緒論以及圖像處理和視覺基礎(chǔ)

數(shù)字圖像處理

(圖像獲取與處理)

任課老師：伍濟鋼

湖南科技大學(xué)

機械設(shè)備健康維護湖南省重點實驗室當(dāng)前1頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（一）一.圖像和信息一般說來，人獲取外部世界信息的主要渠道是視覺（百聞不如一見）。視覺75％聽覺15％其它10％當(dāng)前2頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（二）二.何為信息?

1.

信息處理(去偽存真),信號分析(由表及里)加工、變換處理（如調(diào)制），便于傳輸信號是信息的載體；信息是隱含在信號（對象）中的反映客觀世界各種運動狀態(tài)或存在狀態(tài)本質(zhì)的內(nèi)容或研究者感興趣的內(nèi)容。常以文字、圖像、語言或符號等形式出現(xiàn)。當(dāng)前3頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（二）2.信息的其它說法:(a)信息是人們適應(yīng)外部世界并且使這種適應(yīng)作用于外部世界的過程中同外部世界互相交換的內(nèi)容的名稱。（b）信息是關(guān)于事物運動和存在的千差萬別的狀態(tài)和方式的知識。（c）信息是含于客體間的差別中，而不是在客體本身中。

當(dāng)前4頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（二）物質(zhì)世界的三大支柱：物質(zhì)能量信息（哲學(xué)的概念，更是物理學(xué)的概念?。┡c信息傳輸、處理等相關(guān)的三個概念：

時間（時分復(fù)用）（越短越好）空間（空分復(fù)用）（越小越好）頻率（頻分復(fù)用）（越細(xì)越好）當(dāng)前5頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（二）3.物質(zhì)、能量、時間、空間和頻率是可以度量的。信息也可以度量：信息量。

事物狀態(tài)的不確定性與該事物可能出現(xiàn)的各種狀態(tài)及其出現(xiàn)的概率有關(guān)。

各種狀態(tài)用：表示。則：出現(xiàn)的概率越小，則事件所含的信息量越大。當(dāng)前6頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（二）所以定義事件的自信息為事物的狀態(tài)是確定的，則無信息量；事物的狀態(tài)越不確定，則所含有的信息量越大；對于相同大小的圖像而言，所含的信息量也是不一樣的，如果信息量小，則可對該副圖像進行無失真壓縮。當(dāng)前7頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（二）當(dāng)前8頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）三.圖像是什么?1.定義(1).

用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產(chǎn)生視知覺的實體。(狹義的)

(2).

圖像是具有特定信息的某種集合體。(泛指）

(3).圖像是一個事物的另一種表示。(泛指)

當(dāng)前9頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）2.圖像的分類圖像物理圖像數(shù)學(xué)圖像不可見物理圖像可見物理圖像如溫度，濕度，人口分布等光圖像：如透鏡，光柵顯示器，全息技術(shù)等照片(photograph)，圖(drawing)，畫(painting)連續(xù)函數(shù)（模擬）離散函數(shù)（數(shù)字）當(dāng)前10頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）物體圖像數(shù)學(xué)圖像物理圖像可見的圖象照片、圖、畫光圖像不可見的物理圖像當(dāng)前11頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）3.圖象的表示:

★

客觀世界在空間上是三維（3-D）的，但從客觀景物得到的圖象是二維（2-D）的。

★日常所見圖象多是連續(xù)的。

★一副圖象可以用一個2-D

函數(shù)

來表示，這里表示圖象中的一個點，代表圖象在點的某種性質(zhì)

F的數(shù)值。

注意：廣義地說，任一個2-D

函數(shù)可以看作是一副圖像！所以所有針對二維函數(shù)的處理方法可移植到圖像處理領(lǐng)域。

當(dāng)前12頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）4.連續(xù)圖像的數(shù)字化：連續(xù)圖像離散圖像數(shù)字圖像

(這里的都是整數(shù))圖象中每個基本單元叫做圖象元素，即象素（pictureelement）在2-D圖象用pixel表示在3-D圖象中用voxel表示（如1024×768）空間離散幅度量化當(dāng)前13頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）（1）空間離散就是對連續(xù)圖像的采樣，指導(dǎo)采樣的基本原則是采樣定理：

要無失真地恢復(fù)原連續(xù)信號，則最低采樣頻率應(yīng)大于等于信號最高頻率的2倍。實際上：要無失真地恢復(fù)原連續(xù)信號，則最低采樣頻率應(yīng)大于等于信號頻寬的2倍。（參見《通信原理》）當(dāng)前14頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）

采樣間隔取得不合適除了畫面出現(xiàn)棋盤效應(yīng)之外，還會發(fā)生頻率的混疊現(xiàn)象。

均勻采樣

非均勻采樣當(dāng)前15頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）（2）幅度的量化

是將各個像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來表示稱為圖像的量化，一般的量化值用整數(shù)來表示。充分考慮到人眼的識別能力之后，目前非特殊用途的圖像均為8bit量化，即用0~255描述“黑~白”（量化深度8bit，量化級數(shù)G=256）。黑白圖像（二值圖像；1bit圖像）(b)灰度圖像（8bit圖像）(c)彩色圖像（24bit圖像，R，G，B分量各用8bit）當(dāng)前16頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）對于給定的幅度量化級數(shù)在邊界附近使用較少的灰度級。剩余的灰度級可用于灰度級變化比較平滑的區(qū)域以避免或減少由于量化的太粗糙，在灰度級變化比較平滑的區(qū)域出現(xiàn)假輪廓的現(xiàn)象。（非均勻量化）f當(dāng)前17頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）

圖象分辨率：區(qū)分圖象細(xì)節(jié)的程度

空間分辨率由空間取樣點數(shù)M，N確定圖象分辨率（像素/英寸，像素/厘米）

幅度分辨率由灰度級數(shù)G確定

理論上，M、N、G越大，數(shù)字圖象與原始圖象越接近，實際上，由于存儲和處理的要求隨M、N、G的增加而迅速增加，所以采樣點數(shù)和灰度級數(shù)也不能太大。

當(dāng)前18頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）

在數(shù)字化過程中需要確定圖象的尺寸M，N和每個象素具有的離散灰度級數(shù)G（不同灰度值的個數(shù)）。數(shù)字圖象處理中一般將這些量取為2的整數(shù)次冪，即:

當(dāng)前19頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）

存儲一幅數(shù)字圖象所需的位數(shù)b（單位為bit）

如果M=N則

1幅128X128，64個灰度級的圖需要98304bit1幅542X512，256個灰度級的圖需要2097152bit

當(dāng)前20頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）

例子圖象空間分辨率變化所產(chǎn)生的效果圖象幅度分辨率變化所產(chǎn)生的效果

當(dāng)前21頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）

(3)數(shù)字圖象的表示:坐標(biāo)系當(dāng)前22頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）

矩陣表示當(dāng)前23頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）描述數(shù)字圖像的其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：矩陣；鏈碼；（第8章）拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；關(guān)系結(jié)構(gòu)；分層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：金字塔、四叉樹等。（參閱：艾海舟等譯圖像處理、分析與機器視覺（第二版）人民郵電出版社2003）當(dāng)前24頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）（4）數(shù)字圖像文件的存儲格式：（參閱：何斌等VisualC++數(shù)字圖像處理人民郵電出版社2001）存儲圖像信息圖像特點：以象素為單位，矩形區(qū)域信息量大與操作系統(tǒng)有關(guān)：windows、unix、mac編碼方式：無壓縮、無損壓縮、有損壓縮常用的圖像文件格式：BMP、JPEG、TIFF、GIF等當(dāng)前25頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）BMP文件格式(Windows位圖)：

（a）Windows操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。

(b)

雖然大部分BMP文件是不壓縮的形式，它本身還是支持圖像壓縮的，如rle格式（行程長度編碼，runlengthencoding）和LZW壓縮格式等。(c)

位圖數(shù)據(jù)記錄了位圖的每一個象素值（真彩色）或該對應(yīng)象素的顏色表的索引值（調(diào)色板）

（d）注意：圖像記錄順序是在掃描行內(nèi)從左到右；掃描行間從下到上（對應(yīng)屏幕坐標(biāo)）。當(dāng)前26頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）BMP文件結(jié)構(gòu)：當(dāng)前27頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）BMP圖像文件頭結(jié)構(gòu)：當(dāng)前28頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）BMP圖像信息頭結(jié)構(gòu)定義：當(dāng)前29頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）BMP圖像調(diào)色板結(jié)構(gòu)：當(dāng)前30頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（三）圖像數(shù)據(jù)：（1）對于用到調(diào)色板的位圖，圖像數(shù)據(jù)就是該顏色在調(diào)色板中的索引值。（2）對于真彩色，圖像數(shù)據(jù)就是實際的RGB值。例如：對于16色位圖，1個字節(jié)可以表示2個象素。對于256色位圖，對于真彩色，1個字節(jié)剛好表示1個象素。3個字節(jié)才能表示一個象素。當(dāng)前31頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）四.顏色視覺顏色基礎(chǔ)(a)：顏色定義

色彩是與人的感覺（外界的刺激）和人的知覺（記憶、聯(lián)想、對比…）聯(lián)系在一起的。色彩感覺總是存在于色彩知覺之中，很少有孤立的色彩感覺存在。美國光學(xué)學(xué)會（OpticalSocietyofAmerica）的色度學(xué)委員會曾經(jīng)把顏色定義為：顏色是除了空間的和時間的不均勻性以外的光的一種特性，即光的輻射能刺激視網(wǎng)膜而引起觀察者通過視覺而獲得的景象。在我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5698-85中，顏色的定義為：色是光作用于人眼引起除形象以外的視覺特性。

當(dāng)前32頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）四.顏色視覺顏色基礎(chǔ)(b)：顏色本質(zhì)顏色的本質(zhì)是牛頓最早系統(tǒng)研究和發(fā)現(xiàn)的。不同顏色的光線實際上是不同頻率的電磁波，人的腦和眼將不同頻率的電磁波感知為不同的顏色。當(dāng)前33頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）當(dāng)前34頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）

在以波長λ為中心的微小波長范圍內(nèi)的輻射能與該波長的寬度之比稱為光譜密度.光譜密度表示了單位波長區(qū)間內(nèi)輻射能的大小。光譜密度與波長之間的函數(shù)關(guān)系稱為光譜分布。在實用上更多的是以光譜密度的相對值與波長之間的函數(shù)關(guān)系來描述光譜分布，稱為相對光譜能量（功率）分布。當(dāng)前35頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）當(dāng)前36頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）1.顏色基礎(chǔ)(c)：光源色溫

根據(jù)能量守恒定律：物體吸收的能量越多，加熱時它輻射的本領(lǐng)愈大。黑色物體對光能具有較大的吸收能力。如果一個物體能夠在任何溫度下全部吸收任何波長的輻射，那么這個物體稱為絕對黑體。絕對黑體的吸收本領(lǐng)是一切物體中最大的，加熱時它輻射本領(lǐng)也最大。天然的、理想的絕對黑體是不存在的。人造黑體是用耐火金屬制成的具有小孔的空心容器。

當(dāng)前37頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）色溫用絕對溫度"K"表示，絕對溫度等于攝氏溫度加273。如正午的日光具有色溫為6500K，就是說黑體加熱到6500K時發(fā)出的光的顏色與正午的顏色相同。其它如白熾燈色溫約為2600K。一個黑體若被加熱，其表面按單位面積輻射光譜能量的大小及其分布完全決定于它的溫度。因此我們把任一光源發(fā)出的光的顏色與黑體加熱到一定溫度下發(fā)出的光的顏色相比較，來描述光源的光色。所以色溫可以定義為："當(dāng)某一種光源的色度與某一溫度下的絕對黑體的色度相同時絕對黑體的溫度。"因此，色溫是以溫度的數(shù)值來表示光源顏色的特征。當(dāng)前38頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）2.顏色匹配(參考：《包裝色彩學(xué)》，)既然由所有可見光譜的顏色混合而成的光由人眼和腦感知為白色（白噪聲），那么能否由較少數(shù)量的單色光合成并為人感知的五彩繽紛的艷麗色彩呢？

綠（G,green）波長：546.1nm

藍（B,blue）波長：435.8nm紅（R,red）波長：700nm

根據(jù)人眼的結(jié)構(gòu)，多數(shù)顏色可由紅、黃、綠三種顏色（三基色）組合而成。國際照度委員會（CIE）在1931規(guī)定三基色的波長為：當(dāng)前39頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）

把兩個顏色調(diào)整到視覺相同的方法叫顏色匹配，顏色匹配實驗是利用色光加色來實現(xiàn)的。

當(dāng)前40頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）三基色的單位量：

在顏色匹配實驗中，當(dāng)這紅、綠、藍三原色光的相對亮度比例為1.0000：4.5907：0.0601時就能匹配出等能白光，所以CIE選取這一比例作為紅、綠、藍三原色的單位量，即（R）：（G）：（B）=1：1：1。盡管這時三原色的亮度值并不等，但CIE卻把每一原色的亮度值作為一個單位看待，所以色光加色法中紅、綠、藍三原色光等比例混合結(jié)果為白光，即（R）+（G）+（B）=（W）。

當(dāng)前41頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）不同的待配色光達到匹配時三原色光亮度不同，可用顏色方程表示：

C=R（R）+G（G）+B（B）

式中C表示待配色光；（R）、（G）、（B）代表產(chǎn)生混合色的紅、綠、藍三原色的單位量；R、G、B分別為匹配待配色所需要的紅、綠、藍三原色的數(shù)量，稱為三刺激值。當(dāng)前42頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）CIE-RGB光譜三刺激值:

CIE-RGB光譜三刺激值是317位正常視覺者，用CIE規(guī)定的紅、綠、藍三原色光，對等能光譜色從380nm到780nm所進行的專門性顏色混合匹配實驗得到的。實驗時，匹配光譜每一波長為入的等能光譜色所對應(yīng)的紅、綠、藍三原色數(shù)量，稱為光譜三刺激值，記為:，它是CIE在對等能光譜色進行匹配時用來表示紅、綠、藍三原色的專用符號。因此，匹配波長為入的等能光譜色C（入）的顏色方程為:

當(dāng)前43頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）C（入）在數(shù)值上表示等能光譜色的相對亮度，如下圖所示，其中最大值為C（555），且有

C（555）=1。

當(dāng)前44頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）負(fù)刺激值：在很多情況下光譜三刺激值是負(fù)值（負(fù)刺激值），這是因為待配色為單色光，其飽和度很高，而三原色光混合后飽和度必然降低，無法和待配色實現(xiàn)匹配。為了實現(xiàn)顏色匹配，在實驗中須將上方紅、綠、藍一側(cè)的三原色光之一移到待配色一側(cè)，并與之相加混合，從而使上下色光的飽和度相匹配。例如，將紅原色移到待配色一側(cè)，實現(xiàn)了顏色匹配，則顏色方程為：因此：所以出現(xiàn)了負(fù)值。當(dāng)前45頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）當(dāng)前46頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）在顏色匹配實驗中，為了表示R、G、B三原色各自在R+G+B總量中的相對比例，我們引入色度坐標(biāo)r、g、b。

從上式可知

r+g+b=1

當(dāng)前47頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）若待配色為等能光譜色，則上式可寫為：1931CIE-RGB系統(tǒng)的光譜三刺激值是從實驗得出來的，本來可以用于顏色測量和標(biāo)定以及色度學(xué)計算，但是實驗結(jié)果得到的用來標(biāo)定光譜色的原色出現(xiàn)了負(fù)值，正負(fù)交替十分不便，不宜理解，因此，1931年CIE推薦了一個新的國際色度學(xué)系統(tǒng)——1931CIE-XYZ系統(tǒng)，又稱為XYZ國際坐標(biāo)制。

當(dāng)前48頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）當(dāng)前49頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）所謂1931CIE-XYZ系統(tǒng)，就是在RGB系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)方法，選用三個理想的原色來代替實際的三原色，從而將CIE-RGB系統(tǒng)中的光譜三刺激值

和色度坐標(biāo)r、g、b均變?yōu)檎?。選擇三個理想的原色（三刺激值）X、Y、Z，X代表紅原色,Y代表綠原色,Z代表藍原色,這三個原色不是物理上的真實色，而是虛構(gòu)的假想色。當(dāng)前50頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）X、Y、Z在上圖中的色度坐標(biāo)分別為：可以看到由XYZ形成的虛線三角形將整個光譜軌跡包含在內(nèi)。

rgbX1.275-0.2780.003Y-1.7392.767-0.028Z-0.7430.1411.602當(dāng)前51頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）兩組顏色空間的三刺激值有以下關(guān)系：

X=0.490R+0.310G+0.200B

Y=0.177R+0.812G+0.011B

Z=0.010G+0.990B

兩組顏色空間色度坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系為：x=（0.490r+0.310g+0.200b）/0.667r+1.132g+1.200b）y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b）z=（0.000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）

當(dāng)前52頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）當(dāng)前53頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）任意兩個基色合成產(chǎn)生光的三補色：品紅（magenta,紅加藍），藍綠（cyan,綠加藍），黃（yellow）。顏料中的基色是指吸收一種光基色而反射其他兩種光基色，所以顏料的三基色就是光的三補色，顏料的三補色就是光的三基色。光的三基色顏料的三基色當(dāng)前54頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）表征顏色有三個基本量

輝度（明亮度）光作用于人眼時引起的明亮程度的感覺，一般情況下，對彩色光來說所包含的能量大則顯得亮，反之則暗(光的明暗程度)。

色調(diào)

光的一種屬性，可區(qū)分不同的色(與混合光譜中主要光波長相聯(lián)系)。

飽和度彩色光所呈現(xiàn)的深淺程度飽和度愈高顏色愈深，反之亦然（與一定色調(diào)的純度有關(guān)，純光譜色完全飽和，隨著白光的加入，飽和度逐漸減?。．?dāng)前55頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）色調(diào)和飽和度合起來稱為色度設(shè)X,Y,Z為顏色的三刺激值則某種顏色可表示為：其中：比例系數(shù)x,y,z稱為色系數(shù),即色度坐標(biāo)。且:當(dāng)前56頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）CIE-XYZ色度圖：注意一點：采用CIE三基色不能匹配出所有的光譜色當(dāng)前57頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）當(dāng)前58頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（四）3.顏色模型:（1）RGB模型（2）CMY模型（3）HSI模型（4）YIQ模型（5）YUV模型（6）YCbCr模型當(dāng)前59頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（五）1.亮度適應(yīng)與區(qū)分大量的實驗結(jié)果表明：人的視覺系統(tǒng)感知的亮度（主觀亮度）與光亮度不同，且與人眼得到的照度成對數(shù)關(guān)系。人的視覺系統(tǒng)在某一時刻所能夠區(qū)分亮度的具體范圍比總的適應(yīng)范圍（1010量級）要小得多。亮度適應(yīng)級：在一定條件下，一個視覺系統(tǒng)當(dāng)前的敏感度。人眼在某一時刻所能感受到的主觀亮度范圍是以此適應(yīng)級為中心的一個小范圍。

人眼是靠改變它的具體敏感度范圍來實現(xiàn)亮度適應(yīng)的(自適應(yīng))。當(dāng)前60頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（五）在不同的適應(yīng)級下眼睛區(qū)分亮度變化的能力也是不一樣的。這方面經(jīng)典的實驗是韋伯試驗。

試驗條件

背景亮度為I光斑亮度為ΔI+I

韋伯率（ΔI50/I）

指50％的試驗者能感覺到的照度增量

試驗結(jié)論

1、韋伯率小代表較好的亮度區(qū)分能力，反之則差。2、韋伯率的大小與背景亮度有關(guān)（如圖所示）當(dāng)前61頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（五）2.成像變換圖象采集中需要將3-D客觀場景投影到2-D圖象平面，這個投影可用幾何透視變換（也稱成象變換）來進行描述。當(dāng)前62頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（五）假設(shè)即所有客觀場景中感興趣的點都在鏡頭的前面。3-D點投影后在圖象平面的的平面坐標(biāo)為：注意：這些等式是非線性的，因為它們分母中含有變量多對一的關(guān)系。當(dāng)前63頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（五）由于是多對一的關(guān)系，所以從圖像坐標(biāo)無法恢復(fù)三維空間點坐標(biāo)除非我們對空間點有一些先驗的知識，如三個坐標(biāo)中的某一個坐標(biāo)值，或采用立體視覺中常用的雙目視覺技術(shù)。

一個投影點坐標(biāo)確定一條線，兩個投影系統(tǒng)就可確定兩條線，兩線的交點就是我們關(guān)心的空間坐標(biāo)點。

當(dāng)前64頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）六.圖像的簡單運算和變換算術(shù)和邏輯運算象素之間的算術(shù)運算有：

1）加法：記為p+q

加法運算的主要應(yīng)用：

a去除“疊加性”噪音

b生成圖象疊加效果

2)

減法：記為p-q

減法運算的主要運用：

a去除不需要的疊加性圖案（如去除背景信息）當(dāng)前65頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）b檢測同一場景兩幅圖象之間的變化設(shè)：時間1的圖象為T1(x,y)，時間2的圖象為T2(x,y)T2(x,y)-T1(x,y)=g(x,y)=-c計算物體邊界的梯度(在后面章節(jié)講）當(dāng)前66頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）3)

乘法：記為pq

主要應(yīng)用：

a校正由于照明或傳感器的非均勻性造成的圖像陰影b用于圖像局部顯示4)

除法：記為p÷q

其主要應(yīng)用與乘法差不多

當(dāng)前67頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）1）與（AND）：記為pANDq（也可寫為p.q)主要應(yīng)用:求兩個子圖像的相交子圖AND=象素之間的邏輯運算有（針對二值圖像）：當(dāng)前68頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）2)

或（OR）：記為pORq（也可寫為p+q)主要應(yīng)用：合并子圖像OR=當(dāng)前69頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）3)

補（COMPLEMENT）：記為NOTq或主要應(yīng)用：獲得一個子圖像的補圖像=當(dāng)前70頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）

與算術(shù)運算不同，邏輯運算只用于二值圖象，對整幅圖的算術(shù)或邏輯運算是逐象素進行的，將各種邏輯運算組合起來可以構(gòu)成其它各種邏輯運算。

在此黑色的值為1，白色的值為0當(dāng)前71頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）2.模板運算

其思想是將賦予某個象素的值作為它本身灰度值和其相鄰象素灰度值的函數(shù)。例子：考慮下圖所示的子圖區(qū)域，并用以z5為中心的

3X3區(qū)域中象素值的平均值來替換z5的值，則要進行如下運算：

當(dāng)前72頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）利用上圖模板，以上運算也可用更一般的形式完成，即將模板中心放在z5之上，用模板上對應(yīng)的系數(shù)與模板下的象素相乘并累加結(jié)果：

如果令

這個運算給出與前述平均過程相同的結(jié)果(滑動平均低通濾波器).上式在圖象處理中用得很廣泛，恰當(dāng)?shù)倪x擇系數(shù)并在圖象的各個象素位置運用模板可以得到一系列有用的運算，如噪聲消除，細(xì)化區(qū)域和邊緣的提取等。

當(dāng)前73頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）在圖象的每個象素位置運用模板進行處理是一項計算量很大的工作(p37)?，F(xiàn)在一般圖象處理器都裝有以視頻速率并行地執(zhí)行算術(shù)和邏輯運算的單元(arithmeticlogicunit,ALU)來加速模板處理的速度。

當(dāng)前74頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）3.坐標(biāo)變換

a)平移變換平移變換陣：平移過程可用

其中是包含原坐標(biāo)的矢量是由變換后坐標(biāo)組成的矢量

b)尺度（放縮）變換尺度變換陣S為：

當(dāng)前75頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）

c)旋轉(zhuǎn)變換

用于3-D旋轉(zhuǎn)的變換較為復(fù)雜。最簡單的3-D旋轉(zhuǎn)形式是關(guān)于1個點繞坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)。將點A繞空間任1點B旋轉(zhuǎn)需要3個變換：

1）平移點B到原點

2）將點A繞原點旋轉(zhuǎn)

3）平移點B到原始位置

當(dāng)前76頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）設(shè)旋轉(zhuǎn)角是按從旋轉(zhuǎn)軸正向看原點而順時針定義的

1點繞x坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)α角度的變換陣為：

同樣，1點繞y坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)β角度的變換陣為：

當(dāng)前77頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）d）變換的級連

連續(xù)多個變換可以用單一的4X4矩陣表示。如對一個坐標(biāo)為v的點的平移、放縮、繞z軸旋轉(zhuǎn)變換可表示為：其中：A是一個4X4的矩陣，這些矩陣的運算次序一般不可互換。由單個點的變換推廣到一組m個點的變換反變換平移逆變換陣旋轉(zhuǎn)逆變換陣

當(dāng)前78頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（六）為何要對圖像進行變換?

（1）去粗取精、去偽存真；（2）由表及里，抓住本質(zhì)；（3）方便計算，提高效率；（4）方便傳輸，減小干擾。

除了對圖像進行較為簡單的幾何變換以外（如圖像校正），還有廣義的濾波變換，應(yīng)用較多的是所謂的正交變換。當(dāng)前79頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（七）七.圖像工程

圖象工程是一門系統(tǒng)的研究各種圖像理論、技術(shù)和應(yīng)用的新的交叉學(xué)科。圖像工程的內(nèi)容

根據(jù)抽象程度和研究方法等的不同可分為三個層次：

★

圖像處理

★

圖像分析

★圖像理解

當(dāng)前80頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（七）

圖象處理

強調(diào)在圖象之間進行的變換。主要包括：

★對圖象的進行各種加工以改善圖象的視覺效果，并為圖象的自動識別打基礎(chǔ)。

★對圖象進行壓縮編碼以減少所需存儲空間或傳輸時間、傳輸通路。

當(dāng)前81頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（七）

圖象分析圖象分析是一個從圖象到數(shù)據(jù)的過程。

★主要是對圖象中感興趣的目標(biāo)進行檢測和測量，以獲得它們的客觀信息，從而建立對圖象的描述。

★數(shù)據(jù)在這里提到的數(shù)據(jù)可以是對目標(biāo)特征測量的結(jié)果，或是基于測量的符號表示，它們描述了圖象中目標(biāo)的特點和性質(zhì)。

當(dāng)前82頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（七）

圖象理解

其重點是在圖象分析的基礎(chǔ)上，進一步研究圖象中各目標(biāo)的性質(zhì)及它們之間的相互聯(lián)系，并得出對圖象內(nèi)容含義的理解以及對原來客觀場景的解釋，從而指導(dǎo)和規(guī)劃行動。

當(dāng)前83頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（七）

三個層次之間既有聯(lián)系又有區(qū)別，且進行了有機的結(jié)合。圖象工程三層次示意圖

當(dāng)前84頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（七）

相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域作為模式識別圖像符號計算機視覺計算機圖形學(xué)圖像理解數(shù)據(jù)圖像當(dāng)前85頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（七）

相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域

當(dāng)前86頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（七）

IP與AI、CG、CV、PR間的關(guān)系A(chǔ)rtificialintelligenceComputerGraphicsComputerVisionPatternRecognitionImageProcessing當(dāng)前87頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（八）八.圖象處理和分析系統(tǒng)一個基本的圖象處理和分析系統(tǒng)可用下圖表示當(dāng)前88頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（八）

為完成各自的功能每個模塊都需一些特定的設(shè)備

★

圖象采集:電荷偶合器件(chargecoupledDevices,CCD)攝象機、視頻攝象機、掃描儀(scanners)等。

★

圖象顯示：電視顯示器(TVmonitors)、隨機讀取陰極射線管(cathoderaytubes,CRT)、打印機。

★圖象存儲：磁帶(magnetictape)、磁盤（magneticdisks）、光盤(opticaldisks)、磁光盤(magneto-opticaldisks)等。

★圖象通訊：可借助綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)（ISDN）、計算機局域網(wǎng)（LAN）、普通電話網(wǎng)（PSTN）等。

★圖象處理和分析：計算機、專用硬件。當(dāng)前89頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（九）九.圖象處理技術(shù)發(fā)展簡介這里所講的圖象處理技術(shù)即數(shù)字圖象處理技術(shù)

★數(shù)字圖象處理技術(shù)的起源原始圖像質(zhì)量不佳由于傳輸中噪聲導(dǎo)致質(zhì)量不佳

當(dāng)前90頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（九）最早應(yīng)用于20世紀(jì)20年代，報紙業(yè)

當(dāng)前91頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（九）數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科追溯到60年代，1964年美國噴氣推進實驗(JPL)室利用計算機對太空船發(fā)回的月球圖像信息進行處理。當(dāng)前92頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（九）60年代-70年代初期，開始在醫(yī)學(xué)、地球監(jiān)測、天文學(xué)等方面應(yīng)用。

★1895年，x射線

★70年代初期,發(fā)明CAT技術(shù)又稱為CT技術(shù)(computerizedaxialtomography)

當(dāng)前93頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（九）

70年代以后，隨著成象技術(shù)、數(shù)字技術(shù)以及信號技術(shù)在速度、規(guī)模和經(jīng)濟效果上的改進，同時由于離散數(shù)學(xué)的創(chuàng)立和完善，數(shù)字圖象處理技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，其理論和方法進一步完善。圖象處理在科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)中的各個領(lǐng)域正發(fā)揮著越來越重要的作用。

當(dāng)前94頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）十.圖象處理的應(yīng)用

遙感（農(nóng)林資源調(diào)查，作物長勢，自然災(zāi)害，環(huán)境污染檢測）

生物醫(yī)學(xué)工程方面(CT掃描，內(nèi)窺鏡，斷層及核磁共振，圖譜）

工業(yè)生產(chǎn)方面（焊接，焊縫，零部件選取，過程控制）

軍事及公安（導(dǎo)彈，雷達，聲納，無人操縱武器，人臉，指紋）

文字識別

機器人視覺

物理（核子泡室圖片分析）

考古（恢復(fù)珍貴的文物圖片，名畫，壁畫，保存文化遺產(chǎn)）

多媒體通訊技術(shù)天氣預(yù)報當(dāng)前95頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖象處理在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用（γ射線圖像）

當(dāng)前96頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖象處理在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用（χ射線圖像）當(dāng)前97頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖象處理在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用（微波圖像）

當(dāng)前98頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖象處理在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用（超聲波圖像）當(dāng)前99頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）人體的三維結(jié)構(gòu)圖象處理在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用（三維造型圖像）當(dāng)前100頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）RenderedbyVolPacksoftwareCTscandata256x256x226Took2.6secsonanIndigo2perframe當(dāng)前101頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖象處理在工業(yè)上的應(yīng)用

當(dāng)前102頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖象處理在公安及交通部門的應(yīng)用

當(dāng)前103頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖像處理在公安部門的應(yīng)用（指紋匹配）當(dāng)前104頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖像處理在航空航天中的應(yīng)用當(dāng)前105頁，總共190頁。圖像處理在航空航天中的應(yīng)用當(dāng)前106頁，總共190頁。圖像處理在航空航天中的應(yīng)用當(dāng)前107頁，總共190頁。多媒體信息服務(wù)（MultimediaMessagingService）.第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）當(dāng)前108頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）紫外線成像（在農(nóng)林監(jiān)測及天文學(xué)的應(yīng)用）當(dāng)前109頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）用等值線顯示的大氣壓力分布/~billh/vis5d.html圖像處理在氣象中的應(yīng)用當(dāng)前110頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）颶風(fēng)的多光譜圖像（在天氣預(yù)報中的應(yīng)用）當(dāng)前111頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）全球變暖的效果圖圖像處理環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用當(dāng)前112頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）圖像處理在氣象中的應(yīng)用（繪制等值線）當(dāng)前113頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）紅外線圖像（在天文上的應(yīng)用）當(dāng)前114頁，總共190頁。西藏西南山區(qū)的空間雷達圖像(無線電波圖)第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）當(dāng)前115頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）汽車周圍的氣流圖像處理在物理學(xué)中的應(yīng)用當(dāng)前116頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十）光學(xué)顯微鏡圖像當(dāng)前117頁，總共190頁。第一章緒論、圖像處理和視覺基礎(chǔ)（十一）十一.與本專業(yè)相關(guān)的有前途的圖像工程方面的研究:三維輪廓的視覺測量;字符識別(OCR:Opticalcharacterrecognition);高速運動物體圖像分析與處理(奧運專項、印刷);物體的自動識別(工廠自動化);精密測量(深微孔測量、亞象素檢測)。醫(yī)學(xué)圖像分析處理（診斷、治療）結(jié)束當(dāng)前118頁，總共190頁。圖像處理示例1當(dāng)前119頁，總共190頁。圖像處理示例2

返回當(dāng)前120頁，總共190頁。圖像理解示例這是一輛敞車這是一輛罐車返回當(dāng)前121頁，總共190頁。均勻采樣均勻采樣：確定水平和垂直方向上的像素個數(shù)N、MNM返回當(dāng)前122頁，總共190頁。非均勻采樣

在很多情況下可根據(jù)圖象特性利用自適應(yīng)的采樣過程來改進。一般來說，在較尖銳的灰度過渡區(qū)附近可采用較密的采樣，而在較平滑的區(qū)域可采用較稀的采樣非均勻采樣返回當(dāng)前123頁，總共190頁。數(shù)字圖像的類型黑白圖像是指圖像的每個像素只能是黑或者白，沒有中間的過渡，故又稱為２值圖像。2值圖像的像素值為0、1。當(dāng)前124頁，總共190頁。數(shù)字圖像的類型黑白圖像返回當(dāng)前125頁，總共190頁。數(shù)字圖像的類型灰度圖像灰度圖像是指每個像素的信息由一個量化的灰度級來描述的圖像，沒有彩色信息。當(dāng)前126頁，總共190頁。數(shù)字圖像的類型灰度圖像返回當(dāng)前127頁，總共190頁。數(shù)字圖像的類型彩色圖像返回當(dāng)前128頁，總共190頁。圖像分辨率示例空間采樣分辨率變化（灰度級為256）512X512256X256128X128當(dāng)前129頁，總共190頁。圖像分辨率示例空間采樣分辨率變化64X6432X3216X16返回當(dāng)前130頁，總共190頁。圖像分辨率示例幅度分辨率變化2566416當(dāng)前131頁，總共190頁。圖像分辨率示例幅度分辨率變化842返回當(dāng)前132頁，總共190頁。金字塔結(jié)構(gòu)從輸入圖像I0開始，順序產(chǎn)生像素數(shù)縱橫都變?yōu)?/2的一個一個的圖像I1，I2，…Ik。此時，作為圖像Ii的各像素的值，就是它前一個圖像Ii-1的相應(yīng)的2×2像素的平均值(一般采用平均值，但也可以采用能表示2×2像素的性質(zhì)的某個值)。處理具有這種結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)時，首先對像素數(shù)少的(分)圖像進行處理，然后根據(jù)需要，進到下面的像素數(shù)多的圖像的對應(yīng)位置，使用較細(xì)的信息進行處理。同只對原始圖像進行處理的場合相比，這種先對粗圖像進行處理，并限定應(yīng)該仔細(xì)進行處理的范圍，再進行精處理的方法，可使處理的效率得到提高。

返回當(dāng)前133頁，總共190頁。四叉樹結(jié)構(gòu)對于一幅二值圖像的行、列都接連不斷地二等分，如果圖像被分割部分中的全體像素都變成具有相同的特征時，這一部分則不再分割。這可以用在特征提取和信息壓縮等方面。

返回當(dāng)前134頁，總共190頁。BMP圖像文件頭該結(jié)構(gòu)的長度是固定的，為14個字節(jié)（WORD為無符號的16位整數(shù)，DWORD為無符號的32位整數(shù)）。其中：（a）bfType:

指定文件類型，為0x424D,即字符串“BM”。

(b)bfSize:

指定文件大小，包含這14個字節(jié)。(c)bfReserved1,bfReserved2:

為保留字（不考慮）。

(d)bfoffBits:

從文件頭到實際的位圖數(shù)據(jù)的偏移字節(jié)數(shù)（前三部分的字節(jié)數(shù)）。返回當(dāng)前135頁，總共190頁。BMP圖像信息頭該結(jié)構(gòu)的長度也是固定的，為40字節(jié)（LONG為32位整數(shù)）。其中：（a）BiSize:

指定這個結(jié)構(gòu)的長度（40字節(jié)）。（b）biWidth:

指定圖像的寬度（單位：象素）。（c）biHeight:

指定圖像的高度（單位：象素）。（d）biPlanes:

必須是1（位面數(shù)）。（e）biBitCount:

指定表示顏色時要用到的位數(shù)，常用的值為1（黑白），4（16色），8（256色），24（真彩色）。（f）biCompression:

指定位圖是否壓縮：BI_RGB(不壓縮),BI_RLE4（RLE4壓縮格式）,BI_RLE8（RLE8壓縮格式）。

當(dāng)前136頁，總共190頁。BMP圖像信息頭（g）biSizeImage:

指定實際的位圖數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)（必須是4的整數(shù)）。（h）biXPelsPerMeter:

指定目標(biāo)設(shè)備的水平分辨率（象素/米）。（i）biYPelsPerMeter:

指定目標(biāo)設(shè)備的垂直分辨率（象素/米）。（j）biClrUsed:

指定圖像實際用到的顏色數(shù)，如果該值為0，則用到的顏色數(shù)為2的biBitCount次冪。（k）biClrImportant:

指定圖像中重要的顏色數(shù)，如果該值為0，則認(rèn)為所有的顏色都是重要的。返回當(dāng)前137頁，總共190頁。BMP圖像調(diào)色板有些位圖需要調(diào)色板，有些位圖，如真彩色，不需要調(diào)色板。調(diào)色板實際上是一個數(shù)組，每個元素占4字節(jié)，共N×4字節(jié)（其中N為顏色數(shù)）。其中：rgbBlue:

該顏色的藍色分量。rgbGreen:

該顏色的綠色分量。rgbRed:

該顏色的紅色分量。rgbReserved:保留字。當(dāng)前138頁，總共190頁。BMP圖像調(diào)色板為什么要用調(diào)色板?

對于一副200×200的16色圖像，共40000象素，每個象素需要3個字節(jié)，共需要120000個字節(jié)。

因為最多只有16種顏色，可以采用一個顏色表，表中的每一行記錄一種顏色的R，G，B值，這樣表示一個象素的顏色時，只需指出該顏色在表中的位置（索引值）即可。這個顏色表只有16行，只需半個字節(jié)即可，因此，整副圖像的字節(jié)數(shù)為：200×200×0.5＋3×16=20048。

對于真彩色，顏色表的索引值也要3個字節(jié)，所以沒有必要，額外增加一個顏色表。返回當(dāng)前139頁，總共190頁。鏈－象素間的聯(lián)系

這里，用小寫字母p、q等表示象素，用大寫字母S、T等表示中的象素子集。象素的鄰域

N4(P)(4-鄰域)ND(P)（對角近鄰）N8(P)（8-鄰域）當(dāng)前140頁，總共190頁。鏈－象素間的聯(lián)系連通性

象素間的連通性在建立圖像目標(biāo)的邊界和確定區(qū)域的元素時是一個重要的概念。

★三種連接4–連接：2個象素p和r在V中取值且r在N4(P)中8–連接：2個象素p和r在V中取值且r在N8(P)中m-連接（混合連接）：2個象素p和r在V中取值且滿足下條件之一

r在N4(P)中

r在ND(P)中且N4(P)?N4(r)是空集，這個集合是由p和r的在v中取值的4－近鄰象素組成的。其中：V是定義連接的灰度值集合

當(dāng)前141頁，總共190頁。鏈－象素間的聯(lián)系混合連接可認(rèn)為是8-連接的一種變型，引進它是為了消除使用8-連接時常會出現(xiàn)的多路連接問題。

當(dāng)前142頁，總共190頁。鏈－象素間的聯(lián)系三種毗鄰毗鄰：1個象素p與另一個象素q相連接★

4-毗鄰★

8-毗鄰★m-毗鄰

對兩個圖象子集S和T來說，如果S中的一些象素與T中的一些象素毗鄰，則S和T是毗鄰的

當(dāng)前143頁，總共190頁。鏈－象素間的聯(lián)系★三種通路連通：一系列具有坐標(biāo)（x0,y0),(x1,y1),---(xn,yn)的象素有(xi,yi)與(xi-1,yi-1)毗鄰，則稱象素(x0,y0)到象素(xn,yn)是一條通路

4-通路

8-通路

m-通路設(shè)p,q∈S，如果存在一條完全由在S中的象素組成的從p到q的通路，那么就稱p在S中與q相連通。

當(dāng)前144頁，總共190頁。鏈－象素間的聯(lián)系距離量度

給定3個象素p,q,r,坐標(biāo)分別為(x,y),(s,t),(u,v)距離量度函數(shù)D的三條件：D(p,q)>=0(D(p,q)=0,當(dāng)且僅當(dāng)p=q)D(p,q)=D(q,p)D(p,r)<=D(p,q)+D(q,r)★兩點之間的歐氏(Euclidean)距離DE(也是模為2距離)定義為:

當(dāng)前145頁，總共190頁。鏈－象素間的聯(lián)系★兩點之間的城區(qū)(city-block)距離(也是模為1距離)定義為:★兩點之間的棋盤距離(chessboard)距離D8(也即模為∞的距離,定義為:

當(dāng)前146頁，總共190頁。鏈－象素間的聯(lián)系考慮2點之間的D4距離和D8距離時并不需要看它們之間是否真有1條通路,因為這些距離的定義只涉及這些點的坐標(biāo)。

但對于m-連通，2點之間的距離值依賴于沿通路的象素和它們近鄰象素的值。

當(dāng)前147頁，總共190頁。鏈碼－方向定義4－方向8－方向321064201753當(dāng)前148頁，總共190頁。鏈碼－表示區(qū)域邊界例子鏈碼：10103322

歸一化后：010332210101233201012332歸一化當(dāng)前149頁，總共190頁。鏈碼－旋轉(zhuǎn)歸一化鏈碼：（2）10103322(3)21210033差分：33133030331330300101233212123003旋轉(zhuǎn)返回當(dāng)前150頁，總共190頁。HSI模型-亮度Lightnessorbrightnessreferstotheamountoflightthecolorreflectsortransmits.

返回當(dāng)前151頁，總共190頁。

HSI模型-飽和度Thesaturationofacolorrangesfromneutral（中性）tobrilliant（燦爛）Thecircleontherightisamorevividredthanthecircleontheleftalthoughbothhavethesamehue返回當(dāng)前152頁，總共190頁。HSI模型-色調(diào)Whenwecallanobject"red,"wearereferringtoitshue.Hueisdeterminedbythedominantwavelength.

返回當(dāng)前153頁，總共190頁。顏色模型－RGB模型RGB模型（RGB顏色模型構(gòu)成的顏色空間是CIE原色空間的一個真子集。）

C=R（R）+G(G)+B(B)

R、G、B分別取0－1或0－255

應(yīng)用多用于彩色顯示器及多頻譜遙感圖像中當(dāng)前154頁，總共190頁。顏色模型-RGB模型RGB各個分量圖示

原圖R分量G分量B分量返回當(dāng)前155頁，總共190頁。顏色模型-CMY模型CMY顏色模型是以紅、綠、藍三色的補色青（Cyan）、品紅（Magenta）、黃（Yellow）為原色構(gòu)成的顏色模型。

CMY顏色模型常用于從白光中濾去某種顏色，故稱為減色原色空間。

CMY顏色模型對應(yīng)的直角坐標(biāo)系的子空間與RGB顏色模型對應(yīng)的子空間幾乎完全相同。如果RGB的取值通常0~255的整數(shù)，則：

C=255–R M=255–G Y=255–B當(dāng)前156頁，總共190頁。顏色模型-CMY模型大多數(shù)在紙上沉積彩色顏料的設(shè)備，如彩色打印機和復(fù)印機，要求輸入CMY數(shù)據(jù)或在內(nèi)部做RGB-CMY的轉(zhuǎn)換。理論上，等量的顏料原色（青、深紅和黃）可以產(chǎn)生黑色，實際上為打印組合這些顏色產(chǎn)生的黑色是不純的，因此加入第4種顏色：黑色（起主要作用），由此產(chǎn)生了CMYK模型返回當(dāng)前157頁，總共190頁。顏色模型-HSI模型在RGB和CMY模型下產(chǎn)生彩色和從一種模型轉(zhuǎn)換到另一種模型是一個簡單的過程，這些彩色系統(tǒng)對于硬件實現(xiàn)很理想，另外RGB系統(tǒng)與人眼很強地感覺紅、綠、藍三原色的事實很匹配，但是不能很好地適應(yīng)人對顏色的解釋，例如我們直觀上并不認(rèn)為彩色圖像是由3幅原色圖像合成的。當(dāng)我們觀察一個物體時，用色調(diào)、色飽和度和亮度來描述。色調(diào)描述純色的屬性，而飽和度給出一種純色被白光稀釋的程度，亮度則是一個主觀的描述子，難以度量。當(dāng)前158頁，總共190頁。顏色模型-HSI模型HSI(色調(diào)、飽和度、強度)彩色模型對人來說是自然的，直觀的，可方便地在彩色圖像中從攜帶的彩色信息里（色調(diào)、飽和度）消去強度分量的影響，對于開發(fā)基于彩色描述的圖像處理方法是一個理想的工具。當(dāng)前159頁，總共190頁。顏色模型-HSI模型把RGB立方體從黑到白的對角線豎直放置，該對角線沒有彩色信息，只有灰度信息。從其他彩色點作垂直于該對角線的平面，則黑點到該平面的距離就是該彩色點的強度（I）。這條對角線稱為強度軸。當(dāng)前160頁，總共