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第二章 数字图像处理基础 一、图像处理的视觉基础 视觉生理/视觉特性/视觉模型 视觉基础/视觉应用 它们与图像研究的关系 视觉研究与图像的关系 1、图像质量评价与视觉心理 对图像质量的最终评价是由人的感觉器官和心理状态来 决定的。与图像内容以及观察者的心理因素有关。 从图像信息传输角度出发，图像系统评价的真正尺度应 该是发出信息者的意图为接收信息者所理解的程度，而 不是对发出信息者发出的图像象素信息集合的简单接收。 2、画面组成和视觉心理 “视野”——指眼球不动时所能见到的范围 如果把注视点作为中心，可见的范围上方约65。，下方约75。，左右视角约为104。 (现在的电视画面约占7。~8。)，但视力好的部位仅限于中央2。~3。左右。 为了适应大的画面和立体景象的机理，眼球必须转动使视线移动。 中心视力分辨率强，可以进行图像细节的认识。 周边视力分辨率差，可以将视觉目标特征部分检出，利用检出的目标图像特征去控制眼球运动。 另外周边视力可以认识图像的全貌，而中心视只能认识图像的一小部分。 要产生充分的临场感，画面尺寸应该产生30。以上视野，如宽银幕电影。 3、视觉的时空频率分析 影响图像锐度的主要因素。视觉神经具有的Mach效应和Roca—Sulzer微分效应，中枢神经的Craik-Obrien积分效应等是视觉信息处理的基础，因此可以将视觉特性和图像处理结合起来研究。 空间分辨力 人眼对空间景物细节的分辨能力有限，对黑白图像约为一度。 时间分辨力 对亮度的响应有时延和残留，因而对景物亮度的变化也有分辨力，过快的变化无法分辨 “视觉惰性” 当离散画面的重复频率不低于24Hz时，可形成连续画面的感觉，即人眼不能分辨相邻两幅画面间的差别，而低于24Hz时，有闪烁感。 3、视觉的时空频率分析 人眼对画面静止部分的分辨率高于活动部分， 对静止部分减少时间分辨率，而对活动部分减少空间分辨率，可以达到数据压缩的效果。 幅度分辨力 人眼对景物亮度层次的分辨力也有限，过小的亮度差别无法分辨。 对彩色图像的色调和饱和度的分辨力 人的视觉对彩色细节的分辨力要比亮度细节差，在国际无线电咨询委员会（ITU-R，原CCIR）601标准中，就利用了这种特性，将色差信号的空间分辨率减半，仍可以得到非常好的图像质量。 对立体图像的景深分辨力等 4、视觉生理和模型的研究 视觉生理 指视觉信息的产生部分——视细胞(图像信息感受器)和其它神经细胞以及大脑高级中枢的神经系统的信息产生、传输和处理的机理 插入单个细胞的微小电极， 侧抑制现象、马赫效应等 对大脑高级神经中枢的“思考过程” 才刚起步。 5、人类视觉机制今后的研究方向 从基础研究逐步转到和图像相关的视觉综合化、体系化的研究。 搞清决定图像质量的主观因素，做出其总的结构模型； 找出人脑真正接收信息的容量，大脑有效接收图像的显示方式； 弄清图像信源和信宿的结构，建立起包括人的因素在内的信息论； 研究视觉和其它感觉的相乘作用，即视觉和其它感觉的互相影响； 开发自组织作用的综合研究，进一步建立发展“思考过程”； 研究视觉和行为的关系。 视觉基础讲述内容 1.1人类视觉感知过程 人眼结构 眼睛中图像的形成 视觉特性 视锥细胞和视杆细胞在视网膜上的分布 眼睛中图像的形成 成像的几何原理 视觉信息的产生 视觉信息的传递 视觉信息的加工处理 （1）成像的几何原理 （2）视觉信息的产生 光—化—电过程 色觉理论主要有两种 三原色学说（Yong-Helmholtz） 三种视色素，对光的影响峰值分别在红、绿、蓝区，综合后形成色觉信息。 Hering假说 三对视色素(白-黑，红-绿，黄-蓝)，它们的组合响应产生色觉信息 马赫带效应 同时对比效应 2、色度学 3个基本颜色——红（R, red）、绿(G, green)和蓝( B, blue) 国际照明委员会（CIE），1931年规定3种基本色的波长为R:700nm, G:546.1nm, B:435.8nm。 三色系统 颜色特征 区分颜色通常用3种基本特性： 辉度（又常用亮度、明度） 色调 饱和度。 色调和饱和度合起来称为色度。颜色可以用辉度和色度共同表示 坐标系 彩色匹配规则： 任何彩色可以用不多于三个基色配成； 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个分量； 在某一亮度等级上的彩色匹配可适用于较宽的亮度范围； 彩色相加定律：若一彩色C1与彩色C2相匹配（同样彩色感觉），而彩色C’1与彩色C’2相混合的彩色匹配，可以如下表示： [C1]=[ C2]，即C1彩色与C2彩色相匹配； ?1[C1]+?2 [ C2]，即一混合色包含?1份的[C1]和?2份的[C2]。 彩色相加定律表示为： 若 [C1]=[C2]， [C’1]=[C’2