數(shù)字圖像處理02-圖像的數(shù)字化

1、數(shù)字圖像處理數(shù)字圖像處理Digital Image Processing第二講 圖像的數(shù)字化溫 靜Page 2Outline Outline 圖像的感知和獲取圖像的采樣和量化圖像的數(shù)字化設(shè)備圖像的分類與表示圖像像素間的基本關(guān)系圖像的彩色空間Page 3 About visionAbout vision人眼視覺(jué)過(guò)程Page 4About visionAbout vision人眼的機(jī)理與照相機(jī)類似：（1）瞳孔：透明的角膜后是不透明的虹膜，虹膜中間的圓孔稱為瞳孔，其直徑可調(diào)節(jié)，控制進(jìn)入人眼內(nèi)之光通量(照相機(jī)光圈作用)。（2）晶狀體：瞳孔后是一扁球形彈性透明體，其曲率可調(diào)節(jié)，以改變焦距，使不同距離的圖

2、在視網(wǎng)膜上成象(照相機(jī)透鏡作用)。（3）視細(xì)胞：視網(wǎng)膜上集中了大量視細(xì)胞，分為兩類:Page 5About visionAbout vision錐細(xì)胞和柱細(xì)胞：錐細(xì)胞：數(shù)量少，對(duì)顏色很敏感（大約6.5x106個(gè)） 錐細(xì)胞視覺(jué)：明視覺(jué)或亮光視覺(jué) 主要集中在中央凹，只在高照度下提供視覺(jué)響應(yīng)（明視覺(jué)），能識(shí)別景物的細(xì)節(jié)柱細(xì)胞：數(shù)量多，分辨率比較低 （大約130 x106個(gè)） 不感受顏色并對(duì)低照度較敏感 柱細(xì)胞視覺(jué)：暗視覺(jué)或微光視覺(jué) 布滿整個(gè)視網(wǎng)膜，在低照度下桿狀細(xì)胞提供視覺(jué)響應(yīng)，并且對(duì)形狀和運(yùn)動(dòng)敏感（暗視覺(jué)）Page 6About visionAbout vision每個(gè)視網(wǎng)膜接收單元都與一個(gè)神經(jīng)元

3、細(xì)胞借助突觸（synapse）相連 每個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞借助其它的突觸與其它細(xì)胞連接，從而構(gòu)成光神經(jīng)（optical nerve）網(wǎng)絡(luò) 光神經(jīng)進(jìn)一步與大腦中的側(cè)區(qū)域（side region of the brain）連接，并到達(dá)大腦中的紋狀皮層（striated cortex） 對(duì)光刺激產(chǎn)生的響應(yīng)經(jīng)過(guò)一系列處理最終形成關(guān)于場(chǎng)景的表象，從而將對(duì)光的感覺(jué)轉(zhuǎn)化為對(duì)景物的知覺(jué)Page 7About visionAbout vision整體的視覺(jué)過(guò)程Page 8About visionAbout vision人眼的視覺(jué)特性 刺激強(qiáng)度與感覺(jué)的關(guān)系： 人眼的視覺(jué)效果是由可見(jiàn)光刺激人眼引起的。如果光的輻射功率相同而

4、波長(zhǎng)不同，則引起的視覺(jué)效果也不同。 亮度對(duì)比和顏色對(duì)比： 視覺(jué)的主觀亮度取決于視野中心（目標(biāo)）與周圍環(huán)境之間光照的相對(duì)強(qiáng)度。 人類視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)亮度變化的感知比對(duì)亮度本身要敏感 人類視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)光強(qiáng)度的響應(yīng)不是線性的，而是對(duì)數(shù)形式的（對(duì)暗光時(shí)亮度的增加比對(duì)亮光時(shí)亮度的增加更敏感）Page 9About visionAbout vision（1）馬赫（Mach）帶效應(yīng) 基于視覺(jué)系統(tǒng)有趨向于過(guò)高或過(guò)低估計(jì)不同亮度區(qū)域邊界值的現(xiàn)象（2）同時(shí)對(duì)比度現(xiàn)象 人眼對(duì)某個(gè)區(qū)域感覺(jué)到的亮度不僅僅依賴它的強(qiáng)度，而與環(huán)境亮度有關(guān)。側(cè)抑制（側(cè)抑制（side restrain）通常是指相鄰神經(jīng)元（nerve cell）之間的

5、相互抑制作用。表現(xiàn)在，當(dāng)刺激某個(gè)神經(jīng)元使之興奮之后，再刺激另一個(gè)與之相鄰的神經(jīng)元時(shí)，后者的反應(yīng)對(duì)于前者的反應(yīng)有抑制作用。Page 10Seeing gray as black or whitePage 11About visionAbout vision視覺(jué)的空間性質(zhì)視覺(jué)的空間頻率特性： 空間頻率是指視像空間變化的快慢。明亮的圖像（清晰明快的畫面）意味著有大量的高頻空間成分；模糊的圖像只有低頻空間成分。視覺(jué)的時(shí)間特性 使視覺(jué)圖像建立起來(lái)是需要時(shí)間的，而視覺(jué)圖像建立起來(lái)之后，即使把目標(biāo)圖像拿走，視覺(jué)反應(yīng)也要持續(xù)一段時(shí)間。因此而產(chǎn)生視覺(jué)的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)。 運(yùn)動(dòng)感覺(jué)：視覺(jué)的運(yùn)動(dòng)感覺(jué)與人對(duì)刺激信號(hào)的反應(yīng)有關(guān)

6、。刺激信號(hào)的出現(xiàn)與消失或改變都影響反應(yīng)時(shí)間。光消失反應(yīng)比光出現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間短；光強(qiáng)度增加比光強(qiáng)度減弱時(shí)間長(zhǎng)。Page 12The Cornsweet edge even harder to explainPage 13Page 14About visionAbout vision視覺(jué)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（習(xí)慣）： 人眼的水平運(yùn)動(dòng)比垂直運(yùn)動(dòng)快，更易跟蹤水平運(yùn)動(dòng)的物體； 看圓形的畫面總是習(xí)慣沿順時(shí)針?lè)较蚩矗詫?duì)順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)的物體的反應(yīng)較逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)物體快； 在偏離距離相同的情況下，人眼對(duì)視野中四個(gè)象限的觀察率依次為：左上、右上、左下、右下； 視線習(xí)慣于從左到右和 從上到下看等。Page 15 Sinauer

7、Associates, Inc.Page 16About visionAbout vision主觀輪廓和空間錯(cuò)覺(jué) 主觀輪廓： 指實(shí)際上并不存在、只是主觀上認(rèn)為存在的某景物的輪廓線。它是從整個(gè)圖形數(shù)據(jù)得到的概念（如圖）。 空間錯(cuò)覺(jué)： 物體的整體面貌和結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈地影響著人們對(duì)它的感知。通常有兩類：基于形狀和方向；基于長(zhǎng)度和面積。Page 17About visionAbout visionPage 18About visionAbout visionPage 19About visionAbout visionPage 20About visionAbout visionPage 21About v

8、ision About vision Page 22About visionAbout visionPage 23弗雷澤螺旋About visionAbout visionPage 24About visionAbout visionPage 25About visionAbout visionPage 26About visionAbout vision人眼對(duì)顏色的感知特性視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)顏色和亮度的響應(yīng)特性曲線（各個(gè)波長(zhǎng)的光的強(qiáng)度相等）Page 27對(duì)象對(duì)象光光光源光源攝像單元攝像單元A/D 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換單元換單元圖像存圖像存儲(chǔ)單元儲(chǔ)單元計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)圖像獲取圖像獲取Page 28n場(chǎng)景成像的三種主要傳

9、感器裝置場(chǎng)景成像的三種主要傳感器裝置p單元成像傳感器：如光敏二極管，通過(guò)x-y 方向二維掃描，形成二維圖像。p線成像傳感器：如線CCD、平板掃描儀等, 只需一維掃描，形成二維圖像。p陣列成像傳感器：如電荷耦合器（Charge Coupled Device, CCD）、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）。兩者都是利用感光二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其主要差異是數(shù)據(jù)傳送方式不同。圖像獲取圖像獲取Page 29Digitalization Digitalization 圖像數(shù)字化是將模擬圖像經(jīng)過(guò)離散化后，得到用數(shù)字表示的圖像的過(guò)程。mnmmmnnniiiiiiiiiiiinmII.,21

10、02201100020100Page 30Page 31Sampling and QuantizationSampling and Quantization大多數(shù)傳感器的輸出是連續(xù)電壓波形為了產(chǎn)生一幅數(shù)字圖像，需要把連續(xù)的感知數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式 這包括兩種處理：采樣和量化 采樣：圖像空間坐標(biāo)的數(shù)字化空間采樣，即空間坐標(biāo)的離散化 (x , y) (r, c) 量化：圖像函數(shù)值（灰度/色度值）的數(shù)字化灰（色）度量化，即灰度的離散化 f (x , y) I (r, c)Page 32p采樣定理：設(shè)連續(xù)信號(hào)x(t)的頻譜為X( f )，頻譜中最大頻率是fm，以采樣間隔T（對(duì)應(yīng)的采樣頻率為fS）采樣得到

11、離散信號(hào)x(nT)，若滿足： 2fm fS 則，可以由離散信號(hào)x(nT)完全確定連續(xù)信號(hào)x(t)。當(dāng)采樣頻率等于2fm時(shí)，稱為奈奎斯特頻率。SamplingSamplingPage 33p采樣定理：空域空域頻譜頻譜連續(xù)信號(hào)與頻譜連續(xù)信號(hào)與頻譜高采樣頻率時(shí)，高采樣頻率時(shí)，采樣信號(hào)與頻譜采樣信號(hào)與頻譜低采樣頻率時(shí)，低采樣頻率時(shí)，采樣信號(hào)與頻譜采樣信號(hào)與頻譜SamplingSamplingPage 34p采樣時(shí)注意事項(xiàng)：采樣間隔太小，則增大數(shù)據(jù)量；間隔太大，則會(huì)發(fā)生頻率的混疊現(xiàn)象。（滿足采樣定理） 采樣保持：一般不做特殊說(shuō)明都是采用0階保持的方式，即一個(gè)像素的值是其局部區(qū)域亮度（顏色）的均值。Sam

12、plingSamplingPage 35SamplingSampling給定一副連續(xù)圖像f (x , y) 進(jìn)行數(shù)字化處理，要求采用MN數(shù)組（或排列模式）等距采樣來(lái)近似原始的f (x , y) M=2m N=2n MN稱為數(shù)字圖像的空間分辨率MNPage 36Quantization Quantization 這時(shí)對(duì)“柵格化”的f (x , y) 中的每個(gè)“方格”進(jìn)行賦值，這個(gè)過(guò)程就是量化過(guò)程，而當(dāng)所賦的值同樣也是整數(shù)時(shí)，那么f (x , y) 就是一幅數(shù)字圖像I (r , c)，且是坐標(biāo)和灰度值都是整數(shù)的2-D函數(shù)。此時(shí)， I (r , c)的取值范圍就是圖像量化的量級(jí)G，G=2k，而G則稱

13、為數(shù)字圖像的灰度級(jí)或灰度分辨率G-1frequency此時(shí)，一幅數(shù)字圖像的大小的計(jì)算方法如下：MNlog2G (bit)Page 37p把采樣后所得的各像素的灰度值從模擬量到離散量的轉(zhuǎn)換稱為圖像灰度的量化。即：灰度的離散化。p充分考慮到人眼的識(shí)別能力之后，目前非特殊用途的圖像均為8bit量化，即用0-255描述“從黑到白”。Quantization Quantization Page 38n空間分辨率（與采樣頻率有關(guān)）空間分辨率（與采樣頻率有關(guān)）兩種定義：p圖像空間中可分辨的最小細(xì)節(jié)，一般用單位長(zhǎng)度上采樣的像素?cái)?shù)目表示。 單位：?jiǎn)挝唬合袼叵袼? /英寸，像素英寸，像素/ /厘米厘米p再現(xiàn)一定尺

14、寸的圖像所必需的像素個(gè)數(shù): 單位：?jiǎn)挝唬合袼叵袼叵袼叵袼?如：數(shù)碼相機(jī)指標(biāo)如：數(shù)碼相機(jī)指標(biāo)3030萬(wàn)像素（萬(wàn)像素（640640480480）。）。Page 39Effect of sampling on the image quality Effect of sampling on the image quality A 10241024, 8-bit image subsampled down to size 3232 pixels.The number of allowable gray levels was kept at 256.采樣間隔越大，空間分辨率就越小，獲得像素個(gè)數(shù)就越少，圖像

15、質(zhì)量越差Page 40Continued Continued Page 41Continued Continued Page 42n灰度分辨率（與量化位數(shù)有關(guān)）灰度分辨率（與量化位數(shù)有關(guān)）p圖像灰度級(jí)中可分辨的最小變化。一般用灰度級(jí)或比特?cái)?shù)表示。p灰度分辨率越高，圖像質(zhì)量越好；灰度分辨率越低，圖像質(zhì)量越差，會(huì)出現(xiàn)虛假輪廓。256256灰度級(jí)灰度級(jí)1616灰度級(jí)灰度級(jí)4 4灰度級(jí)灰度級(jí)Page 43Page 44Effect of quantization on the image qualityEffect of quantization on the image quality量化間隔越大，

16、灰度分辨率越低，圖像的層次感越少，圖像質(zhì)量也越差灰度級(jí)16級(jí)時(shí)，在灰度緩變區(qū)常會(huì)出現(xiàn)一些幾乎看不出來(lái)的非常細(xì)的山脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，這種效應(yīng)引起虛假輪廓(false contouring) 。Page 45n采樣采樣空間分辨率空間分辨率p空間分辨率越高，圖像質(zhì)量越好；空間分辨率越低，圖像質(zhì)量越差，會(huì)出現(xiàn)馬賽克效應(yīng)。 (a) 256256 (b)6464 (c) 3232 (d)1616 n量化量化灰度分辨率灰度分辨率p灰度分辨率越高，圖像越逼真；灰度分辨率越低，圖像會(huì)出現(xiàn)虛假輪廓。Page 46Nonuniform sampling and quantizationNonuniform sampling

17、 and quantization采用等間隔的方式進(jìn)行采樣和量化，稱為均勻采樣和均勻量化為了保證圖像的視覺(jué)質(zhì)量，可以根據(jù)圖像自身的特性利用自適應(yīng)的方式進(jìn)行采樣和量化 例如,在灰度變化劇烈的區(qū)域可以采用密集的采樣間隔，以保證繼承原始圖像中對(duì)應(yīng)位置較完整的細(xì)節(jié)；而對(duì)于灰度變化緩慢的區(qū)域則可以采用稀疏的采樣間隔 對(duì)于圖像灰度級(jí)被要求很小的情況下，較始于采用非均勻量化來(lái)分配灰度級(jí)Page 47Digital devicesDigital devices圖像數(shù)字化設(shè)備：掃描儀、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)與圖像采集卡等圖像處理計(jì)算機(jī)：PC、工作站等圖像存儲(chǔ)設(shè)備：磁盤、光盤、硬盤等圖像輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)等Pag

18、e 48Digital devicesDigital devices數(shù)碼相機(jī)的工作原理 感光器是數(shù)碼相機(jī)的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機(jī)成像部件的主要部分就是感光器。目前數(shù)碼相機(jī)的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體）器件。 Page 49Continued Continued 圖像傳感器電荷藕合器件CCD（Charge Coupled Device）高感光度的半導(dǎo)體材料,CCD由許多感光單位組成，以百萬(wàn)像素為單位。受到光線照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。 CCD

19、 的組成主要是由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及電子線路矩陣所組成.互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶負(fù)電） 和 P（帶正電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。Page 50nCCDCCD與與CMOSCMOS的工藝區(qū)別：的工藝區(qū)別：pCCD：工作時(shí)，上百萬(wàn)個(gè)像素感光后會(huì)生成上百萬(wàn)個(gè)電荷，所有的電荷全部經(jīng)過(guò)一個(gè)“放大器”進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)變，形成電子信號(hào)。因此，這個(gè)“放大器”就成為了一個(gè)制約圖像處理速度的“瓶頸”，所有電荷由單

20、一通道輸出，當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí)就發(fā)生信號(hào)“擁堵”。pCMOS：每個(gè)像素點(diǎn)都有一個(gè)單獨(dú)的放大器轉(zhuǎn)換輸出，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)。Page 51nCCDCCD與與CMOSCMOS的性能差異：的性能差異：p靈敏度：CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。p成 本：CMOS傳感器集成度高，CCD成本高。p分辨率：相同尺寸的傳感器，CCD優(yōu)于CMOS。p功 耗：CCD功耗遠(yuǎn)高于CMOS傳感器；p噪 聲：CMOS傳感器的噪聲高于CCD；n總之，總之，CCDCCD在靈敏度、分辨率、噪聲控制方面優(yōu)于在靈敏度、分辨率、噪聲控制方面優(yōu)于CMOSCMOS，而，而CMOSCMOS則具有低則具有低成本、低功耗、以及高整

21、合度的特點(diǎn)。成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。n隨著隨著CCDCCD與與CMOSCMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者差異有逐漸縮小的態(tài)勢(shì)，如傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者差異有逐漸縮小的態(tài)勢(shì)，如CCDCCD在功耗上作改進(jìn)；在功耗上作改進(jìn)；CMOSCMOS則在改善分辨率與靈敏度方面的不足，以應(yīng)用于則在改善分辨率與靈敏度方面的不足，以應(yīng)用于更高端的圖像產(chǎn)品。更高端的圖像產(chǎn)品。Page 52Continued Continued 數(shù)碼攝像機(jī) 3CCD優(yōu)于單CCD的原因是由于單CCD采用馬賽克分色原理，容易引起偽色和摩爾紋干擾，影響成像質(zhì)量。 3CCD則對(duì)RGB三種光線分開(kāi)接受和處理，將三個(gè)CCD芯片分別用來(lái)處理三

22、原色，即為三原色提供附加色光譜，從而解決了單CCD的偽色問(wèn)題。 使用3CCD的數(shù)碼攝像機(jī)在光射到芯片上以前，先通過(guò)棱鏡，把光線按RGB顏色分開(kāi)，結(jié)果得到清脆、干凈、明快的顏色。Page 53Page 54n數(shù)字圖像矩陣數(shù)字圖像矩陣p二維的數(shù)字圖像可以用二維整數(shù)矩陣來(lái)描述。p矩陣中，每一個(gè)元素代表一個(gè)像素，具有位置屬性和顏色（灰度）屬性。p分辨率為 MN 的圖像表示為:) 1, 1() 1 , 1()0 , 1() 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 () 1, 0() 1 , 0()0 , 0(),(NMfMfMfNfffNfffyxfCategory Category Page 55

23、n 經(jīng)過(guò)采樣、量化后，得到數(shù)字圖像，以位圖的形式保存到計(jì)算機(jī)。經(jīng)過(guò)采樣、量化后，得到數(shù)字圖像，以位圖的形式保存到計(jì)算機(jī)。n分為四種位圖：分為四種位圖：p二值圖像（binary image）p灰度圖像（gray-scale image）p索引圖像（index color image）p真彩色圖像（true color image）Category Category Page 56Category Category 黑白圖像(black and white image or binary image) 圖像的每個(gè)像素只能是黑或白，沒(méi)有中間的過(guò)渡，故又稱為二值圖像。二值圖像的像素值為0或1。0111

24、00001IPage 57Continued Continued 灰度圖像(gray image)灰度圖像是指灰度級(jí)數(shù)大于2的圖像。但它不包含彩色信息。p像素灰度級(jí)一般為8 bit ，所以每個(gè)像素都是介于黑色（0）和白色（255）之間的256種灰度中的一種；p量化位數(shù)為n時(shí)，灰度范圍為：0 2n-1。100220250180501202001500IPage 58n灰度圖像（ gray image）384727343852373129741801801511651651894444214744575077125159197137119193208195544330613220591672071

25、471371541812072001925162504046921391841451251471962051911801905772645311517518014611615219219917917A 51841747156751091731641431221631801851801681791871667486125165167142144166187182179176176177177176101131156155145144163182180177173171172175175175131 150159149143157176183175173170170171172174174151

26、154151147152170181181174171169170170172173173n灰度圖像描述示例灰度圖像描述示例Page 59Continued Continued 真彩色圖像(ture color image) 真彩色圖像是指每個(gè)像素由R、G、B分量構(gòu)成的圖像，其中R、B、G是由不同的灰度級(jí)來(lái)描述。每個(gè)字節(jié)為8 bit，表示0到255之間的不同的亮度值；p真彩色圖像一般是用三個(gè)矩陣同時(shí)來(lái)描述；00255800255240240255R02550160255255801600G25525525524000160800BPage 60Continued Continued 索引圖像

27、索引圖像既包括存放圖像數(shù)據(jù)的二維矩陣，還包括一個(gè)顏色索引矩陣（稱為MAP），因此稱為索引圖像，又稱為映射圖像。MAP矩陣也可以由二維數(shù)組表示，矩陣大小由存放圖像的矩陣元素的值域（灰度值范圍）決定。 若矩陣元素值域?yàn)?255，則MAP矩陣的大小為2563，矩陣的三列分別為R、G、B值。 圖像矩陣的每一個(gè)灰度值對(duì)應(yīng)于MAP中的一行，如某一像素的灰度值為64，則表示該像素與MAP矩陣的第64行建立了映射關(guān)系，該像素在屏幕上的顯示顏色由MAP矩陣第64行的R G B疊加而成。Page 61n1 1、像素的鄰域和鄰接、像素的鄰域和鄰接n 4 4鄰域鄰域: :像素像素p(x,y)具有具有4個(gè)水平和垂直的相

28、鄰像素，坐標(biāo)分別為個(gè)水平和垂直的相鄰像素，坐標(biāo)分別為: : (x+1, y)、 (x-1, y)、 (x, y+1)、(x, y-1)，這個(gè)像素集稱為，這個(gè)像素集稱為p的的4鄰域，用鄰域，用N4(p)表示表示。n 4 4鄰接：鄰接：如果如果q在在N4(p)中，則像素中，則像素p和和q是是4鄰接的鄰接的。qRelationship between pixelsRelationship between pixelsPage 62n1 1、像素的鄰域和鄰接、像素的鄰域和鄰接n 對(duì)角鄰域?qū)青徲? :坐標(biāo)為坐標(biāo)為: : (x+1, y+1), (x-1, y-1), (x-1, y+1), (x-1,

29、 y-1)，用用ND(p)表示。表示。n 8 8鄰域鄰域: : N8(p)= =ND(p)+ +N4(p)n 8 8鄰接：鄰接：如果如果q在在N8(p)中，則像素中，則像素p和像素和像素q是是8鄰接的。鄰接的。qqRelationship between pixelsRelationship between pixelsPage 63Relationship between pixelsRelationship between pixels像素的鄰域 (Neighbors of a Pixel)注意：p在邊緣時(shí)其鄰域象素落在圖像外，需作特殊處理Page 64n2 2、像素的連接、像素的連接n

30、對(duì)兩個(gè)像素而言，是否連接需要考慮兩點(diǎn)：對(duì)兩個(gè)像素而言，是否連接需要考慮兩點(diǎn)：n （1 1）在空間上是否接觸（鄰接關(guān)系）在空間上是否接觸（鄰接關(guān)系）；n （2 2）它們的某個(gè)屬性（如灰度值）是否滿足某個(gè)特定的相似準(zhǔn)則）它們的某個(gè)屬性（如灰度值）是否滿足某個(gè)特定的相似準(zhǔn)則n （如，灰度相等或同在一個(gè)灰度集中取值）。（如，灰度相等或同在一個(gè)灰度集中取值）。n 設(shè)用設(shè)用V表示定義連接的灰度值集合表示定義連接的灰度值集合p例1，二值圖像中，灰度為1的像素間的連接，V=1p例2，32個(gè)灰度級(jí)的圖像中，考慮灰度值位于8-15之間的兩個(gè)像素間的連接，則取灰度集合V=8,15Relationship betwe

31、en pixelsRelationship between pixelsPage 65n2 2、像素的連接、像素的連接n 設(shè)用設(shè)用V表示定義連接的灰度值集合，表示定義連接的灰度值集合，V=1n 4-4-連接：連接：兩個(gè)像素兩個(gè)像素p和和r在在V V中取值，且中取值，且r在在N4（p）中，則它們是中，則它們是4-4-連接連接的。的。n 8-8-連接：連接：兩個(gè)像素兩個(gè)像素p和和r在在V V中取值，且中取值，且r在在N8（p）中，則它們是中，則它們是8-8-連接連接的。的。Relationship between pixelsRelationship between pixelsPage 66n2

32、 2、像素的連接、像素的連接n m-m-連接（混合連接）連接（混合連接）n兩像素兩像素p和和r在在V中取值，滿足下面任一條件，稱中取值，滿足下面任一條件，稱像素像素p和和r是是m連接連接：n（1 1）r在在N4(p)中；中；n（2 2）若）若r在在ND(p)中，且集合中，且集合N4(p) N4(r)不包含不包含V V中取值的像素。中取值的像素。n m-連接實(shí)質(zhì)連接實(shí)質(zhì)：同時(shí)存在：同時(shí)存在4 4連接和連接和8 8連接時(shí)，優(yōu)先采用連接時(shí)，優(yōu)先采用4-4-連接，屏蔽連接，屏蔽8 8連接；連接； m-連接連接的引入是為了消除采用的引入是為了消除采用8連接常出現(xiàn)的多路問(wèn)題。連接常出現(xiàn)的多路問(wèn)題。0110

33、10001011010001011010001Relationship between pixelsRelationship between pixelsPage 67n3 3、像素的連通性、像素的連通性n 在像素連接的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論像素的連通；在像素連接的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論像素的連通；n 像素間的通路：像素間的通路：n 從坐標(biāo)從坐標(biāo)(x, y)的像素的像素p到坐標(biāo)到坐標(biāo)(s, t)的像素的像素q的一條通路由一系列像素坐標(biāo)的一條通路由一系列像素坐標(biāo)（x0 , y0）,（xn, yn）組成；且序列中相鄰的兩像素具有鄰接性。組成；且序列中相鄰的兩像素具有鄰接性。n 其中，其中，n為通路長(zhǎng)度；根

34、據(jù)采用的鄰接定義不同，可分為為通路長(zhǎng)度；根據(jù)采用的鄰接定義不同，可分為4-4-通路，通路，8 8通路通路。通路建立了兩個(gè)像素之間的空間聯(lián)系；。通路建立了兩個(gè)像素之間的空間聯(lián)系；Relationship between pixelsRelationship between pixelsPage 68n3 3、像素的連通性、像素的連通性n 像素間的連通：像素間的連通：n 如果通路上所有像素的灰度值均滿足某個(gè)特定的相似準(zhǔn)則，則兩個(gè)像素如果通路上所有像素的灰度值均滿足某個(gè)特定的相似準(zhǔn)則，則兩個(gè)像素p和和q是連通的。是連通的。n 根據(jù)采用的連接定義不同，可分為根據(jù)采用的連接定義不同，可分為4-4-連通，

35、連通，8 8連通連通,m-,m-連通。連通。Relationship between pixelsRelationship between pixelsPage 69n4 4、像素間的距離度量、像素間的距離度量n 定義：給定定義：給定3 3個(gè)像素個(gè)像素p、q、z，如果下列條件滿足，則，如果下列條件滿足，則D D是距離量度函數(shù)：是距離量度函數(shù)： （1） D(p,q)0 ， ( D(p,q)=0，當(dāng)且僅當(dāng)當(dāng)且僅當(dāng) p=q ) （2） D(p,q) = D(q,p) （3） D(p,z)D(p,q)+D(q,z)； Relationship between pixelsRelationship be

36、tween pixelsPage 70n4 4、像素間的距離度量、像素間的距離度量n設(shè)像素設(shè)像素p(x, y)，像素像素q(s, t)；根據(jù)定義，給出三種距離度量函數(shù)：根據(jù)定義，給出三種距離度量函數(shù)：n 歐氏（歐氏（EuclideanEuclidean）距離）距離：22e) ty()sx()q,p(Dn 與與(x, y)的的D De e距離小于或等于某個(gè)值距離小于或等于某個(gè)值d d的象素都包括在以的象素都包括在以(x, y)為中心以為中心以d d為半徑的圓中。為半徑的圓中。Page 71n4 4、像素間的距離度量、像素間的距離度量n 城區(qū)（城區(qū)（CityCity-block-block）距離）

37、距離：n與與(x, y)的的D D4 4距離小于或等于某個(gè)值距離小于或等于某個(gè)值d d的象素組成以的象素組成以(x, y)為中心的菱形。為中心的菱形。tysx)q,p(D4Relationship between pixelsRelationship between pixelsPage 72n4 4、像素間的距離度量、像素間的距離度量n 棋盤（棋盤（ChessboardChessboard）距離）距離：n與與(x, y)的的D D8 8距離小于或等于某個(gè)值距離小于或等于某個(gè)值d d的象素組成以的象素組成以(x, y)為中心的正方形。為中心的正方形。tysxmax)q,p(D8，Relatio

38、nship between pixelsRelationship between pixelsPage 73Continued Continued 像素間的距離 點(diǎn)點(diǎn)p p和和q q之間的之間的歐氏（歐氏（Euclidean）距離）距離:221/2,EDp qxsyt4,|Dp qxsyt點(diǎn)點(diǎn)p和和q之間的城區(qū)（之間的城區(qū)（city-block）距離）距離:點(diǎn)點(diǎn)p和和q之間的棋盤（之間的棋盤（chessboard）距離）距離:8,max(|,|)Dp qxsytPage 74顏色空間顏色空間n1 1、顏色概念、顏色概念n 顏色是人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)光的感知結(jié)果。物體由于構(gòu)成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)顏色是人的視

39、覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)光的感知結(jié)果。物體由于構(gòu)成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，受光線照射后，一部分光線被吸收，其余的被反射或投射出來(lái)的不同，受光線照射后，一部分光線被吸收，其余的被反射或投射出來(lái)。由于物體的表面具有不同的吸收光線與反射光的能力，反射光不同，。由于物體的表面具有不同的吸收光線與反射光的能力，反射光不同，眼睛就會(huì)看到不同的顏色。眼睛就會(huì)看到不同的顏色。n 顏色通常使用光的波長(zhǎng)來(lái)定義，用波長(zhǎng)定義的顏色叫做光譜色。顏色通常使用光的波長(zhǎng)來(lái)定義，用波長(zhǎng)定義的顏色叫做光譜色。Page 75n1 1、顏色概念、顏色概念n國(guó)際照明委員會(huì)國(guó)際照明委員會(huì)(CIE) 定義了顏色的特性：定義了顏色的特性：n 色調(diào)（色調(diào)（hu

40、e）:色調(diào)用于區(qū)別顏色的種類。色調(diào)是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)一個(gè)區(qū)域色調(diào)用于區(qū)別顏色的種類。色調(diào)是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)一個(gè)區(qū)域所呈現(xiàn)顏色的感覺(jué)。如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、靛、紫等所呈現(xiàn)顏色的感覺(jué)。如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、靛、紫等 。n 飽和度（飽和度（saturation）:飽和度是顏色的純潔性，用來(lái)區(qū)別顏色的程度飽和度是顏色的純潔性，用來(lái)區(qū)別顏色的程度。當(dāng)一種顏色滲入其他光成分愈多時(shí)，顏色愈不飽和。當(dāng)一種顏色滲入其他光成分愈多時(shí)，顏色愈不飽和。 n 明度（明度（brightness）:明度是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)物體輻射或者發(fā)光多少的明度是視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)可見(jiàn)物體輻射或者發(fā)光多少的感知屬性。感知屬性。顏色空間顏色空間Page

41、76顏色空間顏色空間n1 1、顏色概念、顏色概念亮度亮度是用反映視覺(jué)特性的光譜敏感函數(shù)加權(quán)之后得到的輻射功率，用單位是用反映視覺(jué)特性的光譜敏感函數(shù)加權(quán)之后得到的輻射功率，用單位面積上反射或者發(fā)射的光的強(qiáng)度表示。由于明度很難度量，通?？梢杂昧撩娣e上反射或者發(fā)射的光的強(qiáng)度表示。由于明度很難度量，通?？梢杂昧炼葋?lái)度量。度來(lái)度量。 Page 77顏色空間顏色空間n2 2、顏色空間的表示和轉(zhuǎn)換、顏色空間的表示和轉(zhuǎn)換n 顏色常用顏色空間來(lái)表示。顏色常用顏色空間來(lái)表示。n 顏色空間是用一種數(shù)學(xué)方法形象化表示顏色，人們用它來(lái)指定和產(chǎn)生顏色空間是用一種數(shù)學(xué)方法形象化表示顏色，人們用它來(lái)指定和產(chǎn)生顏色。顏色。n 顏色空間中的顏色通常用代表顏色空間中的顏色通常用代表3個(gè)參數(shù)的個(gè)參數(shù)的3維坐標(biāo)來(lái)描述，其顏色要取維坐標(biāo)來(lái)描述，其顏色要取決于所使用的坐標(biāo)。決于所使用的坐標(biāo)。n 在多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常常涉及到用幾種不同的顏色空間表示圖形在多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，常常涉及到用幾種不同的顏色空間表示圖形和圖像的顏色，以對(duì)應(yīng)于不同的場(chǎng)合