数字图像处理课件第二章数字图像基础.ppt

数字图像处理 第2章 数字图像处理的基础(Basics Knowledge of Digital Image Processing) 2.1人类的视觉与光度学基础(Visual System of Human Beings) 视觉是人类最高级的感知器官，所以，毫无疑问图像在人类感知中扮演着重要角色。人类视觉的产生很复杂，除了光源对眼睛的刺激还需要人脑对光刺激的解释。人感受到的物体颜色主要取决于反射光的特性 。如果物体比较均衡地反射各种光谱，则看起来是白色的；如果物体对某些光谱反射的较多，则看起来物体就呈现相对应的颜色。 然而人类感知只限于电磁波谱的视觉波段，成像机器则可以覆盖几乎全部电磁波谱。 研究图像处理首先要了解人类的视觉感知系统。 2.1.1视觉系统的基本构造(Basic Structure of Visual System) 基本构造 人眼的构造——眼球 人眼的形状像一个小球，通常称为眼球。 眼球内具有特殊的折光系统，使进入眼内的可见光汇聚在视网膜上。视网膜上含有感光的杆状细胞和锥状细胞，这些感光细胞把接受到的色光信号传到神经节细胞，再由视神经传到大脑皮层枕叶视觉神经中枢，产生色感。 眼球壁有三层膜组成：角膜与巩膜、脉络膜和视网膜（简称网膜）。 人眼的构造——角膜 角膜(cornea)：如同相机的滤镜 眼球最前端是透明的角膜，它是平均折射率为1.336的透明体，俗称眼白，微向前突出，曲率半径前表面约7.7毫米，后表面约6.8毫米，光由这里折射进入眼球而成像。 人眼的构造——晶状体 晶状体，水晶体 (lens)：如同相机的镜片。 晶状体在眼睛正面中央，光线投射进来以后，经过它的折射传给视网膜。所谓近视眼、远视眼、老花眼以及各种色彩、形态的视觉或错觉，大部分都是由于水晶体的伸缩作用所引起。 它像一种能自动调节焦距的凸透镜一样。 人眼的构造——视网膜 视网膜 (retina)：如同底片。 视网膜是视觉接收器的所在，它本身也是一个复杂的神经中心。 眼睛的感觉为网膜中的视杆细胞和视锥细胞所致。视杆细胞能够感受弱光的刺激，但不能分辨颜色，视锥细胞在强光下反应灵敏，具有辩别颜色的本领。某些动物（如鸡）因视杆细胞较少，所以在微光下，它们的视觉很差，成为夜盲。也有些动物（如猫和猫头鹰）因视杆细胞很多，所以能在夜间活动。 视觉过程 光接收细胞： 视锥细胞（也称中央凹）：600～700万，既能感光、又能感色、对颜色敏感。可以充分识别图像细节，每个细胞接一个神经末端，又叫适亮视觉（photopic vision）、白昼视觉。 强光作用下，锥状体起作用。 既有明亮感，又有彩色感 （明视觉） 两者有明确的分工： 弱光作用下，杆状体起主作用 。只 有明暗感没有彩色感 。 （暗视觉） 锥状细胞大致将电磁光谱的可见光部分分为三个波段：红、绿、蓝。由于这种原因，这三种颜色被称为三基色。 人类视觉对颜色的主观感觉可以直观地用色调、色饱和度和亮度来表述。 2.1.2亮度适应和鉴别(Intensity Adaption and Identification) Basic experimental setup used to characterize brightness discrimination Typical Weber ratio as a function of intensity Some well-know optical illusions optical illusions 2.1.3光度学 获取场景的图像首先要将场景通过投影转换成平面上的亮度；其次为了用计算机加工还需将连续的亮度模式通过采样和量化转换成离散形式，即数字图像。 在将场景转换成亮度模式中，与图像f(x,y)表达的两部分内容相对应，需考虑到两部分内容。 (1)几何学：要解决从图像中的什么地方可以找到场景中目标的投影位置（x,y） (2)光度学：要解决图像中的目标有多亮，以及该亮度与目标的光学性质和成像系统的关系