考虑其波长如果只考虑光的能量而不考虑其波长 u 图像在视觉上表现为灰色影像图像在视觉上表现为灰色影像-灰度图像：灰度图像： u I = f (x, y, t) （2.4）u 静止灰度图像：静止灰度图像：u I = f (x, y) （2.5） 现在学习的是第15页，共29页 一般地，一个完整的图像处理系统输入和一般地，一个完整的图像处理系统输
12、入和显示的都是便于人眼观察的连续图像（模拟显示的都是便于人眼观察的连续图像（模拟图像）。图像）。 为便于数字存储和计算机处理可以通过数模为便于数字存储和计算机处理可以通过数模转换转换（A/D）将连续图像变为数字图像）将连续图像变为数字图像 。现在学习的是第16页，共29页2.3 基本的图像处理系统基本的图像处理系统o图像处理系统包括图像处理系统包括n图像处理硬件和图像处理软件。图像处理硬件和图像处理软件。o1.3.1 1.3.1 图像处理硬件图像处理硬件o微机图像处理硬件系统主要微机图像处理硬件系统主要n由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出设备由图像输入设备、图像
13、运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出设备等组成。等组成。o软件系统包括软件系统包括n操作系统、控制软件及应用软件等。操作系统、控制软件及应用软件等。现在学习的是第17页，共29页图2.5 基本的数字图像处理系统现在学习的是第18页，共29页较完整的数字图像处理系统结构框图：n由输入设备、成像显示记录设备、数字图像处理核心、交互控制单由输入设备、成像显示记录设备、数字图像处理核心、交互控制单元等组成。元等组成。o 1 图像输入设备图像输入设备n完成将模拟光学图像转换成模拟电图像的过程。完成将模拟光学图像转换成模拟电图像的过程。n数字化图像输入设备还进一步将模拟电图像进行数字化以便于存储
14、介质数字化图像输入设备还进一步将模拟电图像进行数字化以便于存储介质存储和计算机处理。存储和计算机处理。现在学习的是第19页，共29页o 2. 图像存储器图像存储器n为了适应图像的大数据量要求，输入图像、输出图像以及中为了适应图像的大数据量要求，输入图像、输出图像以及中间结果图像必须用大容量存储介质进行存储。间结果图像必须用大容量存储介质进行存储。o 3. 主机主机n用于图像处理的计算机。用于图像处理的计算机。o 4显示器及图像输出设备显示器及图像输出设备现在学习的是第20页，共29页图2.6 数字图像处理系统结构图现在学习的是第21页，共29页o 图像采集卡、显示卡、高速图像处理卡等。图像采集
15、卡、显示卡、高速图像处理卡等。n （1）图像采集卡）图像采集卡n （2）高速图像处理卡）高速图像处理卡n （3）显示卡）显示卡现在学习的是第22页，共29页图2.9 基于DSP的高速图像处理卡结构图现在学习的是第23页，共29页图2.10 VGA显卡的原理框图现在学习的是第24页，共29页2.3.2 图像处理软件o 图2.12 图像处理软件o 系统的层次结构现在学习的是第25页，共29页o1. 图像设备驱动程序图像设备驱动程序o2. 操作系统：操作系统：n（1）IBM PC及兼容机一般使用及兼容机一般使用Microsoft Windows操作系统。操作系统。n（2）Apple Macintos
16、h机一般使用机一般使用Mac OS X操作系统。操作系统。n（3）图形工作站典型使用）图形工作站典型使用UNIX或或X WINDOWS操作系统。操作系统。o3图像处理开发工具图像处理开发工具n（1）VC+面向对象可视化集成工具面向对象可视化集成工具n（2）MATLAB的图像处理工具箱的图像处理工具箱n（3）图像应用软件：）图像应用软件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee现在学习的是第26页，共29页2.4 2.4 图像的统计特征图像的统计特征 o （1）图像的大小（）图像的大小（size）。）。o （2）图像的灰度平均值（）图像的灰度平均值（mean）。）。o （3）协方差矩阵（）协方差矩阵（covariance matrix）。）。11001( , )MNxyff x yMN（2.8） 11001 ( , ) ( , )MNfgxyf x yfg x ygMNC（2.9） 现在学习的是第27页，共29页o （4）灰度标准差（）灰度标准差（standard deviation）。）。SDffC（2.12） o（5）相关系数（）相关系数（correlation coefficient）。）。fgfgffggrCCC（2.13） 现在学习的是第28页，共29页感谢大家观看现在学习的是第29页，共29页