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第二章视觉模型和图像基础

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CHAPTER2VISUALMODEL

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§1图像生成原理

§2视觉模型

§3图像基础

§2.1图像生成原理

物体图像是可见光刺激人的视网膜引起的视觉感受；

人眼结构：视网膜表面分布着许多光接受细胞；分为锥细胞和柱细胞两大类。

锥细胞：约700万个，对颜色很敏感，锥细胞视觉称为明视觉或亮光视觉；

柱细胞：约1亿4000万个，分辨率比较低，对低照度较敏感，它们不感受颜色，主要提供视野的整体视像，柱细胞视觉称为暗视觉或微光视觉；

视网膜中心可看作1.5mm*1.5mm的方形传感器矩阵；（模拟人眼）

原理包括：光的物理过程、人对视觉刺激的反应两方面；

光源的辐射度量光度学、色度学

§2.1.1光源的辐射度量

一、可见光

1.波长：波长从350nm（毫微米）-780nm。

人由可见光而引起视觉，看到图像，感受到大千世界。

2.光函数：用光函数c（x,y,t,）表示可见光，为一连续函数。

x,y为空间分布（坐标）；

t为时间分布；

为波长；

即图像源是能量在空间和时间上的分布；

3.人眼及各种传感器接受到的图像信息为：

Fi（x,y,t）=∫c（x,y,t,）Si（）d

第i个传感器的输出第i个传感器的光谱特性

不同的传感器对不同的波段敏感，多种传感器可以综合采集得到同一景物在不同波谱上辐射能量所成的像。

二、光源的辐射特性—辐射强度

光辐射的能源可用r（）表示，

能谱分布r（）：辐射源在单位时间内在每一波长间隔上所辐射的能量；

辐射功率P=∫r（）d，亦称辐射通量或辐射量，单位为瓦。

光通量：光源以电磁波的形式辐射出的光功率称为光通量；

单位为流明lm。

辐照度（照度）：照射在单位面积上的光通量；单位为勒lx。

是光源对物体辐射的一种度量。

图像一般是对目标上的照度成分i和反射成分r进行度量得出的；

即f（x,y）=i（x,y）*r（x,y）；f（x,y）为图像在该点的灰度值；

§2.1.2光度学

光度学：定量描述可见光波能量引起的主观亮度（感知明亮度）。

一、视见函数（）：描述视网膜在光能量刺激下对不同波长光线的敏感性。即人眼光谱响应的特性。

（）采用间接比较法测量获得，等价于传感器函数；

二、主观视觉强度（亮度）

F（x,y,t）=∫c（x,y,t,）（）d

图像是一个2D亮度函数。

§2.1.3色度学

色度学是定量测量彩色的科学。

彩色与（1）照明源的辐射能量的分布及（2）观察者的视觉感觉有关；

彩色的心理感觉：主观亮度Brightness、色调Hue、饱和度Saturation

一、三基色学说

R、G、B三基色可组成任何色彩；

国际照明技术委员会CIE规定：R的波长是700nm；G的波长是546.1nm；B的波长是435.8nm；

§2.1.3色度学（续1）

二、三刺激理论

1.加性彩色系统（RGB分别用8Bit表示时，颜色）

三基色逐步相加，RGB从（0,0,0）-（255,255,255）即从黑色（0,0,0）到白色（255,255,255）共计2的24次方幂种颜色。

适合于计算机处理。

2.减性彩色系统（CMYK减色法）

白色相继通过青色Cyan、洋红Magenta和黄色Yellow滤色器后所出现的彩色；

三种CMY未经滤色镜时是黑色（K），全部过滤掉后呈白色；

CMYK主要用于印刷行业。采用四种色板实现彩色印刷。

§2.1.3色度学（续2）

三、Lab模式

L表示亮度（Lightness）、范围0-100；

a是由绿到红的光谱变化，-120-120；

b是由蓝到黄的光谱变化，-120-120

Lab模式色彩范围最广，采