数字图像处理－图像和视觉基础.ppt

数字图像处理(Digital Image Processing） 数字图像处理与模式识别研究所 山东科技大学信电学院 第二章 图像和视觉基础 2.1 光的特性 2.2 视觉系统 2.3 颜色 2.3.1 CIE色度图 2.3.2 常用颜色模型 2.4 图像的表示 经过数字化过程（采样、量化）得到矩阵 上面式子所表示的图像是多种多样的，要想对图像信息进行明确地分类也并非容易。只能就图像处理中常见的图像信息加以简单地分类。 在数字图像处理中所涉及到的是一些最普通类型的图像。它们的突出特点是都具有特殊的统计特性，并且有专门的应用。从这个基点出发可做如下比较明快的分类：TV型的自然风景，这是一种常见的图像；空间摄影照片和地球资源探测图片，这类图像构图不明显；电子显微镜照片和标准显微镜照片，这是一类在冶金学、医学及石油探测等都很感兴趣的一类照片；文本，这是指一些打印、印刷或手写的记号图像；图样，它们通常就是简单地由线段和图形构成的单色二值图像；专用图像，这一类图像大多是用特殊技术得到的图像，例如，X射线照片、红外热象、超声波图像等等。 2.4.2 数字图像的表示 一般的图像（即模拟图像）是不能直接用数字计算机来处理的。为使图像能在数字计算机内进行处理，首先必须将各类图像（如照片，图形，X光照片等等）转化为数字图像。 所谓将图像转化为数字图像或图像数字化，就是把图像分割成如图所示的称为象素的小区域．每个象素的亮度或灰度值用一个整数来表示。 把图像分割成象素的方法可以是多种多样的，如图所示。即每个象素所占小区域可以是正方形的，六角形的或三角形的。与之相对应的象素所构成的点阵则分别为正方形网格点阵、正三角形网格与正六角形点阵。上述各象素分割方案中，正方形网格点阵是实际常用的。 对一个正方形点阵，若任一象素沿水平与垂直方向上与相邻象素间距为1，则该象素沿斜线方向上的间距为 * * 2.1 光的特性 光是一种电磁波。在电磁波谱中，可见光仅占很窄的一个波谱范围。其波长在0.38～0.76?m之间。下图(a)示出电磁波谱的大致划分。可见光的低频率端是红色，高频率段是紫色。从高频到低频的光谱颜色的变化分别是紫、蓝、青、绿、黄、橙、红，如图(b)所示。 太阳或灯泡等光源发射可见光谱中的全部频率而产生白色光。当白色光投射到一个物体上时，某些频率被反射，某些则被物体吸收了。在反射光中混合的频率确定了我们所感受到的物体的颜色。如果在反射光中以低频率为主，则物体呈现红色，此时，我们可以说光主要含有光谱中红色端的频率。 除了频率以外，描述光的各种性质还需要另一些特征。在观察光源时，我们的眼睛对颜色（或主频率）和另外两个基本的感觉作出反应。其中之一是亮度,即感受到的光明度。第二个感受的特征是光的纯度或饱和度。这三种特征：主频率、明度和纯度通常用来描述光源的不同性质。通常用色度说明纯度和主频率这两种颜色特征。 另外，人的眼睛只能看到可见光部分，但就目前科技水平看，能够成像的并不仅仅是可见光。一般来说可见光的波长为0.38～0.76μm，而迄今为止人类发现可成像的射线已有多种，如： γ射线：0.003～0.03nm； X射线：0.03～3nm； 紫外线：3～300nm； 红外线：0.8～300μm； 微波：0.3～100cm。 这些射线均可以成像。利用图像处理技术把这些不可见射线所成图像加以处理并转换成可见图像，实际上大大延伸了人类视觉器官的功能，扩大了人类认识客观世界的能力。 2.2 视觉系统 眼睛中的光接受器主要是视网膜中的视觉细胞。有两种类型的视觉细胞，分别称为锥状体和杆状体。锥状体只有在光线明亮的情况下才起作用，它具有辨别光波波长的作用，因此对颜色非常敏感。每个眼睛的锥状体大约有700万个。杆状体比锥状体的灵敏度高，在较暗的光线下就能起作用，但是它没有辨别颜色的能力，又叫夜视觉，所以黑暗中看到的东西没有颜色，其数量大约有1亿三千万个。 当眼睛接受到的光包含所有可见光信号，且其强度大体相近时，人们感觉到的是没有颜色的白光。在光源为白光的照射下，若物体能反射80%以上的入射光，则看上去是白色的。若反射光小于3%，物体看上去是黑色的，中间值对应不同程度的灰色。为了表示方便，光强度可以规一化到0～1之间，0对应黑色，1对应白色，中间值对应灰色。 光能本身是无颜色的，颜色是人们眼睛感知光后产生的生理和心理现象。眼睛对光的感觉称为光觉，对颜色的感觉称为色觉，这是