第2講 圖像和視覺基礎(chǔ)

數(shù)字圖像處理第二講圖像和視覺基礎(chǔ)

主講教師吳凡提綱圖像和視覺基礎(chǔ)人眼與亮度視覺色度學(xué)基礎(chǔ)與顏色模型圖像的數(shù)字化人眼與亮度視覺視覺過程光學(xué)過程化學(xué)過程神經(jīng)處理過程1． 光學(xué)過程

15/100=2.55/17視覺過程

2． 化學(xué)過程

錐細胞和柱細胞(視網(wǎng)膜）：

錐細胞：數(shù)量少，每個錐狀視細胞連接著一個視神經(jīng)末 梢，故分辨率高。對顏色很敏感

錐細胞視覺：明視覺或亮光視覺

柱細胞：數(shù)量多，多個桿狀視細胞連接著一個視神經(jīng)末 梢，故分辨率低不感受顏色并對低照度較敏感

柱細胞視覺：暗視覺或微光視覺視覺過程

Q:為什么在日光下鮮艷的彩色物體在月光下會變得象無色一樣？3． 神經(jīng)處理過程

每個視網(wǎng)膜接收單元都與一個神經(jīng)元細胞借助突觸（synapse）相連 每個神經(jīng)元細胞借助其它的突觸與其它細胞連接，從而構(gòu)成光神經(jīng)（opticalnerve）網(wǎng)絡(luò) 光神經(jīng)進一步與大腦中的側(cè)區(qū)域（sideregionofthebrain）連接，并到達大腦中的紋狀皮層（striatedcortex） 對光刺激產(chǎn)生的響應(yīng)經(jīng)過一系列處理最終形成關(guān)于場景的表象，從而將對光的感覺轉(zhuǎn)化為對景物的知覺視覺過程

整體視覺過程

視覺＝“視”＋“覺”

視覺過程

人眼適應(yīng)的亮度范圍（1）總體范圍大：從暗視覺門限到眩目極限之 間的范圍在1010量級（2）具體范圍?。阂话惴秶?02量級暗視覺門限眩目極限亮度視覺亮度視覺

同時對比度主觀亮度影響亮度視覺

馬赫帶效應(yīng)亮度變化的感知 人類視覺系統(tǒng)對亮度變化的感知比對亮度本身要敏感 人類視覺系統(tǒng)對光強度的響應(yīng)不是線性的，而是對數(shù)形式的（對暗光時亮度的增加比對亮光時亮度的增加更敏感）色度學(xué)基礎(chǔ)學(xué)與顏色模型彩色的描述原理400nm700nm紫外光紅外光可見光區(qū)546.1nm435.8nm780nm通常我們研究的范圍包括紅外區(qū)、可見光區(qū)一直到紫外光區(qū)。多光譜圖像可視光區(qū)當(dāng)光譜采樣限制到三個人類視覺系統(tǒng)敏感的紅R、綠G、藍B光波段時，對這三個光譜帶的光能量進行采樣，就可以得到一幅彩色圖像。

幾種常用的表色系統(tǒng)

各種表示顏色的方法，稱做表色系統(tǒng)。色度學(xué)基礎(chǔ)學(xué)與顏色模型RGB色系面向機器（如顯示器、攝像機、打印機等）HSI色系 面向顏色處理（也面向人眼視覺，如動畫中的彩色圖形）YUV電視信號表色系PAL制式的電視系統(tǒng)，目的是為了可以與黑白電視兼容，及壓縮。

1，RGB色系

國際照明委員會（CIE）規(guī)定以700nm(紅)、546.1nm(綠)、435.8nm(藍)三個色光為三基色。又稱為物理三基色。自然界的所有顏色都可以通過選用這三基色按不同比例混合而成。

色度學(xué)基礎(chǔ)學(xué)與顏色模型RGB模型幾種常用的表色系統(tǒng)2、HSI色系

這種彩色系統(tǒng)格式的設(shè)計反映了人類觀察彩色的方式。如：紅色又分為淺紅和深紅色等等。

I(Intensity)：表示光照強度或稱為亮度，它確定了像素的整體亮度，而不管其顏色是什么。

幾種常用的表色系統(tǒng)H(Hue)：表示色度，由角度表示。反映了該顏色最接近什么樣的光譜波長（既彩虹中的那種顏色）.0o到240o覆蓋了所有可見光譜的顏色，240o到300o是人眼可見的非光譜色（紫色）。幾種常用的表色系統(tǒng)H=0oH=60oH=120oH=180oH=240oH=300oS(saturation)：表示飽和度，飽和度參數(shù)是色環(huán)的原點到彩色點的半徑長度。在環(huán)的外圍圓周是純的或稱飽和的顏色，其飽和度值為1。在中心是中性（灰）影調(diào)，即飽和度為0。一純紫顏色的飽和度效果示意圖如下：

幾種常用的表色系統(tǒng)S=0S=1S=1/4S=1/2幾種常用的表色系統(tǒng)HSI模型I

飽和度效果示意圖

色度效果示意圖

亮度效果示意圖RGB到HSI的轉(zhuǎn)換：

幾種常用的表色系統(tǒng)Q: 白色R=G=B=1.A: I=1,S=0,H=?Q: 黑色R=G=B=0.A: I=0,S=?,H=?Q: 紅色R=1,G=B=0A: I=1/3,S=1,H=0度Q: 綠色G=1,R=B=0A: I=1/3,S=1,H=120度

Q: 藍色B=1,R=G=0A: I=1/3,S=1,H=240度幾種常用的表色系統(tǒng)HSI到RGB的轉(zhuǎn)換

YUV模型用于PAL制式的電視系統(tǒng)，目的是為了可以與黑白電視兼容，及壓縮。

Y表示亮度，U，V表示色差信號。電視信號在發(fā)射時，轉(zhuǎn)換成YUV形式，接受時還原成RGB三基色信號。3，YUV電視信號表色系幾種常用的表色系統(tǒng)1.RGB到Y(jié)UV的轉(zhuǎn)換YUV電視信號表色系

2、YUV到RGB的轉(zhuǎn)換

幾種常用的表色系統(tǒng)

圖像的數(shù)字化：將模擬圖像離散化后得到用數(shù)字表示的圖像。把圖像分割成如圖所示一個個小區(qū)域（像元或像素）將各小區(qū)域的灰度用整數(shù)表示采樣和量化

圖象空間分辨率變化所產(chǎn)生的效果采樣和量化圖象幅度分辨率變化所產(chǎn)生的效果采樣和量化二值圖量化

量化可分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是簡單地在灰度范圍內(nèi)等間隔量化。非均勻量化是對像素出現(xiàn)頻度少的部分量化間隔取大，而對頻度大的量化間隔取小。

均勻量化非均勻量化采樣和量化數(shù)字圖象存貯量Q：一副256x256的圖像，若灰度級數(shù)為16，則存儲它所需的比特數(shù)是多少？ 256x256x4=256Kb=32KBQ:一副640X480的真彩色RGB圖，需要空間多少？

640x480x24=7200kb=900KBQ：一段1秒鐘頻率為50Hz的320X240的真彩色RGB視頻，需要空間多少？

320x240x24x50=86.9Mb=11MB采樣和量化當(dāng)限定數(shù)字圖像的大小時,采用如下原則可得到質(zhì)量較好的圖像1）對緩變的圖像，應(yīng)細量化，粗采樣，以避免假輪廓。2）對細節(jié)豐富的圖像，應(yīng)細采樣，粗量化，以避免模糊（混疊）。3.3量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系數(shù)字化方式可分為均勻采樣、量化和非均勻采樣、量化。所謂“均勻”，指的是采樣、量化為等間隔。非均勻采樣是根據(jù)圖象細節(jié)的豐富程度改變采樣間距。