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1、2023/3/17 15:121视觉的空间特性1.人眼的视觉特性人眼的视觉特性人眼的空间分辨能力为1视觉的时间特性活动图象的帧频至少是15帧/s的时候，人眼才有图象连贯的感觉灰度分辨能力大约64级15/100=y/17,y=2.55mm第2页/共53页第1页/共53页2023/3/17 15:122人眼系统原理第3页/共53页第2页/共53页2023/3/17 15:123背景亮度I0不变，能察觉到两相邻亮块亮度差I,不同的I0，有不同的I/II的关系。亮度适应范围:眼睛对 感光强度的感觉范围眼睛动态范围：0.001 到 0.1 ml 但在某一亮度背景下，感光动态范围并不大第4页/共53页第3
2、页/共53页2023/3/17 15:124马赫效应 当亮度发生越变时，在亮暗边缘附近，亮侧亮度上冲、暗侧亮度下冲的现象第5页/共53页第4页/共53页2023/3/17 15:125同时对比现象第6页/共53页第5页/共53页2023/3/17 15:126形状感觉与错觉第7页/共53页第6页/共53页2023/3/17 15:127第8页/共53页第7页/共53页2023/3/17 15:128视觉惰性视觉惰性 人眼的亮度感觉不会随着物体亮度的消失而立即消失，而有一个过度时间，这为视觉惰性。在亮度消失以后尚能保持1/20 1/101/20 1/10秒；当闪烁光源每秒钟闪烁次数越过10 10
3、 2020次时便会给人以均匀发光体的感觉，电影画面2424幅/s/s。第9页/共53页第8页/共53页2023/3/17 15:1292.光与电磁波谱光与电磁波谱第10页/共53页第9页/共53页2023/3/17 15:1210电磁波谱：各种电磁波按波长排列成的图表 电磁辐射形成电磁波，电磁波的波谱范围很广无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、射线和宇宙射线可见光的波长从380nm380nm780nm780nm，不同波长呈现不同的颜色，太阳辐射电磁波波谱范围主要是可见光第11页/共53页第10页/共53页2023/3/17 15:12113.图象感知和获取图象感知和获取单个传感器带状传感器
4、传感器阵列第12页/共53页第11页/共53页2023/3/17 15:1212第13页/共53页第12页/共53页2023/3/17 15:1213第14页/共53页第13页/共53页2023/3/17 15:1214第15页/共53页第14页/共53页2023/3/17 15:12154.图象的数字化图象的数字化采样就是将空间上连续的图像转换成离散的采样点（即像素）集的操作;由于图像是二维分布的信息，所以采样是在x轴和y轴两个方向上进行。采样时需注意采样间隔的选取。采样间隔取得不合适，会导致画面出现马赛克，之外还可能发生频率的混叠现象。u采样4.1 采样,量化,编码第16页/共53页第15
5、页/共53页2023/3/17 15:1216xyOz=f(x,y)x=0,1,N-1;y=0,1,M-1;z=0,1,L-1图一第17页/共53页第16页/共53页2023/3/17 15:1217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 ），令第18页/共53页第17页/共53页2023/3/17 15:1218 量化是将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字来表示。一般的量化值为整数。充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊用途的图像均为8bit8bit量化，即用0 0 255255描述“从黑到白”。在3bit3bit以下的量化，会出现
6、伪轮廓现象。u量化第19页/共53页第18页/共53页2023/3/17 15:1219量化方式均匀量化最简单的量化方式，它将灰度值域划分成若干个等长的子区间，并用子区间的中点对应的灰度作为它的等级灰度。均匀量化引入较大的误差非均匀量化非均匀量化是对像素出现频度少的部分量化间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。一种最佳量化。希望在量化等级数给定的情况下，根据图像象素灰度分布概率密度函数，确定分层灰度和等级灰度，使量化后图像与原图像的均方误差最小第20页/共53页第19页/共53页2023/3/17 15:1220量化（上图）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)
7、的数字(化)图象第21页/共53页第20页/共53页2023/3/17 15:1221第22页/共53页第21页/共53页2023/3/17 15:1222第23页/共53页第22页/共53页2023/3/17 15:1223一般，采样量化以后，需要对所得数据先进行PCM编码（脉冲调制）,它和量值之间按照大小关系一一对应,形成二进制码比如:图像的某一样本幅度（灰度）为图像的某一样本幅度（灰度）为127.2，则量化为则量化为127，可用二进制长码可用二进制长码 01111111（8比特）表示。比特）表示。u编码d0 d1 d2 di di+1 dk1 dk 判决电平 e 0 e 1 量化电平 e
8、 i e k1 量化示意图量化示意图第24页/共53页第23页/共53页2023/3/17 15:12244.2 数字图象的描述如何用一个数值的方式来表示一个图像?-矩阵行（行（i i）列（列（j j）矩阵矩阵 A(A(i i,j j)矩阵坐标系矩阵坐标系X X轴（轴（i i）Y Y轴（轴（j j）图像图像 f(f(i i,j j)直角坐标系直角坐标系为了编程方便，我们这里以矩阵坐标系来定义图像的坐标第25页/共53页第24页/共53页2023/3/17 15:1225一般二维图像的矩阵表示yx第26页/共53页第25页/共53页2023/3/17 15:1226黑白图像黑白图像黑白图像是指图
9、像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为值图像。2 2值图像的像素值为0 0、1 1。第27页/共53页第26页/共53页2023/3/17 15:1227灰度图像灰度图像 灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。第28页/共53页第27页/共53页2023/3/17 15:1228灰度图像描述示例灰度图像描述示例第29页/共53页第28页/共53页2023/3/17 15:12291）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
10、。(空间分辨率,灰度级分辨率)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。4.3 数字图象的分辨率第30页/共53页第29页/共53页2023/3/17 15:1230空间分辨率空间分辨率是图像中可分辨的最小细节，单位一般为：米/像素 例如，某图的空间分辨率为0.76米，表示图像中一个像素对应为平方米大小的面积。也可指要精确测量和再现一定尺寸的图像所必需的像素个数。例如某航空母舰的较高分辨率图像1024x102
11、4，较低分辨率图像为256x256第31页/共53页第30页/共53页2023/3/17 15:1231第32页/共53页第31页/共53页2023/3/17 15:1232第33页/共53页第32页/共53页2023/3/17 15:1233灰度分辨率 灰度分辨率是指在灰度级别中可分辨的最小变化。一般为8比特图像；特殊的高精度场合用16比特；人眼的灰度分辨能力较差，但光谱分辨能力较强；很多情况我们将高灰度级的图像转化为伪彩色图像。图像灰度级的取值范围又可称为图像的动态范围。当一幅图像具有 灰度级时，称为k比特图像，如有256级灰度图，可称为8比特图像。第34页/共53页第33页/共53页20
12、23/3/17 15:12348 8灰度灰度 4 4灰度灰度 2 2灰度灰度6464灰度灰度 3232灰度灰度 1616灰度灰度第35页/共53页第34页/共53页2023/3/17 15:12354.4 放大和收缩数字图象放大过采样收缩欠采样核心问题：新像素的位置？新位置上的像素灰度值？新像素的位置？新位置上的像素灰度值？）实数倍与整数倍放大）最近领域内插(0阶插值)）像素复制）双线性内插(1阶插值)第36页/共53页第35页/共53页2023/3/17 15:1236图像的缩小分为按比例缩小和不按比例缩小两种。分为按比例缩小和不按比例缩小两种。图图像像缩缩小小之之后后，因因为为承承载载的的
13、信信息息量量小小了了，所所以以画画布可相应缩小。布可相应缩小。(a)按比例缩小按比例缩小 (b)不按比例缩小不按比例缩小第37页/共53页第36页/共53页2023/3/17 15:1237图像缩小的实现方法图图像像缩缩小小实实际际上上就就是是对对原原有有的的多多个个数数据据进进行行挑挑选选或或处处理理，获获得得期期望望缩缩小小尺尺寸寸的的数数据据，并并且尽量保持原有的特征不丢失。且尽量保持原有的特征不丢失。最简单的方法就是等间隔地选取数据。最简单的方法就是等间隔地选取数据。第38页/共53页第37页/共53页2023/3/17 15:1238图像缩小的实现方法设设 原原 图图 像像 大大 小
14、小 为为 M*N,M*N,缩缩 小小 为为 k1M*k2N，（k11，k21，k21）。算法步骤如下：1）设旧图像是F(i,j)，i=1,2,M,j=1,2,N.新图像是I(x,y),x=1,2,k1M,y=1,2,k2N.2）I(x,y)=F(c1*i,c2*j)c1=1/k1 c2=1/k2第43页/共53页第42页/共53页2023/3/17 15:1243图像放大例题K1=1.5,k2=1.2K1=1.5,k2=1.2i=1,2,j=1,3.x=1,3,y=1,5.i=1,2,j=1,3.x=1,3,y=1,5.x=i1,i2,i2,x=i1,i2,i2,y=j1,j2,j3,j3,j
15、3.y=j1,j2,j3,j3,j3.1 12 23 34 45 56 6注意：不按比例放大注意：不按比例放大会导致几何畸变。会导致几何畸变。1 12 22 23 33 34 45 55 56 66 64 45 55 56 66 6第44页/共53页第43页/共53页2023/3/17 15:1244l最近领域内插(0阶插值)1.a=放大倍数,原图象f(x,y)的图幅参数为m*n2.令M=am,N=an3.令g(i,j)=f(x,y),(x,y):abs(i-ax)=min,abs(j-ay)=minl像素复制1.a=整数,原图象f(x,y)的图幅参数为m*n2.令M=am,N=an3.令g(
16、i,j)=f(x,y),(x,y):I a=x,ja=y第45页/共53页第44页/共53页2023/3/17 15:1245令f(x,y)在单位正方形顶点的值已知,可通过如下的双线性插值得到正方形内任意点的值.设双线性方程双线性方程为l双线性内插(1阶插值)注:此处的(x,y)是归一化坐标第46页/共53页第45页/共53页2023/3/17 15:1246第47页/共53页第46页/共53页2023/3/17 15:1247邻域：在一定意义下，与该像素相邻的像素的集合邻域：在一定意义下，与该像素相邻的像素的集合OOOO*OOOOOOOOOOOOOOOO*OOOOOOOOOOOOOO*OO3
17、3邻域5 5邻域OOOO*OOOO4邻域N4(p)8邻域N8(p)5.像素间的相邻关系像素间的相邻关系ND(p)=N8(p)-N4(p):对角邻域4邻域=(x+1,y),(x,y+1),(x-1,y),(x,y-1)第48页/共53页第47页/共53页2023/3/17 15:12484邻接设V是邻接性的像素集合.前提前提:p,q都取都取V中值中值qN4(p)8邻接qN8(p)m邻接(混合邻接)qN4(p)qND(p)且且N4(p)N4(q)无无V值像素值像素qN4(p)第49页/共53页第48页/共53页2023/3/17 15:1249通路,4通路,8通路,m通路,闭合通路p,q是连通的,
18、连通分支,连通集(是针对一个由像素组成的集合而言)区域的边界(边缘,轮廓:区域中的特殊像素的集合)(连通集叫区域)第50页/共53页第49页/共53页2023/3/17 15:1250距离度量欧氏距离：De(p,q)=(x-s)2+(y-t)21/2D4距离：D4(p,q)=|x-s|+|y-t|D8距离：D8(p,q)=max|x-s|,|y-t|p=(x,y),q=(s,t)问题:D8=De=D4?第51页/共53页第50页/共53页2023/3/17 15:1251总结本章探讨了数字图象的基本概念，数字化、像素相邻关系，图像文件格式等，是图象处理的基础第52页/共53页第51页/共53页2023/3/17 15:1252回答问题第53页/共53页第52页/共53页2023/3/17 15:12第二章 数字图象基础53感谢您的观看！第53页/共53页