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第二章 图像采集 图像采集 几何学： 解决从图像中的什么地方可找到场景中目标的投影位置 。 辐射度学（光度学）： 解决图像中的目标有多“亮”以及这个亮度与目标的光学性质和成像系统的关系。即确定在 处的 §2.1视觉过程 一、光学过程 可与照相机进行简单比较 二、化学过程 三、神经处理过程 §2.2成像中的空间关系 一、成像几何 1、投影变换 将3-D客观场景投影到2-D图像平面 根据相似三角形原理可得 非线性映射 2、齐次坐标 ★ 投影变换矩阵 3、逆投影变换 ◆ ◆ 上式表明：由图像点 并不能唯一确定3-D点的Z坐标。对应于 在过 和 的直线上所有共线3-D点的集合。 根据投影的几何关系可得： 说明：如用逆投影法将3-D空间点，从其图像中恢复 出来需要知道该点的至少一个世界坐标。 二、观察距离和角度 正常人的视力区分能力约为1分。 如果一个点在眼睛的视场中对应不到1分的弧所对应的张角则人观察不到这个点。 而如果两个相邻点与眼睛间连线的夹角不到1分则人分辨不出这两个点。 4:3电视机（483线） 最佳观察距离为画面高度的7.1倍 16:9电视机（1080线）最佳观察距离为画面高度的3.2倍 三、景深 当光学系统聚焦在某个距离时，它对这个距离上下一定范围内的景物所成像的清晰度都可以满足要求，这个距离范围内称为景深。 一、光度学 研究光的强弱的学科。 光通量（Luminous flux） 表示光辐射的功率或光辐射量。单位lm（流明） 1、点光源和扩展光源 （1）点光源：当光源的线度足够小，或距离观察者足够远，以至于眼睛无法分辨其形状时，可称为点光源。 点光源Q沿某个方向r的发光强度I定义为沿此方向上单位立体角内发出的光通量。 §2.3光度学和亮度视觉 单位： cd （坎〔德拉〕） 1 cd＝1 lm/sr （2）扩展光源： 有一定发光面积的光源。 扩展光源表面的每块面元 沿某个方向r有一定的发光强度 。 2、亮度 brightness B 在r方向上单位投影面积的发光强度。 （2）照度 illumination/illuminance 照射在单位面积上的光通量。 3、亮度和照度的讨论照度： 是对具有一定强度的光源照射场景的辐射量的量度，要受到从光源到物体表面距离的影响。亮度： 则是在照度基础上对观察者所感受到的光强的亮度。亮度与从物体表面到观察者的距离无关。 二、一个简单的成像模型 图像：代表一个2-D亮度函数（即将图像看成一个光源） 入射到可见场景中光的量，照度成分 场景中物体对入射光反射的比率 全吸收 全反射 一般将单色图像 在坐标 处的亮度值称作图像在该点的灰度值 。 将其量化到 G为正整数 所有中间值代表从黑到白之间的灰度值 三、视觉系统对光的感知特点 1、亮度适应 在一定条件下，一个视觉系统当前的敏感度叫做亮度的适应级。 2、主观亮度影响 同时对比度（亮度对比度） 相同亮度的物体，背景不一样时感觉的亮度就不同。 亮度对比度： 色度对比度： 对比 对比 马赫带(Mach)效应 在观察均匀黑区域和均匀白区域形成的边界时，会感觉到边界部分，暗区更暗，亮区更亮。 3、主观轮廓 主观轮廓现象 4、空间错觉 5、亮度变化的感知 人类视觉系统对亮度变化的感知比对亮度本身要敏感 §2.4采样和量化 一、空间分辨率和幅度分辨率 空间坐标的离散化 空间采样 确定空间分辨率 灰度的离散化 灰度量化 确定幅度分辨率 设 图像尺寸（空间分辨率）为 每个点的灰度级为 （即用k位2进制数表示） 存储一幅图像所需的位数b（单位为比特bit） 二、图像质量与采样和量化 1、图像空间分辨率变化所产生的效果 2、图像幅度分辨率变化所产生的效果 结论： 1、图像质量一般随N和k的增加而增加； 2、对具有大量细节的图像常只需很少的灰度级数就可较好的表示； 3、b为常数的一系列图像主观看起来可以有较大的差异。 三、对采样和量化的讨论 非均匀采样、量化 空间采样： 在较尖锐的灰度过渡区采用较密的采样，而对较平滑的区域采用较稀的采样。 幅度（灰度）量化： 灰度变化平缓区用较多灰度级 而灰度变化