第02章-圖像處理基本知識

內(nèi)容提要

人類視覺與色度學(xué)基礎(chǔ)圖像的表示方法基本的圖像處理系統(tǒng)圖像的基本統(tǒng)計(jì)特征MATLAB圖像處理工具箱Photoshop等圖像處理軟件和開發(fā)工具1知識要點(diǎn)人類顏色視覺和色度學(xué)知識?；叶葓D像和彩色圖像的描述方法，重點(diǎn)討論灰度靜止圖像。典型的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。圖像的基本統(tǒng)計(jì)特征。MATLAB圖像處理工具箱、Photoshop等圖像處理軟件入門初步。22.1

人類視覺與色度學(xué)基礎(chǔ)人類色覺的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過程。除了光源對眼睛的刺激，還需要人腦對光刺激的解釋。人感受到的物體顏色主要取決于反射光的特性。如果物體比較均衡地反射各種光譜，則看起來是白的。如果物體對某些光譜反射得較多，則看起來物體就呈現(xiàn)相對應(yīng)的顏色。色度學(xué)：進(jìn)行圖像的彩色分析，建立的研究彩色計(jì)量的學(xué)科。3視覺系統(tǒng)中存在著桿狀和錐狀細(xì)胞兩種感光細(xì)胞。桿狀細(xì)胞為暗視器官錐狀細(xì)胞是明視器官，在照度足夠高時(shí)起作用，并能分辨顏色。錐狀細(xì)胞大致將電磁光譜的可見部分分為三個(gè)波段：紅、綠、藍(lán)。這三種顏色被稱為三基色4圖2.1人類視覺系統(tǒng)三類錐狀細(xì)胞的光譜敏感曲線5

人類視覺對顏色的主觀感覺顏色的三種主觀感覺：色調(diào)、色飽和度和亮度。色調(diào)（hue）從一個(gè)物體反射過來的或透過物體的光波長是由顏色種類來辨別的，如紅、橙、綠。色飽和度（saturation）即色純度，指顏色的深淺例如：深紅和淺紅。亮度（brightness）顏色的明暗程度，從黑到白，主要受光源強(qiáng)弱影響。62.1.2三基色原理由三基色混配各種顏色通常有兩種方法：相加混色法。彩色電視機(jī)上的顏色。相減混色法。彩色電影、幻燈片、繪畫原料相加混色和相減混色的主要區(qū)別：（1）相加法是由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生的各種顏色，而相減法是先有白色光，然后從中減去某些成份（吸收）得到各種顏色。（2）相加混色的三基色是紅、綠、藍(lán)，而相減混色的三基色是黃、青、品紅。相加混色的補(bǔ)色就是相減混色的基色。（3）相加混色和相減混色有不同的規(guī)律。7Grassman定律視覺對顏色的響應(yīng)取決于紅、綠、藍(lán)三輸入量的代數(shù)和。（1）所有顏色都可以用相互獨(dú)立的三基色混合得到；（2）假如三基色的混合比相等，則色調(diào)和色飽和度也相等；（3）任意兩種顏色相混合產(chǎn)生的新顏色與采用三基色分別合成這兩種顏色的各自成份混合起來得到的結(jié)果相等；（4）混合色的光亮度是原來各分量光亮度的總和。8

顏色向量C的計(jì)算CIE的R、G、B顏色表示系統(tǒng)。選擇標(biāo)準(zhǔn)紅色，綠色和藍(lán)色三種單色光作為表色系統(tǒng)的三基色。顏色向量C紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三刺激值所構(gòu)成的（R，G，B）向量的和構(gòu)成。

C=RR0+GG0+BB0

（2.1）R、G、B為C的三刺激值（tristimulusvalues）（R0，G0，B0）稱為原刺激值，是單位向量。9圖2.2顏色的向量表示與光譜三刺激值

（a）顏色的向量表示（b）光譜三刺激值102.1.3光度學(xué)基本知識光度學(xué)光學(xué)中研究光的輻射、吸收、照射、反射、散射、漫射等度量的學(xué)科同時(shí)結(jié)合視覺特征來確定光的度量及吸收的單位。在可見光譜段以外的景物圖像可用類似的方法?？梢姽庾V段以外所形成的圖像，其處理的各個(gè)過程也常常要變換成人眼可以觀察的圖像例如熱成像、X光照片等11光度學(xué)中的基本概念1.光通量2.發(fā)光強(qiáng)度3.視敏度4.亮度亮度是發(fā)光面的明亮程度的度量，它決定于單位面積的發(fā)光強(qiáng)度，單位為cd/m2。5.照度照度指照射在單位面積上的光通量，單位為勒（lx）。122.2連續(xù)圖像的數(shù)學(xué)描述

一幅圖像可以被看作是空間各點(diǎn)光強(qiáng)度的集合。對于二維圖像，可以把光強(qiáng)度I看作是隨空間坐標(biāo)（x,y）、光線波長

和時(shí)間t變化的連續(xù)函數(shù)：

I=f(x,y,

,t)(2.3)13灰度圖像如果只考慮光的能量而不考慮其波長

圖像在視覺上表現(xiàn)為灰色影像--灰度圖像：

I=f(x,y,,t)

（2.4）靜止灰度圖像：

I=f(x,y)

（2.5）

14一般地，一個(gè)完整的圖像處理系統(tǒng)輸入和顯示的都是便于人眼觀察的連續(xù)圖像（模擬圖像）。為便于數(shù)字存儲和計(jì)算機(jī)處理可以通過數(shù)模轉(zhuǎn)換（A/D）將連續(xù)圖像變?yōu)閿?shù)字圖像。152.3基本的圖像處理系統(tǒng)圖像處理系統(tǒng)包括圖像處理硬件和圖像處理軟件。1.3.1圖像處理硬件微機(jī)圖像處理硬件系統(tǒng)主要由圖像輸入設(shè)備、圖像運(yùn)算處理設(shè)備（微計(jì)算機(jī)）、圖像存儲器、圖像輸出設(shè)備等組成。軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、控制軟件及應(yīng)用軟件等。16圖2.5基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)17較完整的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：由輸入設(shè)備、成像顯示記錄設(shè)備、數(shù)字圖像處理核心、交互控制單元等組成。1圖像輸入設(shè)備完成將模擬光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成模擬電圖像的過程。數(shù)字化圖像輸入設(shè)備還進(jìn)一步將模擬電圖像進(jìn)行數(shù)字化以便于存儲介質(zhì)存儲和計(jì)算機(jī)處理。182.圖像存儲器為了適應(yīng)圖像的大數(shù)據(jù)量要求，輸入圖像、輸出圖像以及中間結(jié)果圖像必須用大容量存儲介質(zhì)進(jìn)行存儲。3.主機(jī)用于圖像處理的計(jì)算機(jī)。4．顯示器及圖像輸出設(shè)備19圖2.6數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖20圖像采集卡、顯示卡、高速圖像處理卡等。（1）圖像采集卡（2）高速圖像處理卡（3）顯示卡21圖2.9基于DSP的高速圖像處理卡結(jié)構(gòu)圖22圖2.10VGA顯卡的原理框圖232.3.2圖像處理軟件圖2.12圖像處理軟件系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)241.圖像設(shè)備驅(qū)動程序2.操作系統(tǒng)：（1）IBMPC及兼容機(jī)一般使用MicrosoftWindows操作系統(tǒng)。（2）AppleMacintosh機(jī)一般使用MacOSX操作系統(tǒng)。（3）圖形工作站典型使用UNIX或XWINDOWS操作系統(tǒng)。3．圖像處理開發(fā)工具（1）VC++面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸?）MATLAB的圖像處理工具箱（3）圖像應(yīng)用軟件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee251、字體安裝與設(shè)置如果您對PPT模板中的字體風(fēng)格不滿意，可進(jìn)行批量替換，一次性更改各頁面字體。在“開始”選項(xiàng)卡中，點(diǎn)擊“替換”按鈕右側(cè)箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改字體。（如下圖）在“替換為”下拉列表中選擇替換字體。點(diǎn)擊“替換”按鈕，完成。262、替換模板中的圖片模板中的