第二章數(shù)字圖象處理基礎(chǔ)演示文稿

第二章數(shù)字圖象處理基礎(chǔ)演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)優(yōu)選第二章數(shù)字圖象處理基礎(chǔ)目前二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)2、物體的色是人的視覺(jué)器官受光后在大腦的一種反映。物體的色取決于物體對(duì)各種波長(zhǎng)光線的吸收、反射和透視能力。物體分消色物體和有色物體。（1）消色物體的色：消色物體指黑、白、灰色物體，對(duì)照明光線具有非選擇性吸收的特性，即光線照射到消色物體上時(shí)，被吸收的各種波長(zhǎng)的入射光是等量的；被反射或透射的光線，其光譜成分也與入射光的光譜成分相同。當(dāng)白光照射到消色物體上時(shí)，反射率在75%以上，即呈白色；反光率在10%以下，即呈黑色；反光率介于兩者間，呈深淺不的的灰色。目前三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)（2）有色物體的色：有色物體對(duì)照明光線具有選擇性吸收的特性，即光線照射到有色物體上，入射光中各種波長(zhǎng)的色光是不等量的被吸收，有的被吸收得多，有的被吸收得少。白光照射到有色物體上，其反射或透射的光線與入射光線相比，不僅亮度有所減弱，光譜成分也改變了，因而呈現(xiàn)出各種不同的顏色。目前四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)（3）光源的光譜成分對(duì)物體顏色的影響當(dāng)有色光照到消色物體上時(shí)，物體反射光顏色與入射光顏色相同。兩種以上有色光同時(shí)照射到消色物體上時(shí)，物體顏色呈加色法效應(yīng)。如紅光和綠光同時(shí)照射白色物體，該物體呈黃色。加色原理：利用源色(紅、綠、藍(lán))相加獲取彩色。目前五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)（3）光源的光譜成分對(duì)物體顏色的影響當(dāng)有色光照到有色物體上時(shí)，物體的顏色呈減色法效應(yīng)。如黃色物體在品紅光照射下呈現(xiàn)紅色，在青色光照射下呈現(xiàn)綠色，在藍(lán)色光照射下呈灰色或黑色。減色原理：利用白光中減去補(bǔ)色(黃、品、青)獲取彩色影像的方法。目前六頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)、顏色模型各種表示顏色的方法，稱(chēng)做顏色模型。目前使用最多的是面向機(jī)器（如顯示器、攝像機(jī)、打印機(jī)等）的RGB模型和面向顏色處理（也面向人眼視覺(jué)）的HSI(HSV）模型。1、RGB模型：目前七頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)、顏色模型2、HSI(V)模型：利用色調(diào)、飽和度和亮度三個(gè)屬性組成一個(gè)表示顏色的圓柱體。目前八頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)、顏色模型HSI優(yōu)點(diǎn)是，能夠獨(dú)立變化每一個(gè)HSI成分而不會(huì)影響到其他的HSI成分。例如，反差拉伸能夠應(yīng)用于圖像的亮度成分，而在圖像增強(qiáng)過(guò)程中像元的色度和飽和度將不會(huì)變化。也可用于顯示具有不同分辨率的空間配準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)。例如，一個(gè)數(shù)據(jù)源的高分辨率下的數(shù)據(jù)可以作為亮度成分顯示，而來(lái)自另一個(gè)數(shù)據(jù)源的低分辨率下的數(shù)據(jù)可以作為色度和飽和度成分來(lái)顯示。目前九頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)、顏色模型3、CMY顏色模型：以品紅(magenta)、青(cyan)、黃(yellow)作為三基色，是一種減色系統(tǒng)。CMY減色系統(tǒng)和RGB加色系統(tǒng)顏色互為補(bǔ)色。所謂某顏色的補(bǔ)色是從白色中減去這種顏色后所得到的顏色。品紅是綠色的補(bǔ)色，青色是紅色的補(bǔ)色，黃色是藍(lán)色的補(bǔ)色。相加系統(tǒng)的補(bǔ)色就是相減系統(tǒng)的基色(R+G=黃，G+B=青，R+B=品紅)。目前十頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)、顏色模型間轉(zhuǎn)換通常在HSI下作完增強(qiáng)后，再變回RGB顯示。RGB色彩立方體的投影面。當(dāng)對(duì)黑白點(diǎn)之間逐步變小的立方體進(jìn)行投影時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一系列的投影結(jié)果。目前十一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)、顏色模型間轉(zhuǎn)換目前十二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.1色度學(xué)基礎(chǔ)、顏色模型間轉(zhuǎn)換如果投影面沿灰度線從白到黑移動(dòng)，就會(huì)使一系列的更小的立方體被投影，從而在投影面上產(chǎn)生一序列的尺寸逐步降低的六邊形。白色六邊形最大，而黑色六邊形最小，實(shí)際上已經(jīng)縮小到一個(gè)點(diǎn)（立體六角錐）。亮度定義為沿灰度線方向從黑包到任意給定六邊形的投影距離；色度用環(huán)繞六邊形的角度來(lái)表示；飽和度用距六邊形中心灰度點(diǎn)的距離來(lái)表示。目前十三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)（1）瞳孔：透明的角膜后是不透明的虹膜，虹膜中間的圓孔稱(chēng)為瞳孔，其直徑可調(diào)節(jié)，控制進(jìn)入人眼內(nèi)之光通量(照相機(jī)光圈作用)（2）晶狀體：瞳孔后是一扁球形彈性透明體，其曲率可調(diào)節(jié)，以改變焦距，使不同距離的圖在視網(wǎng)膜上成象(照相機(jī)透鏡作用)目前十四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)（3）視細(xì)胞：大量于視網(wǎng)膜上，分為兩類(lèi)：1）錐狀細(xì)胞：600萬(wàn)－700萬(wàn)個(gè)；明視細(xì)胞，在強(qiáng)光下檢測(cè)亮度和顏色；白天視覺(jué)過(guò)程靠此完成。2）桿(柱)狀細(xì)胞：更多(10-20倍)；暗視細(xì)胞，在弱光下檢測(cè)亮度，無(wú)色彩感覺(jué)，用于給出總體圖像(平均亮度)。每個(gè)錐狀視細(xì)胞連接著一個(gè)視神經(jīng)末梢，故分辨率高，分辨細(xì)節(jié)、顏色；多個(gè)桿狀視細(xì)胞連接著一個(gè)視神經(jīng)末梢，故分辨率低，僅分辨圖的輪廓。目前十五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)（4）人眼成象過(guò)程：光線通過(guò)角膜、前室水狀液、水晶體、后室玻璃體，成像在視網(wǎng)膜的黃斑區(qū)周?chē)?。視網(wǎng)膜上的光敏細(xì)胞感受到不同的光刺激，產(chǎn)生強(qiáng)度不同的電脈沖，并經(jīng)神經(jīng)纖維傳送到視神經(jīng)中樞，由于不同位置的光敏細(xì)胞產(chǎn)生了和該處光的強(qiáng)弱成比例的電脈沖，所以，大腦中便形成了一幅景物的感覺(jué)。目前十六頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)人眼的適應(yīng)亮度范圍很寬：10的10次方(最大與最小之差)。同時(shí)識(shí)別亮度范圍很有限的：（適應(yīng)的范圍寬，同時(shí)識(shí)別范圍窄）。如從亮屋到黑屋什么都看不見(jiàn)（需適應(yīng)20～30秒），從黑屋到白屋適應(yīng)較快（僅需1～2秒）。人眼對(duì)亮度有適應(yīng)能力，因此很難判別亮度絕對(duì)值。即使相同亮度，但若背景亮度不同，人眼的主觀感覺(jué)的亮度亦不一致。要人眼感覺(jué)物體在運(yùn)動(dòng)，至少15幀/S。目前十七頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)系統(tǒng)輸出圖像員終總是由人的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)評(píng)價(jià)。圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)與視覺(jué)心理：對(duì)圖像的認(rèn)識(shí)或理解是由感覺(jué)和心理狀態(tài)決定的；圖像系統(tǒng)評(píng)價(jià)的真正尺度應(yīng)該是發(fā)信者的意圖為收信者所理解的程度，而不是對(duì)發(fā)信者發(fā)出的圖像像素信息集臺(tái)的簡(jiǎn)單接收。畫(huà)面組成和視覺(jué)心理：人的視野，左右約180度，上下約60度，視力好的部位僅限2－3度。人是如何轉(zhuǎn)動(dòng)眼球使視線移動(dòng)，從而適應(yīng)大的畫(huà)面和立體景像的？目前十八頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)人眼中心視力分辨率強(qiáng)，可以進(jìn)行圖像細(xì)節(jié)的認(rèn)識(shí)，但只能認(rèn)識(shí)圖像的一小部分；而周邊視力分辨率差，但可認(rèn)識(shí)圖像的全貌，而且可以將所視目標(biāo)特征部分檢出，利用檢出的目標(biāo)圖像特征去控制眼球運(yùn)動(dòng)。必要時(shí)可以再用中心視力來(lái)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)這一部分圖像。對(duì)于大畫(huà)面圖像，充分利用周邊視產(chǎn)生較強(qiáng)的臨場(chǎng)感；而小畫(huà)面臨場(chǎng)感弱，為了產(chǎn)生充分的臨場(chǎng)感。畫(huà)面尺寸一般應(yīng)有30度以上的視野。寬銀幕和球幕電影的視覺(jué)效果好的原因。目前十九頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)視覺(jué)的時(shí)空頻率分析：視覺(jué)的空間頻率特性是影響圖像銳度的主要原因。具有mach效應(yīng)、Roca-Sulzer微分效應(yīng)以及中樞神經(jīng)的Craik-o’brien積分效應(yīng)等是視覺(jué)信息處理的基礎(chǔ)。由此可將視覺(jué)和圖像結(jié)合起來(lái)研究，應(yīng)用于圖像編碼中。目前二十頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)mach效應(yīng)：一種亮度對(duì)比現(xiàn)象。當(dāng)一系列亮度不同的圖形從暗到亮排列在一起時(shí)，在較亮圖形臨近較暗圖形的邊緣處，存在一條更亮的帶子；而在較暗圖形臨近較亮圖形的邊緣處，有一條更暗的帶子。目前二十一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)Mach帶效應(yīng)：當(dāng)亮度為階躍變化時(shí)，圖像中顯示出豎條灰度梯級(jí)圖像，如圖。每個(gè)豎條寬度內(nèi)反射出來(lái)的強(qiáng)度是均勻的，相鄰豎條之間的強(qiáng)度是常數(shù)，然而看起來(lái)每一豎條內(nèi)右邊要比左邊稍亮。目前二十二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)眼睛對(duì)不同空間頻率產(chǎn)生不同視覺(jué)響應(yīng)的結(jié)果。視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)空間高頻和低頻的敏感性較差，而對(duì)中頻有較高的敏感性，因而在亮度突變處產(chǎn)生亮度過(guò)沖現(xiàn)象；對(duì)景物有增強(qiáng)其輪廓的作用。制作效果：用一個(gè)黑白組成的圓盤(pán)，高速旋轉(zhuǎn)時(shí),在3個(gè)交界處會(huì)看到比較亮和比較暗的兩條窄環(huán)：b點(diǎn)亮環(huán)和c點(diǎn)暗環(huán)。亮環(huán)和暗環(huán)就叫馬赫帶。物理上，ab和cd區(qū)的亮度是均勻的，而看起來(lái)b點(diǎn)卻比ab區(qū)亮，而c點(diǎn)又比cd區(qū)暗，說(shuō)明感覺(jué)的變化和光強(qiáng)的變化并不完全對(duì)應(yīng)。目前二十三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)視覺(jué)生理和模型研究：視覺(jué)生理主要是指從視覺(jué)信息的產(chǎn)生、傳輸和處理的機(jī)理。涉及神經(jīng)生理學(xué)，對(duì)圖像工程技術(shù)是很有啟發(fā)性的。已經(jīng)能夠?qū)Σ糠稚窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型分析，如側(cè)抑制現(xiàn)象、馬赫效應(yīng)等。但涉及到大腦高級(jí)神經(jīng)中樞的“思考過(guò)程”，學(xué)習(xí)、聯(lián)想、記憶等自己組織化機(jī)能的研究，還剛起步。埃舍爾矛盾空間目前二十四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)研究課題：（1）搞清決定圖像質(zhì)量的主觀因素，作出其總的結(jié)構(gòu)模型；（2）找出人腦真正接收信息的容量，大腦有效接收?qǐng)D像的顯示方式；（3）弄清圖像信源和信宿的結(jié)構(gòu)，建立起包括人的因素在內(nèi)的信息論；（4）研究視覺(jué)和其它感覺(jué)的相乘作用，即視覺(jué)和其它感覺(jué)的互相影響；（5）開(kāi)發(fā)自己組織作用的綜合研究，進(jìn)一步建立、發(fā)展“思考過(guò)程”；（6）視覺(jué)和行為的關(guān)系。2.2人的視覺(jué)特性目前二十五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)視覺(jué)信息的產(chǎn)生：傾向性的意見(jiàn)：視網(wǎng)膜可分為若干層，各層對(duì)視覺(jué)信息的產(chǎn)生、加工、傳遞起著不同的作用。視覺(jué)信息的產(chǎn)生是在具有桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞的視細(xì)胞層。視覺(jué)信息傳遞：視覺(jué)信息傳遞分眼球內(nèi)和眼球外兩部分。視覺(jué)信息的加工處理：刺激某一個(gè)神經(jīng)元使其興奮，若再刺激該神經(jīng)元附近的其它神經(jīng)元時(shí)，可以看出后者的興奮對(duì)前者的興奮有抑制作用。側(cè)抑制的強(qiáng)弱與神經(jīng)之間距離、興奮程度等有關(guān)。目前二十六頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)由于視神經(jīng)的側(cè)抑制作用而產(chǎn)生的視覺(jué)馬赫現(xiàn)象，有增強(qiáng)像輪廓提高圖像反差的作用。大腦對(duì)圖形的認(rèn)識(shí)過(guò)程，知之較少，但有很多設(shè)想，如大腦全息記憶型設(shè)想。學(xué)會(huì)走迷宮老鼠切除大腦部分皮層實(shí)驗(yàn)，只切少許不受影響，推測(cè)一種現(xiàn)象不能用一種神經(jīng)元來(lái)記憶，而是分散在許多神經(jīng)元的不同狀態(tài)中,和光學(xué)全息很相似，從部分全息記憶中恢復(fù)整個(gè)圖像。目前二十七頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)1、人眼的構(gòu)造與機(jī)理要點(diǎn)視覺(jué)運(yùn)動(dòng)特性：眼球運(yùn)動(dòng)及控制、注視點(diǎn)的分布、眼球運(yùn)動(dòng)與外界不動(dòng)性、運(yùn)動(dòng)視覺(jué)的其它特性。注視點(diǎn)主要集中在圖像黑白交界的部分，尤其拐角處；對(duì)閉合的圖形，注視點(diǎn)容易向圖形內(nèi)側(cè)移動(dòng)；容易集中在時(shí)隱時(shí)現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)變化的部分；圖像中一些特別的不規(guī)則處。其他特性：大的運(yùn)動(dòng)物體看上去速度慢；假運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：當(dāng)實(shí)際靜止的幾個(gè)物體時(shí)隱時(shí)現(xiàn)時(shí)，看上去好像物體在運(yùn)動(dòng)。2.2人的視覺(jué)特性目前二十八頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2、人的視覺(jué)模型點(diǎn)光源的表示函數(shù)：點(diǎn)源可以用δ函數(shù)表示，表示平面圖像的二維δ函數(shù)為：2.2人的視覺(jué)特性則任意一幅圖像可表示為：目前二十九頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性2、人的視覺(jué)模型

設(shè)x(t)為無(wú)時(shí)限的信號(hào)，將它分解為一系列寬度為的窄脈沖之和。當(dāng)則：目前三十頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)

設(shè)系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)為h(t),則系統(tǒng)對(duì)應(yīng)于的沖激響應(yīng)為則系統(tǒng)對(duì)輸入x(t)的總響應(yīng)為所有沖激響應(yīng)之和：當(dāng)：求和符號(hào)改為積分符號(hào)目前三十一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性2、人的視覺(jué)模型卷積積分的圖解法：有助于我們理解卷積的物理意義以及求解步驟，以x(t)*h(t)為例：（1）翻褶：將h（τ）反折，得h（-τ）。（2）移位：將h(-τ）沿τ軸時(shí)延t秒，得到h(t－τ）。（3）相乘：將x(τ）與h(t-τ）相乘，得x(τ）.h(t-τ）（4）相加：沿τ軸對(duì)x

(τ）.h(t-τ）積分目前三十二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)目前三十三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)例：設(shè)x(t)與h(t)如圖所示，求y(t)=x(t)*h(t)反折：時(shí)移目前三十四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)（1）（2）（3）目前三十五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)（4）(5)y(t)的時(shí)域波形如圖所示：目前三十六頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性2、人的視覺(jué)模型高斯函數(shù)：高斯（正態(tài)、常態(tài)）分布。對(duì)于隨機(jī)變量X，其概率密度函數(shù)如圖所示，記為N（μ，σ2）。對(duì)不同的μ表現(xiàn)為p(x)的圖形左右平移；對(duì)不同的σ（固定μ）p(x)的圖形將隨σ的減小而變高和變窄。特別當(dāng)μ=0,σ2=1時(shí)，X的分布為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。目前三十七頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性2、人的視覺(jué)模型光學(xué)成像系統(tǒng)的表示人的視覺(jué)模型目前三十八頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性3、人眼的亮度感覺(jué)目前三十九頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.2人的視覺(jué)特性3、人眼的亮度感覺(jué)主觀亮度S與實(shí)際亮度B之間的關(guān)系:

S=KlnB+k0人眼亮度感覺(jué)之應(yīng)用：若一幅原圖像經(jīng)過(guò)處理，恢復(fù)后得到重現(xiàn)圖像，重現(xiàn)圖像的亮度不必等于原圖像的亮度，只要保證二者的對(duì)比度及亮度層次（灰度級(jí)）相同，就能給人以真實(shí)的感覺(jué)。目前四十頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化1、數(shù)字化：將一幅畫(huà)面轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能處理的形式的過(guò)程。（模擬圖像－數(shù)字圖像）。包括采樣和量化兩個(gè)過(guò)程。目前四十一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化（1）采樣：將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)的操作。采樣間隔和采樣孔徑的大小是兩個(gè)很重要的參數(shù)。當(dāng)對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)際的抽樣時(shí)，怎樣選擇各抽樣點(diǎn)的間隔是個(gè)非常重要的問(wèn)題。關(guān)于這一點(diǎn)，圖像包含何種程度的細(xì)微的濃淡變化，取決于希望真實(shí)反映圖像的程度。目前四十二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化采樣定量：

采樣過(guò)程所應(yīng)遵循的規(guī)律。說(shuō)明采樣頻率與信號(hào)頻譜之間的關(guān)系，是連續(xù)信號(hào)離散化的基本依據(jù)。1928年由美國(guó)電信工程師H.奈奎斯特首先提出來(lái)的，因此稱(chēng)為奈奎斯特采樣定理。1933年由蘇聯(lián)工程師科捷利尼科夫首次用公式嚴(yán)格地表述這一定理，因此在蘇聯(lián)文獻(xiàn)中稱(chēng)為科捷利尼科夫采樣定理。1948年信息論的創(chuàng)始人C.E.香農(nóng)對(duì)這一定理加以明確地說(shuō)明并正式作為定理引用，因此在許多文獻(xiàn)中又稱(chēng)為香農(nóng)采樣定理。目前四十三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化采樣定量：有許多表述形式，但最基本的表述方式是時(shí)域采樣定理和頻域采樣定理。采樣定理在數(shù)字式遙測(cè)系統(tǒng)、時(shí)分制遙測(cè)系統(tǒng)、信息處理、數(shù)字通信和采樣控制理論等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。時(shí)域采樣定理：頻帶為F的連續(xù)信號(hào)f(t)可用一系列離散的采樣值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...來(lái)表示,只要這些采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔Δt≤1/2F，便可根據(jù)各采樣值完全恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)f(t)。這是時(shí)域采樣定理的一種表述方式。

目前四十四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化時(shí)域采樣定理：另一種表述方式是，當(dāng)時(shí)間信號(hào)函數(shù)f(t)的最高頻率分量為fM時(shí),f(t)的值可由一系列采樣間隔小于或等于1/2fM的采樣值來(lái)確定,即采樣點(diǎn)的重復(fù)頻率f≥2fM。目前四十五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化頻率域采樣定理：對(duì)于時(shí)間上受限制的連續(xù)信號(hào)f(t)（即當(dāng)│t│>T

時(shí),f(t)=0,這里T=T2-T1是信號(hào)的持續(xù)時(shí)間），若其頻譜為F（ω）,則可在頻域上用一系列離散的采樣值的采樣值來(lái)表示,只要這些采樣點(diǎn)的頻率間隔。目前四十六頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化（2）量化：經(jīng)采樣圖像被分割成空間上離散的像素，但其灰度是連續(xù)的，還不能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散整數(shù)值的過(guò)程叫量化。一幅圖像中不同灰度值的個(gè)數(shù)稱(chēng)灰度級(jí)數(shù)，用G表示。一般來(lái)說(shuō)，，g表示圖像像素灰度值所需的比特位數(shù)。通常采用8bit量化。從視覺(jué)效果上，采用大或等于6bit量化的灰度圖像，視覺(jué)效果令人滿意。數(shù)字化前需要決定影像大小（行數(shù)M、列數(shù)N）和灰度級(jí)數(shù)G的取值。一般數(shù)字圖像灰度級(jí)數(shù)G為2的整數(shù)冪。所需的存儲(chǔ)空間為M×N×g（bit）稱(chēng)為圖像的數(shù)據(jù)量。目前四十七頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化量化：目前四十八頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化一、均勻采樣：等間隔。目前四十九頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化一、均勻采樣：等間隔。目前五十頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化二、均勻量化：目前五十一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化三、分辨率變化對(duì)圖像的影響目前五十二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化三、分辨率變化對(duì)圖像的影響(a)256x256;(b)128x128;(c)64x64;(d)32x32;(e)16x16;(f)8x8;目前五十三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化三、分辨率變化對(duì)圖像的影響目前五十四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化三、分辨率變化對(duì)圖像的影響(a)K=256;(b)K=128;(c)K=32;(d)K=16;(e)K=4;(f)K=2目前五十五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化2、像素間的基本關(guān)系：目前五十六頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化3、像素間的鄰接性：目前五十七頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化3、像素間的鄰接性：目前五十八頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.3圖像數(shù)字化4、像素間的距離度量：目前五十九頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)數(shù)字圖像的矩陣表示目前六十頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)二值圖像的表示方法為減少計(jì)算量，常將灰度圖像轉(zhuǎn)為二值圖像處理。只有黑白兩個(gè)灰度級(jí)，0or1：如文字圖片目前六十一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)鏈碼表示法：屬特有的表示方法,適合表示直線和曲線組成的二值圖像，以及描述圖像的邊界輪廓。采用鏈碼比矩陣表示可節(jié)省很多的比特?cái)?shù)。規(guī)定了鏈的起點(diǎn)坐標(biāo)和鏈的斜率序列，就可以完全描述曲線或直線。目前六十二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)灰度圖像：灰度圖像是指每個(gè)像素由一個(gè)量化的灰度值來(lái)描述的圖像。它不包含彩色信息。目前六十三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)彩色圖像：彩色圖像是指每個(gè)像素由R、G、B三原色像素構(gòu)成的圖像，其中R、B、G是由不同的灰度級(jí)來(lái)描述的。目前六十四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)二值圖像示例目前六十五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)灰度圖像示例目前六十六頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)彩色圖像示例目前六十七頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)彩色圖像示例目前六十八頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.4數(shù)字圖像表示形式和特點(diǎn)數(shù)字圖像的特點(diǎn)：（1）信息量大：一幅遙感圖像,如N=1024,G=256，則有8Mb；（2）占用頻帶寬：與語(yǔ)音信息相比，圖像信息占用的帶寬要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。如電視圖像約為5.6MHZ，而語(yǔ)音僅為2KHz左右。因此，處理的難度大，成本高。這就對(duì)圖像（頻帶）壓縮提出了必須（很高）的要求；（3）像素間相關(guān)性大：同幅內(nèi)相鄰像素間具有相同（或相近）灰度的可能性很大；運(yùn)動(dòng)圖像的相鄰幀對(duì)應(yīng)像素間相關(guān)性更大。所以，圖像壓縮的潛力（可能性）很大。（4）視覺(jué)效果的主觀性大。目前六十九頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.5圖像灰度直方圖一個(gè)簡(jiǎn)單而非常有用的工具。概括反映一幅圖像的灰度級(jí)內(nèi)容和圖像可觀的信息。反映的是一幅圖像中各灰度級(jí)與各灰度級(jí)像素出現(xiàn)的頻率之間的關(guān)系。以灰度級(jí)為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為灰度級(jí)的頻率，繪制頻率同灰度級(jí)的關(guān)系圖就是灰度直方圖。它是圖像的一個(gè)重要特征，反映了圖像灰度分布的情況。目前七十頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.5圖像灰度直方圖灰度圖像的直方圖：目前七十一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.5圖像灰度直方圖彩色圖像的分波段直方圖：目前七十二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.5圖像灰度直方圖直方圖統(tǒng)計(jì)：該圖像像元總數(shù)為8*8=64,i=[0,7]目前七十三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.5圖像灰度直方圖直方圖性質(zhì)：只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置,即丟失像素的位置信息。一幅圖像對(duì)應(yīng)唯一的灰度直方圖，反之不成立。不同的圖像可對(duì)應(yīng)相同的直方圖。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原圖像的直方圖。目前七十四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.5圖像灰度直方圖直方圖應(yīng)用：判斷圖像量化是否恰當(dāng)(是否合理利用全部允許的范圍)。(a)恰當(dāng)量化(b)未能有效利用(c)超過(guò)了動(dòng)態(tài)范圍

用于確定圖像二值化的閾值。目前七十五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.5圖像灰度直方圖直方圖應(yīng)用具有二峰性的圖像目前七十六頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.5圖像灰度直方圖直方圖應(yīng)用：當(dāng)物體部分的灰度值比其它部分灰度值大時(shí)，可利用直方圖統(tǒng)計(jì)圖像中物體的面積。計(jì)算圖像信息量H（熵）：反映圖像信息豐富程度，在圖像編碼處理中有重要意義。目前七十七頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.6圖像處理算法的形式按圖像處理的輸出形式，圖像處理的基本功能可分為三種形式。1）單幅圖像→單幅圖像，如圖：

2）多幅圖像→單幅圖像，如圖：3）單（或多）幅圖像→數(shù)字或符號(hào)等，如圖：目前七十八頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.6圖像處理算法的形式圖像處理的幾種具體算法1、局部處理鄰域：對(duì)于任一像素（i，j），集合{（i+p,j+q），p、q取合適的整數(shù)}叫做該像素的鄰域，如圖（a）。常用的鄰域如圖（b）、（c),分別表示中心像素的4-鄰域、8-鄰域。目前七十九頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.6圖像處理算法的形式圖像處理的幾種具體算法1、局部處理：對(duì)輸入圖像IP（i,j）處理時(shí)，某一輸出像素JP(i,j)值由輸入圖像像素（i,j)及其鄰域N(i,j)中的像素值確定。這種處理稱(chēng)為局部處理。計(jì)算表達(dá)式為：目前八十頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.6圖像處理算法的形式圖像處理的幾種具體算法1、局部處理：圖像的移動(dòng)平均平滑和空間域銳化屬于局部處理。例如對(duì)一幅圖象采用3×3模板進(jìn)行卷積運(yùn)算。目前八十一頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.6圖像處理算法的形式圖像處理的幾種具體算法1、局部處理：在局部處理中，當(dāng)輸出值JP(i,j)僅與IP(i,j)有關(guān)，則稱(chēng)為點(diǎn)處理，如圖。計(jì)算表達(dá)式為：圖像對(duì)比度增強(qiáng)、圖像二值化等屬于點(diǎn)處理。目前八十二頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.6圖像處理算法的形式圖像處理的幾種具體算法1、局部處理：輸出像素JP(i,j)的值取決于輸入圖像大范圍或全部像素的值，這種處理稱(chēng)為大局處理。計(jì)算表達(dá)式為：目前八十三頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.6圖像處理算法的形式圖像處理的幾種具體算法2、迭代處理：反復(fù)對(duì)圖像進(jìn)行某種運(yùn)算直至滿足給定的條件，從而得到輸出圖像的處理形式稱(chēng)為迭代處理。如下圖像的細(xì)化處理過(guò)程。目前八十四頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七點(diǎn)2.6圖像處理算法的形式圖像處理的幾種具體算法3、跟蹤處理：選擇滿足適當(dāng)條件的像素作為起始像素，檢查輸入圖像和已得到的輸出結(jié)果，求出下一步應(yīng)該處理的像素，進(jìn)行規(guī)定的處理，然后決定是繼續(xù)處理下面的像素，還是終止處理。這種處理形式稱(chēng)為跟蹤處理。4、位置不變處理和位置可變處理：輸出像素JP(i，j)的值的計(jì)算方法與像素的位置(i，j)無(wú)關(guān)的處理稱(chēng)為位置不變處理或位移不變處理；隨位置不同計(jì)算方法也不同的處理稱(chēng)為位置可變處理。目前八十五頁(yè)\總數(shù)九十二頁(yè)\編于七