第三基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿

1、第三基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿第一頁(yè)，共六十九頁(yè)。優(yōu)選第三基礎(chǔ)知識(shí)第二頁(yè)，共六十九頁(yè)。3.1圖像處理的視覺基礎(chǔ)視覺生理/視覺特性/視覺模型視覺基礎(chǔ)/視覺應(yīng)用它們與圖像研究的關(guān)系見圖3-1。 第三頁(yè)，共六十九頁(yè)。圖3-1 視覺研究與圖像的關(guān)系視覺研究基礎(chǔ)研究視覺心理現(xiàn)象法則（心理學(xué)）視覺信息加工機(jī)理（生理學(xué)）應(yīng)用研究視環(huán)境的改善和視機(jī)能應(yīng)用（照明工程學(xué)、人類工程學(xué)）圖像改善和評(píng)價(jià)（圖像工程）模擬視覺機(jī)能的信息處理（信息工程、人工智能心理測(cè)定模擬技術(shù)第四頁(yè)，共六十九頁(yè)。1、圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)與視覺心理對(duì)圖像質(zhì)量的最終評(píng)價(jià)是由人的感覺器官和心理狀態(tài)來決定的。與圖像內(nèi)容以及觀察者的心理因素有關(guān)。從圖像信息傳輸角度出發(fā)

2、，圖像系統(tǒng)評(píng)價(jià)的真正尺度應(yīng)該是發(fā)出信息者的意圖為接收信息者所理解的程度，而不是對(duì)發(fā)出信息者發(fā)出的圖像像素信息集合的簡(jiǎn)單接收。第五頁(yè)，共六十九頁(yè)。圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法1.客觀評(píng)價(jià)信噪比等缺點(diǎn)是不容易取得客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的計(jì)算，不能反映視覺心理2.主觀評(píng)價(jià)根據(jù)視覺效果進(jìn)行評(píng)分一般方法第六頁(yè)，共六十九頁(yè)。2、畫面組成和視覺心理“”視野指眼球不動(dòng)時(shí)所能見到的范圍如果把注視點(diǎn)作為中心，可見的范圍上方約65。，下方約75。，左右視角約為104。 ，但視力好的部位僅限于中央2。3。左右。為了適應(yīng)大的畫面和立體景象的機(jī)理，眼球必須轉(zhuǎn)動(dòng)使視線移動(dòng)。中心視力分辨率強(qiáng)，可以進(jìn)行圖像細(xì)節(jié)的認(rèn)識(shí)。周邊視力分辨率差，可以將視目標(biāo)

3、特征部分檢出，利用檢出的目標(biāo)圖像特征去控制眼球運(yùn)動(dòng)。另外周邊視可以認(rèn)識(shí)圖像的全貌，而中心視只能認(rèn)識(shí)圖像的一小部分。要產(chǎn)生充分的臨場(chǎng)感，畫面尺寸應(yīng)該產(chǎn)生30。以上視野，如寬銀幕電影。第七頁(yè)，共六十九頁(yè)。3、視覺的時(shí)空頻率分析空間分辨力人眼對(duì)空間景物細(xì)節(jié)的分辨能力有限。時(shí)間分辨力對(duì)亮度的響應(yīng)有時(shí)延和殘留，因而對(duì)景物亮度的變化也有分辨力，過快的變化無法分辨“視覺惰性”。當(dāng)離散畫面的重復(fù)頻率不低于24Hz時(shí)，可形成連續(xù)畫面的感覺，即人眼不能分辨相鄰兩幅畫面間的差別，而低于24Hz時(shí)，有閃爍感。第八頁(yè)，共六十九頁(yè)。第九頁(yè)，共六十九頁(yè)。3、視覺的時(shí)空頻率分析人眼對(duì)畫面靜止部分的分辨率高于活動(dòng)部分，對(duì)靜止部

4、分減少時(shí)間分辨率，而對(duì)活動(dòng)部分減少空間分辨率，可以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的效果。幅度分辨力人眼對(duì)景物亮度層次的分辨力也有限，過小的亮度差別無法分辨。對(duì)彩色圖像的色調(diào)和飽和度的分辨力人的視覺對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨力要比亮度細(xì)節(jié)差，在國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)（ITU-R，原CCIR）601標(biāo)準(zhǔn)中，就利用了這種特性，將色差信號(hào)的空間分辨率減半，仍可以得到非常好的圖像質(zhì)量。第十頁(yè)，共六十九頁(yè)。4、視覺生理視覺生理指視覺信息的產(chǎn)生部分視細(xì)胞(圖像信息感受器)和其它神經(jīng)細(xì)胞以及大腦高級(jí)中樞的神經(jīng)系統(tǒng)的信息產(chǎn)生、傳輸和處理的機(jī)理第十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。人類視覺感知過程人眼結(jié)構(gòu)眼睛中圖像的形成視覺特性第十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。視覺生理

5、特點(diǎn)對(duì)圖像處理方法的影響很大1、人眼的結(jié)構(gòu)第十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞在視網(wǎng)膜上的分布錐狀（cone）視覺：白晝視覺，色彩；桿狀（rod）視覺：夜視覺，低照度敏感。第十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。2、眼睛中圖像的形成成像的幾何原理視覺信息的產(chǎn)生視覺信息的傳遞視覺信息的加工處理第十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。（1）成像的幾何原理用眼睛觀察樹的光學(xué)表示法，C點(diǎn)為晶狀體的光學(xué)中心當(dāng)晶狀體的折射能力由最小變到最大時(shí)，晶狀體的聚焦中心與視網(wǎng)膜之間的距離由17mm縮小到14mm。當(dāng)眼睛聚焦到遠(yuǎn)于3m的物體時(shí)，晶狀體的折射能力最弱，當(dāng)聚焦到非常近的物體時(shí)，其折射能力最強(qiáng)。 第十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。成像尺寸計(jì)算觀測(cè)者看

6、一個(gè)距離100m，高15m的樹。設(shè)x表示視網(wǎng)膜上形成的圖像的大小，單位mm，有:15/100=x/17, x=2.55mm第十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。（2）視覺信息的產(chǎn)生光化電過程色覺理論主要有兩種三色學(xué)三種視色素，對(duì)光的影響峰值分別在紅、綠、藍(lán)區(qū)，綜合后形成色覺信息。四色學(xué)說三對(duì)視色素(白-黑，紅-綠，黃-藍(lán))，它們的組合響應(yīng)產(chǎn)生色覺信息第十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。人類感光細(xì)胞的敏感曲線400 450 500 550 600 650 700100806040200藍(lán)綠紅波長(zhǎng)（nm)光吸收特性%三種不同頻率響應(yīng)的錐，各對(duì)紅、綠、藍(lán)具有最強(qiáng)的響應(yīng)，彩色的識(shí)別功能第十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。（3）視覺信息的加工處理

7、簡(jiǎn)單型細(xì)胞檢測(cè)圖像的明暗邊界和線條的位置和方向，復(fù)雜型細(xì)胞對(duì)直線和邊界的運(yùn)動(dòng)方向敏感，低級(jí)超復(fù)雜型細(xì)胞檢測(cè)直線和邊界的長(zhǎng)度、寬度，而高級(jí)超復(fù)雜型細(xì)胞可以檢測(cè)曲線和邊緣曲度等第二十頁(yè)，共六十九頁(yè)。3、 視覺特性亮度適應(yīng)與鑒別分辨力對(duì)比靈敏度同時(shí)對(duì)比效應(yīng)閾值效應(yīng)和掩蓋效應(yīng)視覺運(yùn)動(dòng)特性視覺空間頻率特性視覺時(shí)間頻率特性第二十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。主觀亮度感受特性 第二十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。第二十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。第二十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。分辨力在不同的亮度適應(yīng)級(jí)，人眼的分辨力不同，如圖所示，I是背景光強(qiáng)，I是光強(qiáng)的變化，稱為韋伯比，表示光強(qiáng)分辨力 光強(qiáng)分辨力的典型韋伯比第二十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。馬赫帶效應(yīng)第二十

8、六頁(yè)，共六十九頁(yè)。同時(shí)對(duì)比效應(yīng)圖第二十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。3.1.2 視覺的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型亮度視覺模型彩色視覺模型第二十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。1、亮度視覺模型輸入圖像Ii(x,y)光學(xué)系統(tǒng)H(x, y)輸出圖像Io(x,y)線性光學(xué)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF 第二十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。2、彩色視覺模型ThomasYoung三色假說 g3g1g2d3d2d1e3e1e2線性系統(tǒng)-黃綠色視錐感受器藍(lán)色視錐感受器綠色視錐感受器LOGLOGLOG+-+H2(Wx,Wy)H1(Wx,Wy)H3(Wx,Wy)神經(jīng)信號(hào)彩色視覺模型第三十頁(yè)，共六十九頁(yè)。彩色響應(yīng)在上圖模型中，e1、e2、e3代表視網(wǎng)膜三個(gè)具有S1

9、()、S2()、S3()譜靈敏度的感受器，其輸出分別為 C()為入射光譜的能量分布函數(shù) 第三十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。彩色信息融合e1、e2、e3經(jīng)對(duì)數(shù)傳傳遞后合并為d1、d2、d3輸出：第三十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。色度學(xué)3個(gè)基本顏色紅（R, red）、綠(G, green)和藍(lán)( B, blue)國(guó)際照明委員會(huì)（CIE），1931年規(guī)定3種基本色的波長(zhǎng)為R:700nm, G:546.1nm, B:435.8nm。第三十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。三色系統(tǒng)彩色加法系統(tǒng)（左）與減法系統(tǒng)（右）利用3基色疊加可產(chǎn)生光的3補(bǔ)色：品紅（M, magenta，即紅加藍(lán)）、藍(lán)綠（C, cyan，即綠加藍(lán)）、黃（Y, yello

10、w，即紅加綠）。按一定的比例混合3基色或?qū)?個(gè)補(bǔ)色與相對(duì)的基色混合就可以產(chǎn)生白色。光的混合滿足加色定理。第三十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。色度圖第三十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。xyz相對(duì)三色系數(shù)（色品坐標(biāo)）x+y+z=1,(x,y)CIE色度圖。對(duì)應(yīng)于 x=y=0.33的 E點(diǎn)，稱等能量點(diǎn)，CIE標(biāo)準(zhǔn)白光。0.800.20.8xy520nm700-770nm紅藍(lán)綠NTSCPAL紫 色度圖色品坐標(biāo)系第三十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。顏色特征區(qū)分顏色通常用3種基本特性：亮度色調(diào)飽和度。色調(diào)和飽和度合起來稱為色度。顏色可以用亮度和色度共同表示第三十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。坐標(biāo)系為組成某種顏色所需的紅、綠、藍(lán)的量稱為3個(gè)刺激量，分別用

11、R、G、B表示。 顏色還可以用色品值r、g、b（相對(duì)色系數(shù)）表示，定義如下 第三十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。主要彩色匹配規(guī)則：任何彩色可以用不多于三個(gè)基色配成；混合色的光亮度等于各分量亮度之和；人眼不能分解混合彩色的各個(gè)分量；在某一亮度等級(jí)上的彩色匹配可適用于較寬的亮度范圍；第三十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。3.2圖像的數(shù)學(xué)模型 連續(xù)模型離散模型隨機(jī)場(chǎng)模型第四十頁(yè)，共六十九頁(yè)。圖像的連續(xù)模型基本的連續(xù)模型照明反射模型噪聲模型第四十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。1、基本的連續(xù)模型圖像可以用灰度級(jí)G在x，y二維空間的連續(xù)變換來描述，即： Sg(x,y)f(x,y)圖像處理的基本框圖圖像=g(x,y)，時(shí)間序列圖像的描述為： 圖

12、像序列=g1(x,y),g2(x,y),gt(x,y)或： 圖像序列=g(x,y,t)。圖像處理 f(x,y)=Sg(x,y)其中S可以是有意施加的某種處理方法，也可以是圖像系統(tǒng)中導(dǎo)致圖像退化的原因。 G(x,y)=S-1f(x,y) 是圖像復(fù)原的基本模型。第四十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。（2）、照明反射模型（3）、彩色模型2、離散模型3、隨機(jī)場(chǎng)模型三、圖像的數(shù)字化f(x,y)= i(x,y)r(x,y), 其中 0 i(x,y) Bm, 0 r(x,y) 1,i(x,y)照射分量，r(x,y)反射分量， Bm最大光照強(qiáng)度。gmin g gmax, gmin=imin rmin, gmax=imax

13、rmax。 gmin ，gmax 是圖像灰度范圍。該模型常用于同態(tài)濾波，計(jì)算機(jī)圖形：真實(shí)感模型2、照明反射模型第四十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。3、 通用的彩色模型RGB模型HSI模型第四十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。（1）RGB模型第四十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。（2）HSI模型視覺生理模型色調(diào)（H，Hue）、色飽和度（S，Saturation）以及亮度（I，Intensity在特定應(yīng)用環(huán)境中，用于圖像分析有特殊的優(yōu)勢(shì)在只有光照亮度發(fā)生變化的應(yīng)用中，不考慮亮度，只使用色度進(jìn)行區(qū)域分割。第四十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。圓錐體模型第四十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。RGB到HSI第四十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。HSI到RGB第四十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。顏

14、色特征豐富了圖像處理的方法色彩的識(shí)別，色彩分解，提取特征。例如：濾色鏡，遙感、著色后細(xì)胞紅綠藍(lán)紅黃綠藍(lán)紫第五十頁(yè)，共六十九頁(yè)。4、彩色電視色度坐標(biāo)系統(tǒng)RGB三基色系統(tǒng)稱為“物理三基色” CIE另外規(guī)定了一種虛擬的三基色系（XYZ）標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)，在匹配各種彩色時(shí)，三基色系數(shù)都是正值第五十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。5、噪聲的模型噪聲的特征噪聲的來源噪聲模型第五十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。（1）噪聲的特征圖像信號(hào)，f(x,y)噪聲，n(x,y)，隨機(jī)性的，可以用隨機(jī)過程來描述。一般常用統(tǒng)計(jì)特征來描述，如均值、方差、相關(guān)函數(shù)等。均值En(x,y)反映噪聲的直流分量，均方值En2(x,y)反映噪聲的總功率，均方差E(n

15、(x,y)-En(x,y)2描述噪聲的交流功率，均值的平方En(x,y)2，表示噪聲的直流功率。第五十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。（2）噪聲的來源外部噪聲：從處理系統(tǒng)外來的影響，如電磁波干擾。內(nèi)部噪聲：(1)由光和電的基本性質(zhì)引起的噪聲。(2)機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。(3)元器件材料本身的缺陷帶來的噪聲。(4)系統(tǒng)內(nèi)部電路噪聲。第五十四頁(yè)，共六十九頁(yè)。噪聲分類從統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看平穩(wěn)噪聲凡是統(tǒng)計(jì)特征不隨時(shí)間變化的；非平穩(wěn)噪聲統(tǒng)計(jì)特征隨時(shí)間變化的。從噪聲幅度分布的統(tǒng)計(jì)來看其密度函數(shù)有高斯型、瑞利型等，分別稱為高斯噪聲和瑞利噪聲。按噪聲頻譜形狀命名的，如頻譜均勻分布的噪聲稱為白噪聲，頻譜與頻率成反比的稱為1/f噪聲，頻

16、譜與頻率平方成正比的稱為三角噪聲第五十五頁(yè)，共六十九頁(yè)。（3）噪聲的模型加法性噪聲：g(x,y)=f(x,y)+n(x,y) 乘法噪聲：g(x,y)=f(x,y)1+n(x,y)=f(x,y)+f(x,y)n(x,y) 第五十六頁(yè)，共六十九頁(yè)。3.2.2 離散模型第五十七頁(yè)，共六十九頁(yè)。 數(shù)字圖像，數(shù)字化（1）連續(xù)畫面空間坐標(biāo)離散化采樣： 方形、三角形、正六角形點(diǎn)陣等。采樣點(diǎn)陣（2）采樣點(diǎn)（像素）幅值（實(shí)數(shù)）取整量化： 均勻、非均勻/矢量、標(biāo)量第五十八頁(yè)，共六十九頁(yè)。1、圖像的均勻采樣yxxy典型的采樣方式第五十九頁(yè)，共六十九頁(yè)。二維采樣定理對(duì)于二維有限帶寬信號(hào)fc(x,y)，如果其二維傅立葉變換只在的范圍內(nèi)不為零，那么采樣間隔必須滿足這樣才能保證信號(hào)可以重構(gòu)。該條件稱為Nyquist采樣定理 第六十頁(yè)，共六十九頁(yè)。2、圖像的量化q1 q0 q2 qN-1 0 f0 f1 f2 fN-1 fN fq量化過程量化的準(zhǔn)則是：若則 第六十一頁(yè)，共六十九頁(yè)。量化誤差“量化誤差”“量化失真”由量化誤差產(chǎn)生的圖像失真稱為量化失真。第六十二頁(yè)，共六十九頁(yè)。3、數(shù)字圖像的表示整數(shù)矩陣向量第六十三頁(yè)，共六十九頁(yè)。數(shù)字圖像，矩陣元素：像元、圖像元素、像素電視圖像：512512 128；一般圖像：256 256 64。（1）整數(shù)矩陣第六十四頁(yè)，共六十九頁(yè)?；叶确直媛?/p>