第2章圖像視覺基礎(chǔ)及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

1、 2.12.1光度學(xué)及色度學(xué)原理光度學(xué)及色度學(xué)原理 1.1.色彩的基本屬性色彩的基本屬性 色彩是光的物理屬性和人眼的視覺屬性的綜合色彩是光的物理屬性和人眼的視覺屬性的綜合反映。反映。人眼對(duì)發(fā)光體或不發(fā)光體的色彩感覺，分別人眼對(duì)發(fā)光體或不發(fā)光體的色彩感覺，分別是因?yàn)椴煌庾V波長的輻射光或反射光刺激人眼視是因?yàn)椴煌庾V波長的輻射光或反射光刺激人眼視網(wǎng)膜內(nèi)的感受器（視色素）使之興奮的結(jié)果。網(wǎng)膜內(nèi)的感受器（視色素）使之興奮的結(jié)果。 色彩具有三個(gè)基本屬性：色調(diào)、飽和度和亮度。色彩具有三個(gè)基本屬性：色調(diào)、飽和度和亮度。u色調(diào)色調(diào)是與混合光譜中主要光波長相聯(lián)系的。是與混合光譜中主要光波長相聯(lián)系的。 （紅、綠

2、、藍(lán)）（紅、綠、藍(lán)）u飽和度飽和度表示顏色的深淺程度，與一定色調(diào)的純度表示顏色的深淺程度，與一定色調(diào)的純度有關(guān)，純光譜色是完全飽和的，隨著白光的加入飽有關(guān)，純光譜色是完全飽和的，隨著白光的加入飽和度逐漸減少。（如深紅、淺紅等）和度逐漸減少。（如深紅、淺紅等）u亮度亮度與物體的反射率成正比。顏色中摻入白色越與物體的反射率成正比。顏色中摻入白色越多就越明亮，摻入黑色越多亮度越小。多就越明亮，摻入黑色越多亮度越小。2.顏色視覺顏色視覺（1）顏色的基礎(chǔ)知識(shí)）顏色的基礎(chǔ)知識(shí)不同頻率的電磁波。人的腦和眼將不同頻率的電磁波。人的腦和眼將不同頻率的電磁波感知為不同的顏色。不同頻率的電磁波感知為不同的顏色。 人

3、感受到的不透明物體顏色主要取決于反射人感受到的不透明物體顏色主要取決于反射光的特性，如果物體比較均衡的反射各種光譜，光的特性，如果物體比較均衡的反射各種光譜，則人看到的物體是白色的；如果物體對(duì)某些光譜則人看到的物體是白色的；如果物體對(duì)某些光譜反射的較多，則人看到的物體就呈現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的顏反射的較多，則人看到的物體就呈現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的顏色。色。顏色可分為無彩色和有彩色兩大類。顏色可分為無彩色和有彩色兩大類。無彩色：無彩色：白色、黑色和各種深淺程度不同的灰色。白色、黑色和各種深淺程度不同的灰色。彩色：彩色：除去黑白系列以外的各種顏色。除去黑白系列以外的各種顏色。 三三基基色色： 實(shí)驗(yàn)證明，任何色彩都可以由不

4、同比例的三實(shí)驗(yàn)證明，任何色彩都可以由不同比例的三種獨(dú)立的基本彩色型混合而得到。這三種相互獨(dú)種獨(dú)立的基本彩色型混合而得到。這三種相互獨(dú)立的彩色稱為三基色。立的彩色稱為三基色。 相加混合法的三基色是：相加混合法的三基色是：紅、紅、綠、綠、藍(lán)藍(lán)，它們之間，它們之間的任意一組混合都可以得到一種新的彩色。的任意一組混合都可以得到一種新的彩色。光的三原色光的三原色印刷三原色印刷三原色：任何顏色都可以用種不同的基本顏：任何顏色都可以用種不同的基本顏 色按不同的比例混合得到。色按不同的比例混合得到。：國際照明委員會(huì)：國際照明委員會(huì)(CIE)規(guī)定：規(guī)定：紅色紅色(R)：波長為：波長為700nm；綠色綠色(G)：

5、波長為：波長為546.1nm；藍(lán)色藍(lán)色(B)：波長為：波長為435.8nm。紅綠藍(lán)三原色按照比例混合可以得到各種顏色，紅綠藍(lán)三原色按照比例混合可以得到各種顏色，為為三三原原色色的的權(quán)權(quán)值值。代代表表藍(lán)藍(lán)色色，代代表表綠綠色色，代代表表紅紅色色，為為任任意意顏顏色色，其其中中，cbaGRCcbacBbGaRC,0, （2）顏色模型：）顏色模型： 所有顏色都可以看作所有顏色都可以看作3個(gè)基本顏色：紅個(gè)基本顏色：紅(R)、綠、綠(G)、藍(lán)藍(lán)(B)的不同組合。的不同組合。 （i）RGB模型模型RGB模型面向彩色模型面向彩色顯示器或打印機(jī)等設(shè)備。顯示器或打印機(jī)等設(shè)備。RGBRGB彩色立方體彩色立方體B(

6、0,0,1)白白灰灰黑黑GR(1,0,0)(0,1,0)0藍(lán)藍(lán)綠綠紅紅亮度亮度色調(diào)色調(diào)飽和度飽和度HSI模型的特點(diǎn)：模型的特點(diǎn)：（1）亮度（）亮度（I）分量與圖像的彩色信息無關(guān)；反）分量與圖像的彩色信息無關(guān)；反映物體的明暗程度；映物體的明暗程度；（2）色調(diào)（）色調(diào)（H）和飽和度（）和飽和度（S）分量與人感受顏）分量與人感受顏色的方式緊密相連。色的方式緊密相連。 適用：適用： 借助人的視覺系統(tǒng)來感知彩色特性的圖像處借助人的視覺系統(tǒng)來感知彩色特性的圖像處理算法，面向以彩色處理為目的的應(yīng)用，如：動(dòng)理算法，面向以彩色處理為目的的應(yīng)用，如：動(dòng)畫中的彩色圖形。畫中的彩色圖形。 212)()(2)()(ar

7、ccos),min(31)(31BGBRGRBRGRHBGRBGRSBGRI （3 3）RGBRGB模型與模型與HSIHSI模型之間轉(zhuǎn)換模型之間轉(zhuǎn)換 （i i）從）從RGBRGB轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到HSIHSI色度用色度用H H表示，飽和度用表示，飽和度用S S表示，亮度用表示，亮度用I I表示。表示。 （iiii）從）從HSIHSI轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到RGBRGB分分3 3段：段： 當(dāng)當(dāng)H在在0，120之間：之間：RBIGHHSIRSIB 3)60cos(cos1)1(當(dāng)當(dāng)H在在120,240之間：之間：GRIBHSIGSIR 3H)cos(180)120cos(1)1(當(dāng)當(dāng)H在在240,360之間：之間：

8、)(3)300cos()240cos(1)1(BGIRHHSIBSIG1.亮度和顏色感覺的視覺特性亮度和顏色感覺的視覺特性u(píng)刺激強(qiáng)度與感覺的關(guān)系：刺激強(qiáng)度與感覺的關(guān)系： 人眼的視覺效果是由可見光刺激人眼引起的。人眼的視覺效果是由可見光刺激人眼引起的。如果光的輻射功率相同而波長不同，則引起的視如果光的輻射功率相同而波長不同，則引起的視覺效果也不同。例：在等能量分布的光譜中，人覺效果也不同。例：在等能量分布的光譜中，人眼感覺最暗的是紅色，其次是藍(lán)色和紫色，最亮眼感覺最暗的是紅色，其次是藍(lán)色和紫色，最亮的是黃綠色。的是黃綠色。相對(duì)視敏函數(shù)：相對(duì)視敏函數(shù)： 反映人眼對(duì)不同波長的光的敏感程度。反映人眼對(duì)

9、不同波長的光的敏感程度。當(dāng)光的輻射功率相同時(shí)，波長當(dāng)光的輻射功率相同時(shí)，波長為為555nm的黃綠光的黃綠光的主觀感覺最亮。的主觀感覺最亮。以視敏度以視敏度K（555）為基礎(chǔ)，把任意波長為）為基礎(chǔ)，把任意波長為的光的光的主觀感覺亮度稱為波長的主觀感覺亮度稱為波長的光的視敏度的光的視敏度K()。因。因此，此，任意波長光的相對(duì)視敏度函數(shù)任意波長光的相對(duì)視敏度函數(shù)（相對(duì)視敏度）。（相對(duì)視敏度）。即為：即為：)555()()(KKV u亮度適應(yīng)和顏色適應(yīng)：亮度適應(yīng)和顏色適應(yīng)：人的視覺系統(tǒng)能適應(yīng)的亮度范圍是很大的人的視覺系統(tǒng)能適應(yīng)的亮度范圍是很大的(1010量級(jí)），但是人眼并不能同時(shí)感受很寬的亮度范圍；量

10、級(jí)），但是人眼并不能同時(shí)感受很寬的亮度范圍；客觀亮度相同時(shí)，當(dāng)背景亮度不同時(shí)，主觀感受的客觀亮度相同時(shí)，當(dāng)背景亮度不同時(shí)，主觀感受的亮度也不同。亮度也不同。亮度適應(yīng)性：亮度適應(yīng)性：在外界光線的亮度發(fā)生變化時(shí)，人眼在外界光線的亮度發(fā)生變化時(shí)，人眼的感受性也會(huì)發(fā)生變化。從明亮處到昏暗處的視覺的感受性也會(huì)發(fā)生變化。從明亮處到昏暗處的視覺適應(yīng)性稱為適應(yīng)性稱為暗適應(yīng)性暗適應(yīng)性；從暗環(huán)境到明環(huán)境適應(yīng)性為；從暗環(huán)境到明環(huán)境適應(yīng)性為亮適應(yīng)性。亮適應(yīng)性。u亮度對(duì)比和顏色對(duì)比：亮度對(duì)比和顏色對(duì)比： 視覺的主觀亮度取決于視野中心（目標(biāo)）與周圍視覺的主觀亮度取決于視野中心（目標(biāo)）與周圍環(huán)境之間光照的相對(duì)強(qiáng)度。環(huán)境之間

11、光照的相對(duì)強(qiáng)度。（1）馬赫帶效應(yīng)）馬赫帶效應(yīng)馬赫帶馬赫帶：在視覺圖像的明暗過渡帶的兩側(cè)看到的亮：在視覺圖像的明暗過渡帶的兩側(cè)看到的亮 帶與暗帶。帶與暗帶。（2 2）同時(shí)對(duì)比度現(xiàn)象）同時(shí)對(duì)比度現(xiàn)象 此現(xiàn)象表明人眼對(duì)某個(gè)區(qū)域感覺到的亮度不僅此現(xiàn)象表明人眼對(duì)某個(gè)區(qū)域感覺到的亮度不僅僅依賴它的強(qiáng)度，而與環(huán)境亮度有關(guān)。僅依賴它的強(qiáng)度，而與環(huán)境亮度有關(guān)。同時(shí)對(duì)比度示例圖同時(shí)對(duì)比度示例圖馬赫帶效應(yīng)：馬赫帶效應(yīng)：基于視覺系統(tǒng)有趨向于過高或過低基于視覺系統(tǒng)有趨向于過高或過低估計(jì)不同亮度區(qū)域邊界值的現(xiàn)象（如圖）。估計(jì)不同亮度區(qū)域邊界值的現(xiàn)象（如圖）。2.視覺的空間性質(zhì)視覺的空間性質(zhì)p視覺的空間頻率特性：視覺的空間

12、頻率特性： 空間頻率是指視像空間變化的快慢。明亮的空間頻率是指視像空間變化的快慢。明亮的圖像（清晰明快的畫面）意味著有大量的高頻空?qǐng)D像（清晰明快的畫面）意味著有大量的高頻空間成分；模糊的圖像只有低頻空間成分。間成分；模糊的圖像只有低頻空間成分。3.視覺的時(shí)間特性視覺的時(shí)間特性 使視覺圖像建立起來是需要時(shí)間的，而視覺圖使視覺圖像建立起來是需要時(shí)間的，而視覺圖像建立起來之后，即使把目標(biāo)圖像拿走，視覺反應(yīng)像建立起來之后，即使把目標(biāo)圖像拿走，視覺反應(yīng)也要持續(xù)一段時(shí)間。因此而產(chǎn)生視覺的運(yùn)動(dòng)感覺。也要持續(xù)一段時(shí)間。因此而產(chǎn)生視覺的運(yùn)動(dòng)感覺。運(yùn)動(dòng)感覺：運(yùn)動(dòng)感覺：視覺的運(yùn)動(dòng)感覺與人對(duì)刺激信號(hào)的反視覺的運(yùn)動(dòng)感覺

13、與人對(duì)刺激信號(hào)的反應(yīng)有關(guān)。刺激信號(hào)的出現(xiàn)與消失或改變都影響反應(yīng)有關(guān)。刺激信號(hào)的出現(xiàn)與消失或改變都影響反應(yīng)時(shí)間。應(yīng)時(shí)間。光消失反應(yīng)比光出現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間短；光強(qiáng)光消失反應(yīng)比光出現(xiàn)反應(yīng)時(shí)間短；光強(qiáng)度增加比光強(qiáng)度減弱時(shí)間長。度增加比光強(qiáng)度減弱時(shí)間長。p視覺運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（習(xí)慣）：視覺運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（習(xí)慣）： 人眼的水平運(yùn)動(dòng)比垂直運(yùn)動(dòng)快，更易跟蹤水平人眼的水平運(yùn)動(dòng)比垂直運(yùn)動(dòng)快，更易跟蹤水平運(yùn)動(dòng)的物體；運(yùn)動(dòng)的物體；看圓形的畫面總是習(xí)慣沿順時(shí)針方向看，所以看圓形的畫面總是習(xí)慣沿順時(shí)針方向看，所以對(duì)順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)的物體的反應(yīng)較逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)物對(duì)順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)的物體的反應(yīng)較逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)物體快；體快；在偏離距離相同的情況下，人眼對(duì)

14、視野中四個(gè)象在偏離距離相同的情況下，人眼對(duì)視野中四個(gè)象限的觀察率依次為：左上、右上、左下、右下；限的觀察率依次為：左上、右上、左下、右下；視線習(xí)慣于從左到右和視線習(xí)慣于從左到右和 從上到下看等。從上到下看等。4.主觀輪廓和空間錯(cuò)覺主觀輪廓和空間錯(cuò)覺主觀輪廓：主觀輪廓：指實(shí)際上并不存在、只是主觀上認(rèn)為指實(shí)際上并不存在、只是主觀上認(rèn)為存在的某景物的輪廓線。它是從整個(gè)圖形數(shù)據(jù)得存在的某景物的輪廓線。它是從整個(gè)圖形數(shù)據(jù)得到的概念（如圖）。到的概念（如圖）。主觀輪廓視覺效果圖主觀輪廓視覺效果圖 空間錯(cuò)覺：空間錯(cuò)覺： 物體的整體物體的整體面貌和結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈面貌和結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈地影響著人們對(duì)地影響著人們對(duì)它的感知。通

15、常它的感知。通常有兩類：基于形有兩類：基于形狀和方向；基于狀和方向；基于長度和面積。長度和面積。兩條紅線是否一樣長兩條紅線是否一樣長?大個(gè)子在追小個(gè)子大個(gè)子在追小個(gè)子?1.請(qǐng)解釋馬赫帶效應(yīng)，馬赫帶效應(yīng)和同時(shí)對(duì)比度反請(qǐng)解釋馬赫帶效應(yīng)，馬赫帶效應(yīng)和同時(shí)對(duì)比度反映了什么共同的問題映了什么共同的問題? 它們都反映了人類視覺感知的主觀亮度并不是它們都反映了人類視覺感知的主觀亮度并不是物體表面照度的簡(jiǎn)單函數(shù)。物體表面照度的簡(jiǎn)單函數(shù)。2. 色彩具有那幾個(gè)基本屬性？描述這些基本屬性色彩具有那幾個(gè)基本屬性？描述這些基本屬性的含義。的含義。3.什么是視覺的空間頻率特性？什么是視覺的時(shí)間什么是視覺的空間頻率特性？什

16、么是視覺的時(shí)間特性？特性？4.顏色模型有哪幾種？顏色模型有哪幾種？思思 考考 題題: :則則此此系系統(tǒng)統(tǒng)為為線線性性系系統(tǒng)統(tǒng)。和和齊齊次次性性，即即：當(dāng)當(dāng)且且僅僅當(dāng)當(dāng)它它具具有有疊疊加加性性即即，產(chǎn)產(chǎn)生生輸輸出出設(shè)設(shè)某某一一系系統(tǒng)統(tǒng)，輸輸入入)()()()(,2, 1),()()()(22112211tgatgatfatfaitgtftgtfiiii 線性系統(tǒng)具有疊加性。線性系統(tǒng)具有疊加性。稱稱為為移移不不變變系系統(tǒng)統(tǒng)。則則系系統(tǒng)統(tǒng)具具有有移移不不變變性性或或同同樣樣長長度度，即即輸輸出出信信號(hào)號(hào)變變量量也也平平移移，若若沿沿坐坐標(biāo)標(biāo)軸軸平平移移將將輸輸入入信信號(hào)號(hào)變變量量有有設(shè)設(shè)對(duì)對(duì)某某線線

17、性性系系統(tǒng)統(tǒng)),()()()(,TtgTtfTttgtf 統(tǒng)統(tǒng)。則則系系統(tǒng)統(tǒng)為為線線性性移移不不變變系系若若系系統(tǒng)統(tǒng)滿滿足足以以下下關(guān)關(guān)系系：)()()()(22112211TtgaTtgaTtfaTtfa dthfthtftg)()()()()( 2.2.卷積性質(zhì)：卷積性質(zhì)：（1）交換率：）交換率：（2）結(jié)合律：）結(jié)合律：（3）分配律：）分配律：（4）求導(dǎo)：）求導(dǎo)：gfgfgfdtdhfgfhgfhgfhgffggf )()()( gfdtgfdtgdtdfdtgfdtdgfdtdgfgfgfdtd )()()()()()(證證明明： gfdgtfdgtfdtddgtfdtdgfdtd )(

18、)()()()()( jjihjfihifig)()()()()(4.4.濾波濾波 數(shù)學(xué)上的卷積運(yùn)算在信號(hào)處理和圖像處理中被稱為數(shù)學(xué)上的卷積運(yùn)算在信號(hào)處理和圖像處理中被稱為濾波。濾波。 這樣，線性移不變系統(tǒng)的輸出可以通過輸入信號(hào)與一這樣，線性移不變系統(tǒng)的輸出可以通過輸入信號(hào)與一表征系統(tǒng)特性的函數(shù)表征系統(tǒng)特性的函數(shù) 的卷積得到。的卷積得到。 )()()()()()()(thtfdthfdthftg 系統(tǒng)中的沖激響應(yīng)系統(tǒng)中的沖激響應(yīng))(th)(th2.3.3 二維線性系統(tǒng)二維線性系統(tǒng)1.1.空間不變的線性系統(tǒng)空間不變的線性系統(tǒng)設(shè)某系統(tǒng)，若輸入設(shè)某系統(tǒng)，若輸入),(yxfi),(yxgi產(chǎn)生輸出產(chǎn)生

19、輸出即：即：),(),(yxgyxfii), 2 , 1( i或用空間矢量記為：或用空間矢量記為：)()(rgrfii),2,1( i)()()()(22112211rgargarfarfa 當(dāng)它具有以下性質(zhì)時(shí)，當(dāng)它具有以下性質(zhì)時(shí)，則稱該系統(tǒng)為二維線性系統(tǒng)。則稱該系統(tǒng)為二維線性系統(tǒng)。)()(rgrf對(duì)于二維線性系統(tǒng)：對(duì)于二維線性系統(tǒng)：)()(00rrgrrf ),(),(0000yyxxgyyxxf 若若即即則稱該系統(tǒng)為空間不變的線性系統(tǒng)。則稱該系統(tǒng)為空間不變的線性系統(tǒng)。 dudyuxhufyxhyxfyxg),(),(),(),(),( mnnjmihnmfjig),(),(),(離散二維卷

20、積形式為：離散二維卷積形式為：2.2.二維線性系統(tǒng)的算子描述二維線性系統(tǒng)的算子描述 二維線性系統(tǒng)常用的算子：梯度算子（一階微分二維線性系統(tǒng)常用的算子：梯度算子（一階微分算子）包括羅伯特算子（算子）包括羅伯特算子（RobertRobert）、索貝爾算子）、索貝爾算子（SobelSobel）、浦瑞維特算子（）、浦瑞維特算子（PrewittPrewitt）等。）等。 為為采采樣樣列列數(shù)數(shù)。為為采采樣樣行行數(shù)數(shù)，其其中中，矩矩陣陣，這這是是一一個(gè)個(gè)數(shù)數(shù)字字圖圖像像NMNnMmNMG(m,n),1 ,1, ),(,),(,),1 , 1 ()(NMgjiggPGP),(jig式中：式中：為不同平面上的像

21、素。為不同平面上的像素。yyy F(r,Gi)xxxGiG2G1r為為圖圖像像的的總總像像素素?cái)?shù)數(shù)。的的像像素素?cái)?shù)數(shù)，為為圖圖像像中中灰灰度度為為其其中中頻頻率率計(jì)計(jì)算算公公式式為為：ninnniii Vii（iiii）用閾值面積表示）用閾值面積表示 一幅連續(xù)圖像中被具有灰度級(jí)一幅連續(xù)圖像中被具有灰度級(jí)D D的所有輪廓線所的所有輪廓線所包圍的面積，稱為它的閾值面積函數(shù)包圍的面積，稱為它的閾值面積函數(shù)A(D)A(D)。)()()(lim)(0DAdDdDDDADADHD ),(yxD2A1A2DD DDD 121DD 2.2.直方圖的性質(zhì)直方圖的性質(zhì)（1）灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而

22、不）灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像的位置，即能反映圖像的位置，即失去了像素的位置信息失去了像素的位置信息。（2）一幅圖像對(duì)應(yīng)）一幅圖像對(duì)應(yīng)唯一唯一的灰度直方圖，反之不成立。的灰度直方圖，反之不成立。 不同的圖像可對(duì)應(yīng)相同的直方圖。不同的圖像可對(duì)應(yīng)相同的直方圖。)()()(21iHiHiH直直方方圖圖區(qū)區(qū)域域直直方方圖圖區(qū)區(qū)域域全全圖圖像像直直方方圖圖 I（3）一幅圖像分成多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的直方圖之和）一幅圖像分成多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的直方圖之和即為整個(gè)圖像的直方圖。即為整個(gè)圖像的直方圖。IIIII0255（a）恰當(dāng)量化）恰當(dāng)量化充分利用了允許的灰度范圍。充分利用了允許的灰

23、度范圍。（b）未能有效利用動(dòng)態(tài)范圍（少于）未能有效利用動(dòng)態(tài)范圍（少于256）S、E部分部分未有效利用未有效利用255S0E灰度級(jí)數(shù)少于灰度級(jí)數(shù)少于256，對(duì)比度減小，對(duì)比度減小，丟失的信息將不能恢復(fù)，除非重丟失的信息將不能恢復(fù)，除非重新量化。新量化。（c c）超過了動(dòng)態(tài)范圍）超過了動(dòng)態(tài)范圍E0S255超出數(shù)字化器所能處理的范圍，超出數(shù)字化器所能處理的范圍，超出部分被置為超出部分被置為0或或256，亮度，亮度差別消失，信息丟失。差別消失，信息丟失。 ，10),(yxgTyxfTyxf ),(),(選擇谷值（選擇谷值（T）作為灰度閾）作為灰度閾值得到物體邊界值得到物體邊界0T255背景背景物體物體

24、頻率頻率灰度灰度2.3.6 數(shù)字圖像顯示數(shù)字圖像顯示1.數(shù)字圖像的屏幕顯示數(shù)字圖像的屏幕顯示u幀緩存：幀緩存： 在計(jì)算機(jī)中設(shè)有專用于存儲(chǔ)圖像信息的在計(jì)算機(jī)中設(shè)有專用于存儲(chǔ)圖像信息的幀緩沖存儲(chǔ)幀緩沖存儲(chǔ)器器，計(jì)算機(jī)時(shí)時(shí)監(jiān)控這個(gè)存儲(chǔ)器，如果存儲(chǔ)器內(nèi)被填充，計(jì)算機(jī)時(shí)時(shí)監(jiān)控這個(gè)存儲(chǔ)器，如果存儲(chǔ)器內(nèi)被填充圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)地由光柵掃描方式映射到屏圖像數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)地由光柵掃描方式映射到屏幕上，形成圖像。幕上，形成圖像。 幀緩沖器中的每一位對(duì)應(yīng)于屏幕上的一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)一幀緩沖器中的每一位對(duì)應(yīng)于屏幕上的一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)位上的個(gè)位上的數(shù)據(jù)被置為數(shù)據(jù)被置為1時(shí)時(shí)，屏幕上的對(duì)應(yīng)位置上就會(huì)出，屏幕上的對(duì)應(yīng)位置

25、上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)亮點(diǎn)，而當(dāng)位上的，而當(dāng)位上的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)為0時(shí)時(shí)，屏幕上的對(duì)應(yīng)位，屏幕上的對(duì)應(yīng)位置就是一個(gè)置就是一個(gè)暗點(diǎn)暗點(diǎn)。計(jì)算機(jī)被啟動(dòng)時(shí)，幀緩沖存儲(chǔ)器所有的位上都自動(dòng)計(jì)算機(jī)被啟動(dòng)時(shí)，幀緩沖存儲(chǔ)器所有的位上都自動(dòng)地被置為地被置為0，只有當(dāng)輸入圖象或圖形數(shù)據(jù)后，幀緩沖，只有當(dāng)輸入圖象或圖形數(shù)據(jù)后，幀緩沖存儲(chǔ)器中的某些位才被置為存儲(chǔ)器中的某些位才被置為1。u位平面：位平面： 顯示一幅二值圖像需要的幀緩存容量被稱為一個(gè)顯示一幅二值圖像需要的幀緩存容量被稱為一個(gè)位平面。（每個(gè)像素占用位平面。（每個(gè)像素占用1位）。位）。每一個(gè)像素上的數(shù)據(jù)在幀緩存上是以位（每一個(gè)像素上的數(shù)據(jù)在幀緩存上是以位（bi

26、t）為單位描述的，而計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)輸入輸出都是以為單位描述的，而計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)輸入輸出都是以字節(jié)（字節(jié)（byte）為單位的，因此，圖像數(shù)據(jù)中的每一）為單位的，因此，圖像數(shù)據(jù)中的每一個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)著畫面上橫向排列的個(gè)字節(jié)對(duì)應(yīng)著畫面上橫向排列的8個(gè)像素。個(gè)像素。2.數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示 決定圖像顯示系統(tǒng)質(zhì)量的最重要的顯示特性是圖像決定圖像顯示系統(tǒng)質(zhì)量的最重要的顯示特性是圖像的大小、光度分辨率、低頻響應(yīng)、高頻響應(yīng)、點(diǎn)間距的大小、光度分辨率、低頻響應(yīng)、高頻響應(yīng)、點(diǎn)間距和噪聲特性。和噪聲特性。1.顯示圖像的大小顯示圖像的大小 系統(tǒng)顯示圖像大小的能力包括兩部分。系統(tǒng)顯示圖像大小的能力包括兩部分。第一是

27、顯示器自身的第一是顯示器自身的物理尺寸物理尺寸，它應(yīng)該足夠大，能方便，它應(yīng)該足夠大，能方便的觀察和理解所顯示的圖像。的觀察和理解所顯示的圖像。第二是顯示系統(tǒng)能處理的最大第二是顯示系統(tǒng)能處理的最大數(shù)字圖像的大小數(shù)字圖像的大小。顯示器。顯示器必須與待顯示的最大圖像的必須與待顯示的最大圖像的行數(shù)行數(shù)和每行和每行像素?cái)?shù)像素?cái)?shù)相適應(yīng)。相適應(yīng)。2.光度分辨率光度分辨率 系統(tǒng)在每個(gè)像素位置產(chǎn)生正確的系統(tǒng)在每個(gè)像素位置產(chǎn)生正確的亮度或光密度的精度。特別是系統(tǒng)亮度或光密度的精度。特別是系統(tǒng)能產(chǎn)生的能產(chǎn)生的離散灰度級(jí)數(shù)目。離散灰度級(jí)數(shù)目。3.低頻響應(yīng)低頻響應(yīng) 顯示系統(tǒng)再現(xiàn)大塊灰度級(jí)即顯示系統(tǒng)再現(xiàn)大塊灰度級(jí)即平坦區(qū)

28、域平坦區(qū)域的能力。希望的能力。希望平坦區(qū)域以平坦區(qū)域以均勻一致均勻一致的亮度顯示出來。的亮度顯示出來。4.高頻響應(yīng)高頻響應(yīng) 圖像中的高頻通常反映圖像的圖像中的高頻通常反映圖像的邊緣邊緣，一個(gè)顯示系，一個(gè)顯示系統(tǒng)再現(xiàn)直線圖案的好壞反映了其顯示圖像統(tǒng)再現(xiàn)直線圖案的好壞反映了其顯示圖像細(xì)節(jié)細(xì)節(jié)的能力的能力 。 5.點(diǎn)間距的選擇點(diǎn)間距的選擇 顯示點(diǎn)間距越小，均勻區(qū)域的平坦性越好；而顯示點(diǎn)間距越小，均勻區(qū)域的平坦性越好；而點(diǎn)間距越大越能更好的再現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)的對(duì)比。點(diǎn)間距越大越能更好的再現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)的對(duì)比。6.噪聲噪聲 顯示系統(tǒng)的電子噪聲會(huì)引起顯示點(diǎn)亮度與位置兩方顯示系統(tǒng)的電子噪聲會(huì)引起顯示點(diǎn)亮度與位置兩方面

29、的變化，即面的變化，即幅值噪聲幅值噪聲和和位置噪聲位置噪聲兩種。兩種。（1）幅值噪聲）幅值噪聲 亮度通道亮度通道的隨機(jī)噪聲會(huì)產(chǎn)生一種的隨機(jī)噪聲會(huì)產(chǎn)生一種“胡椒加鹽胡椒加鹽”的效的效果（即黑白噪聲點(diǎn)），在平坦區(qū)域中尤其明顯。果（即黑白噪聲點(diǎn)），在平坦區(qū)域中尤其明顯。 如果噪聲是周期性的并且與水平或垂直偏轉(zhuǎn)信號(hào)同如果噪聲是周期性的并且與水平或垂直偏轉(zhuǎn)信號(hào)同步，它會(huì)產(chǎn)生條狀圖案。如果所有噪聲（包括隨機(jī)的和步，它會(huì)產(chǎn)生條狀圖案。如果所有噪聲（包括隨機(jī)的和周期性的）幅值都低于一個(gè)灰度級(jí)，那么總的顯示效果周期性的）幅值都低于一個(gè)灰度級(jí)，那么總的顯示效果影響不大。影響不大。（2）位置噪聲）位置噪聲 來自來自

30、偏轉(zhuǎn)電路偏轉(zhuǎn)電路使點(diǎn)顯示間距不均勻。要得到好的顯使點(diǎn)顯示間距不均勻。要得到好的顯示必須精確控制像素的位置。示必須精確控制像素的位置。iiiiqiippHppH2255021loglog例例：統(tǒng)計(jì)下面圖像的灰度直方圖，并計(jì)算熵統(tǒng)計(jì)下面圖像的灰度直方圖，并計(jì)算熵iqiippH21log 0：5個(gè)個(gè)1：12個(gè)個(gè)2：16個(gè)個(gè)3：8個(gè)個(gè)4：1個(gè)個(gè)5：7個(gè)個(gè)6：10個(gè)個(gè)7：5個(gè)個(gè)P1=5/64P2=12/64P3=16/64P4=8/64P5=1/64P6=7/64P7=10/64P8=5/64iqiippH21logNMjiffMiNi 100),(21010),(NMfjifSMiNj ),(),()

31、,(minmaxjifjifjifrange（1）協(xié)方差：）協(xié)方差： 反映一幅圖像中的反映一幅圖像中的N個(gè)波段灰度值與其平均值個(gè)波段灰度值與其平均值之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。101022),(),(1MiNjfggfgjigfjifMNSS222212222222121212211NNNNNNSSSSSSSSSggfffgfgsssr2 的的協(xié)協(xié)方方差差。為為圖圖像像的的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)差差，：分分別別為為圖圖像像gfsgfssfgggff.2相關(guān)矩陣為相關(guān)矩陣為： 111212211NNNN12rrrrrrR4.連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)字圖像的統(tǒng)計(jì)特性連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)字圖像的統(tǒng)計(jì)特性 對(duì)于連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)字圖像，不能確切

32、地規(guī)定圖像對(duì)于連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)字圖像，不能確切地規(guī)定圖像性質(zhì)，但是可以把它看成隨機(jī)信號(hào)來處理。一般用振性質(zhì)，但是可以把它看成隨機(jī)信號(hào)來處理。一般用振幅或相位分布函數(shù)、概率密度函數(shù)、相關(guān)矩、中心矩幅或相位分布函數(shù)、概率密度函數(shù)、相關(guān)矩、中心矩和功率譜等數(shù)學(xué)特征來表征。和功率譜等數(shù)學(xué)特征來表征。圖像的振幅分布特性：圖像的振幅分布特性： 圖像的振幅分布特性用圖像信號(hào)振幅分布函數(shù)表圖像的振幅分布特性用圖像信號(hào)振幅分布函數(shù)表述，圖像信號(hào)振幅分布函數(shù)是述，圖像信號(hào)振幅分布函數(shù)是指圖像信號(hào)指圖像信號(hào)g(x,y)的值的值小于某一給定值小于某一給定值z(mì)的概率的概率：zy)pg(x,F(z),()()(),(),(2

33、1122zyxgzpzFzFzzyxgyxg1 ：之之間間的的概概率率由由下下式式表表示示、的的值值落落在在是是二二維維圖圖像像信信號(hào)號(hào)。其其中中，振幅密度函數(shù)：振幅密度函數(shù)：對(duì)振幅分布函數(shù)進(jìn)行微分就得到振幅密度函數(shù)，即：對(duì)振幅分布函數(shù)進(jìn)行微分就得到振幅密度函數(shù)，即：),(1)()(lim0zzyxgzpzzfzFdzdf(z)z 或或圖像的振幅譜：圖像的振幅譜：圖像信號(hào)圖像信號(hào)g(x,y) 的傅里葉變換。即：的傅里葉變換。即： dxdyeyxgvuGvyuxj)(),(),(能量譜：能量譜：圖像信號(hào)圖像信號(hào)g(x,y)具有的能量為：具有的能量為：為為能能量量譜譜；幅幅度度頻頻譜譜的的平平方方

34、中中各各分分量量的的相相對(duì)對(duì)大大小小表表示示稱稱為為幅幅度度頻頻譜譜其其中中：或或22222),( ;),(,),(),()2(1),()2(1vuGyxgvuGdudvvuGEdxdyyxgE 統(tǒng)計(jì)量或特征量的測(cè)量編碼統(tǒng)計(jì)量或特征量的測(cè)量編碼表示表示描述圖像描述圖像圖像圖像特征提取圖像特征提取圖像2.2.點(diǎn)運(yùn)算點(diǎn)運(yùn)算對(duì)比度增強(qiáng)對(duì)比度增強(qiáng)或或?qū)Ρ榷壤欤簩?duì)比度拉伸： 一幅圖像通過點(diǎn)運(yùn)算將其灰度范圍擴(kuò)大，該方法稱一幅圖像通過點(diǎn)運(yùn)算將其灰度范圍擴(kuò)大，該方法稱為對(duì)比度增強(qiáng)。為對(duì)比度增強(qiáng)。方法：方法：線性灰度變換（線性點(diǎn)運(yùn)算）和非線性點(diǎn)運(yùn)算。線性灰度變換（線性點(diǎn)運(yùn)算）和非線性點(diǎn)運(yùn)算。baDDfDAAB

35、 )(0255aDAabbDB255baDDfAA )(a) b)a) 原圖原圖 b) 對(duì)比度擴(kuò)展后的圖對(duì)比度擴(kuò)展后的圖圖像的對(duì)比度擴(kuò)展圖像的對(duì)比度擴(kuò)展baDDfDAAB )(當(dāng)當(dāng)a=1，b=0時(shí)，時(shí)，為將輸入圖像復(fù)制為輸出圖像為將輸入圖像復(fù)制為輸出圖像;當(dāng)當(dāng)a1時(shí)，時(shí)，輸出圖像對(duì)比度增大，輸出灰度范圍變輸出圖像對(duì)比度增大，輸出灰度范圍變 大，大， DA灰度范圍灰度范圍a, a, DB灰度范圍灰度范圍b, b討論：討論：用直接灰度變換增強(qiáng)圖像用直接灰度變換增強(qiáng)圖像CbDaDABln 1ln 一般表達(dá)式為：一般表達(dá)式為：2552550作用：作用：對(duì)圖像的低灰度區(qū)進(jìn)行較大拉伸，對(duì)高灰度區(qū)對(duì)圖像的低灰度區(qū)進(jìn)行較大拉伸，對(duì)高灰度區(qū) 壓縮，變換后圖象灰度分布與人的視覺特性相壓縮，變換后圖象灰度分布與人的視覺特性相 匹配。匹配。其中，其中，a,b,c為調(diào)