圖像處理系統(tǒng)與視覺基礎(chǔ)

關(guān)于圖像處理系統(tǒng)與視覺基礎(chǔ)第1頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月知識(shí)要點(diǎn)人類顏色視覺和色度學(xué)知識(shí)。灰度圖像和彩色圖像的描述方法，重點(diǎn)討論灰度靜止圖像。典型的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。圖像的基本統(tǒng)計(jì)特征。MATLAB圖像處理工具箱、Photoshop等圖像處理軟件入門初步。第2頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月人類色覺的產(chǎn)生是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。除了光源對(duì)眼睛的刺激，還需要人腦對(duì)光刺激的解釋。人感受到的物體顏色主要取決于反射光的特性。如果物體比較均衡地反射各種光譜，則看起來(lái)是白的。如果物體對(duì)某些光譜反射得較多，則看起來(lái)物體就呈現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的顏色。色度學(xué)：進(jìn)行圖像的彩色分析，建立的研究彩色計(jì)量的學(xué)科。2.1人類視覺與色度學(xué)基礎(chǔ)第3頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月視覺系統(tǒng)中存在著桿狀和錐狀細(xì)胞兩種感光細(xì)胞。桿狀細(xì)胞為暗視器官錐狀細(xì)胞是明視器官，在照度足夠高時(shí)起作用，并能分辨顏色。錐狀細(xì)胞大致將電磁光譜的可見部分分為三個(gè)波段：紅、綠、藍(lán)。這三種顏色被稱為三基色人類視覺系統(tǒng)第4頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.1人類視覺系統(tǒng)三類錐狀細(xì)胞的光譜敏感曲線第5頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖像視覺基礎(chǔ)與數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2.1光度學(xué)及色度學(xué)原理

1.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反映。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(zhǎng)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。

色彩具有三個(gè)基本屬性：色調(diào)、飽和度和亮度。第6頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

人類視覺對(duì)顏色的主觀感覺顏色的三種主觀感覺：色調(diào)、色飽和度和亮度。色調(diào)（hue）從一個(gè)物體反射過(guò)來(lái)的或透過(guò)物體的光波長(zhǎng)是由顏色種類來(lái)辨別的，如紅、橙、綠。色飽和度（saturation）即色純度，指顏色的深淺例如：深紅和淺紅。亮度（brightness）顏色的明暗程度，從黑到白，主要受光源強(qiáng)弱影響。第7頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月色調(diào)是與混合光譜中主要光波長(zhǎng)相聯(lián)系的。（紅綠藍(lán)）飽和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，隨著白光的加入飽和度逐漸減少。（如深紅、淺紅等）亮度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。第8頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.顏色視覺（1）顏色的基礎(chǔ)知識(shí)顏色的本質(zhì)：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。

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，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)的顏色。第9頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

顏色與彩色：

顏色可分為無(wú)彩色和有彩色兩大類。無(wú)彩色：白色、黑色和各種深淺程度不同的灰色。有彩色：除去黑白系列以外的各種顏色。

三基色：

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)立的彩色稱為三基色。第10頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2三基色原理由三基色混配各種顏色通常有兩種方法：相加混色法。彩色電視機(jī)上的顏色。相減混色法。彩色電影、幻燈片、繪畫原料相加混色和相減混色的主要區(qū)別：（1）相加法是由發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生的各種顏色，而相減法是先有白色光，然后從中減去某些成份（吸收）得到各種顏色。（2）相加混色的三基色是紅、綠、藍(lán)，而相減混色的三基色是黃、青、品紅。相加混色的補(bǔ)色就是相減混色的基色。（3）相加混色和相減混色有不同的規(guī)律。第11頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

相加混合法的三基色是：紅、綠、藍(lán)，它們之間的任意一組混合都可以得到一種新的彩色。光的三原色印刷三原色第12頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Grassman定律視覺對(duì)顏色的響應(yīng)取決于紅、綠、藍(lán)三輸入量的代數(shù)和。（1）所有顏色都可以用相互獨(dú)立的三基色混合得到；（2）假如三基色的混合比相等，則色調(diào)和色飽和度也相等；（3）任意兩種顏色相混合產(chǎn)生的新顏色與采用三基色分別合成這兩種顏色的各自成份混合起來(lái)得到的結(jié)果相等；（4）混合色的光亮度是原來(lái)各分量光亮度的總和。第13頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三原色原理：任何顏色都可以用３種不同的基本顏色按不同的比例混合得到。標(biāo)準(zhǔn)三基色：國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)規(guī)定：紅色(R)：波長(zhǎng)為700nm；綠色(G)：波長(zhǎng)為546.1nm；藍(lán)色(B)：波長(zhǎng)為435.8nm。紅綠藍(lán)三原色按照比例混合可以得到各種顏色，其配色方程為：第14頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）顏色模型：

所有顏色都可以看作3個(gè)基本顏色：紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)的不同組合。

（i）RGB模型RGB模型面向彩色顯示器或打印機(jī)等設(shè)備。RGB彩色立方體B(0,0,1)白灰黑GR(1,0,0)(0,1,0)0藍(lán)綠紅第15頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

顏色向量C的計(jì)算CIE的R、G、B顏色表示系統(tǒng)。選擇標(biāo)準(zhǔn)紅色，綠色和藍(lán)色三種單色光作為表色系統(tǒng)的三基色。顏色向量C紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三刺激值所構(gòu)成的（R，G，B）向量的和構(gòu)成。

C=RR0+GG0+BB0

（2.1）R、G、B為C的三刺激值（tristimulusvalues）（R0，G0，B0）稱為原刺激值，是單位向量。第16頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2.2顏色的向量表示與光譜三刺激值

（a）顏色的向量表示（b）光譜三刺激值第17頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（ii）HSI模型：

基于區(qū)分顏色的3種基本特征量，即：色調(diào)（hue)飽和度(saturation)和亮度（intensity)

。適合人的視覺系統(tǒng)。

HSI格式可以用一個(gè)圓柱體表示：圓柱體橫截面形成彩色環(huán)；色調(diào)由角度表示；飽和度由半徑上的點(diǎn)至圓心的距離表示，圓周上的顏色其飽和度為1，圓心的飽和度為0；圓柱的軸線表示亮度，底部的亮度最低，頂部的亮度最高。第18頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亮度色調(diào)飽和度第19頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月HSI模型的特點(diǎn)：（1）亮度（I）分量與圖像的彩色信息無(wú)關(guān)；反映物體的明暗程度；（2）色調(diào)（H）和飽和度（S）分量與人感受顏色的方式緊密相連。適用：

借助人的視覺系統(tǒng)來(lái)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)畫中的彩色圖形。第20頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（3）RGB模型與HSI模型之間轉(zhuǎn)換

（i）從RGB轉(zhuǎn)換到HSI

色度用H表示，飽和度用S表示，亮度用I表示。第21頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

（ii）從HSI轉(zhuǎn)換到RGB分3段：

當(dāng)H在[0°，120°]之間：當(dāng)H在[120°,240°]之間：第22頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)H在[240°,360°]之間：第23頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Slide242.1.3光度學(xué)基本知識(shí)光度學(xué)光學(xué)中研究光的輻射、吸收、照射、反射、散射、漫射等度量的學(xué)科同時(shí)結(jié)合視覺特征來(lái)確定光的度量及吸收的單位。在可見光譜段以外的景物圖像可用類似的方法?？梢姽庾V段以外所形成的圖像，其處理的各個(gè)過(guò)程也常常要變換成人眼可以觀察的圖像例如熱成像、X光照片等第24頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Slide25光度學(xué)中的基本概念1.光通量2.發(fā)光強(qiáng)度3.視敏度4.亮度亮度是發(fā)光面的明亮程度的度量，它決定于單位面積的發(fā)光強(qiáng)度，單位為cd/m2。5.照度照度指照射在單位面積上的光通量，單位為勒（lx）。第25頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2人眼視覺基礎(chǔ)1.亮度和顏色感覺的視覺特性刺激強(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。如果光的輻射功率相同而波長(zhǎng)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。第26頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相對(duì)視敏函數(shù)：

反映人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光的敏感程度。當(dāng)光的輻射功率相同時(shí)，波長(zhǎng)λ為555nm的黃綠光的主觀感覺最亮。以視敏度K（555）為基礎(chǔ)，把任意波長(zhǎng)為λ的光的主觀感覺亮度稱為波長(zhǎng)λ的光的視敏度K(λ)。因此，任意波長(zhǎng)光的相對(duì)視敏度函數(shù)（相對(duì)視敏度）。即為：第27頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亮度適應(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(1010量級(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)，主觀感受的亮度也不同。人眼的明暗感覺是相對(duì)的。亮度適應(yīng)性：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適應(yīng)性稱為暗適應(yīng)性；從暗環(huán)境到明環(huán)境適應(yīng)性為亮適應(yīng)性。第28頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亮度對(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)）與周圍環(huán)境之間光照的相對(duì)強(qiáng)度。（1）馬赫帶效應(yīng)

馬赫帶：在視覺圖像的明暗過(guò)渡帶的兩側(cè)看到的亮帶與暗帶。第29頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）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)比度示例圖馬赫帶效應(yīng)：基于視覺系統(tǒng)有趨向于過(guò)高或過(guò)低估計(jì)不同亮度區(qū)域邊界值的現(xiàn)象。第30頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.視覺的空間性質(zhì)視覺的空間頻率特性：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)間特性使視覺圖像建立起來(lái)是需要時(shí)間的，而視覺圖像建立起來(lái)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。第31頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月運(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。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(zhǎng)。視覺運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（習(xí)慣）：

①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；②看圓形的畫面總是習(xí)慣沿順時(shí)針?lè)较蚩?，所以?duì)順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)的物體的反應(yīng)較逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)物體快；第32頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③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；④視線習(xí)慣于從左到右和從上到下看等。4.主觀輪廓和空間錯(cuò)覺主觀輪廓：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)得到的概念（如圖）。第33頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主觀輪廓視覺效果圖第34頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

空間錯(cuò)覺：物體的整體面貌和結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈地影響著人們對(duì)它的感知。通常有兩類：基于形狀和方向；基于長(zhǎng)度和面積。第35頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩條紅線是否一樣長(zhǎng)?大個(gè)子在追小個(gè)子?第36頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Slide37本章小結(jié)

（1）主要介紹了數(shù)字圖像處理的基本知識(shí)。從人類視覺特性和色度學(xué)基本原理出發(fā)，完成對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，介紹了基本的圖像處理系統(tǒng)、圖像開發(fā)環(huán)境及常用的圖像處理軟件。（2）要求掌握色度學(xué)基本概念，了解常用數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成原理，逐步熟悉常見圖像處理軟件的操作方法。（3）本章重點(diǎn)要求掌握?qǐng)D像基本統(tǒng)計(jì)特征的意義和計(jì)算方法。第37頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.請(qǐng)解釋馬赫帶效應(yīng)，馬赫帶效應(yīng)和同時(shí)對(duì)比度反映了什么共同的問(wèn)題?

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)。2.色彩具有那幾個(gè)基本屬性？描述這些基本屬性的含義。3.什么是視覺的空間頻率特性？什么是視覺的時(shí)間特性？4.顏色模型有哪幾種？思考題:第38頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3數(shù)字圖像處理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2.3.1線性系統(tǒng)1.線性系統(tǒng)：線性系統(tǒng)具有疊加性。第39頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.移不變系統(tǒng)3.線性移不變系統(tǒng)第40頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2卷積與濾波1.卷積定義：2.卷積性質(zhì)：（1）交換率：（2）結(jié)合律：（3）分配律：（4）求導(dǎo)：第41頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.離散卷積4.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濾波。這樣，線性移不變系統(tǒng)的輸出可以通過(guò)輸入信號(hào)與一表征系統(tǒng)特性的函數(shù)的卷積得到。——系統(tǒng)中的沖激響應(yīng)第43頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3二維線性系統(tǒng)1.空間不變的線性系統(tǒng)設(shè)某系統(tǒng)，若輸入產(chǎn)生輸出即：或用空間矢量記為：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)。第44頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于二維線性系統(tǒng)：若即則稱該系統(tǒng)為空間不變的線性系統(tǒng)。

二維線性移不變系統(tǒng)的輸出也可以通過(guò)輸入信號(hào)與表征系統(tǒng)特性的沖激響應(yīng)函數(shù)h(x,y)的二維卷積得到，即：第45頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離散二維卷積形式為：2.二維線性系統(tǒng)的算子描述

二維線性系統(tǒng)常用的算子：梯度算子（一階微分算子）包括羅伯特算子（Robert）、索貝爾算子（Sobel）、浦瑞維特算子（Prewitt）等。第46頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.3.4數(shù)字圖像的數(shù)學(xué)表示

1.連續(xù)模型：一幅圖像以灰度G在(x,y)二維空間的連續(xù)變化來(lái)描述，即：圖像=G(x,y)2.離散模型：連續(xù)圖像經(jīng)過(guò)采樣和量化后，輸入計(jì)算機(jī)后即為它的離散形式，即為數(shù)字圖像。它是一個(gè)矩陣。第47頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.隨機(jī)場(chǎng)模型：一個(gè)多維的隨機(jī)過(guò)程被稱為隨機(jī)場(chǎng)。圖像隨機(jī)場(chǎng)模型是把每一個(gè)像素都看作一個(gè)隨機(jī)過(guò)程而形成的。在隨機(jī)場(chǎng)模型中，一幅圖像可用一個(gè)聯(lián)合概率密度來(lái)表達(dá)：式中：為不同平面上的像素。第48頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖像的隨機(jī)場(chǎng)模型yyy???

F(r,Gi)xxxGiG2G1r第49頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5數(shù)字圖像顯示

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。1.顯示圖像的大小

系統(tǒng)顯示圖像大小的能力包括兩部分。第一是顯示器自身的物理尺寸，它應(yīng)該足夠大，能方便的觀察和理解所顯示的圖像。第二是顯示系統(tǒng)能處理的最大數(shù)字圖像的大小。顯示器必須與待顯示的最大圖像的行數(shù)和每行像素?cái)?shù)相適應(yīng)。第50頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.光度分辨率

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)能產(chǎn)生的離散灰度級(jí)數(shù)目。3.低頻響應(yīng)

顯示系統(tǒng)再現(xiàn)大塊灰度級(jí)即平坦區(qū)域的能力。希望平坦區(qū)域以均勻一致的亮度顯示出來(lái)。4.高頻響應(yīng)

圖像中的高頻通常反映圖像的邊緣，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細(xì)節(jié)的能力。第51頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.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

顯示系統(tǒng)的電子噪聲會(huì)引起顯示點(diǎn)亮度與位置兩方面的變化，即幅值噪聲和位置噪聲兩種。（1）幅值噪聲

亮度通道的隨機(jī)噪聲會(huì)產(chǎn)生一種“胡椒加鹽”的效果（即黑白噪聲點(diǎn)），在平坦區(qū)域中尤其明顯。第52頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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。（2）位置噪聲

來(lái)自偏轉(zhuǎn)電路使點(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。第53頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.6圖像的統(tǒng)計(jì)特征1.圖像的基本統(tǒng)計(jì)分析量設(shè)數(shù)字圖像為f(i,j),大小為M×N,（1）圖像的信息量：表示圖像所含信息的多少。

一幅圖像如果有q種灰度值，并且出現(xiàn)的概率分別為p1,p2,p3,…,pq,則根據(jù)香農(nóng)定理圖像的信息量用

熵H表示為：第54頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：計(jì)算下面圖像的熵01321321057625671606163426753565322726162650275012321212312312210：5個(gè)1：12個(gè)2：16個(gè)3：8個(gè)4：1個(gè)5：7個(gè)6：10個(gè)7：5個(gè)P1=5/64P2=12/64P3=16/64P4=8/64P5=1/64P6=7/64P7=10/64P8=5/64第55頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月0132132105762567160616342675356532272616265027501232121231231221（2）圖像灰度的平均值一幅圖像中所有像元灰度值的算術(shù)平均值，反映圖像中不同物體的平均反射強(qiáng)度。例：計(jì)算下面圖像的灰度平均值灰度值01234567個(gè)數(shù)51216817105第56頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）圖像灰度中值圖像所有灰度級(jí)中處于中間的值，當(dāng)灰度數(shù)為偶數(shù)時(shí)，則取中間的兩個(gè)灰度值的平均值。（4）圖像灰度眾數(shù)圖像中出現(xiàn)次數(shù)最多的灰度值，它反映一幅圖像中密度占優(yōu)的物體的灰度特征。0132132105762567160616342675356532272616265027501232121231231221例：求下面圖像的灰度中值和灰度眾數(shù)灰度值01234567個(gè)數(shù)51216817105第57頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（5）圖像灰度方差

反映各像元灰度值與圖像平均灰度值的總的離散程度。方差越大，說(shuō)明圖像信息量越大。（6）圖像灰度值域

圖像最大灰度值和最小灰度值的差值。第58頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.圖像的直方圖特征

圖像中所有灰度值的概率分布。

3.多維圖像的統(tǒng)計(jì)特征（彩色圖像特征）

反映一幅圖像的多個(gè)波段之間的關(guān)系（如彩色圖像是三個(gè)波段；一幅遙感圖像包含七個(gè)波段）。（1）協(xié)方差：反映一幅圖像中的N個(gè)波段灰度值與其平均值之間的關(guān)系。第59頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）協(xié)方差計(jì)算公式：第60頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）相關(guān)系數(shù):圖像波段間的相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)量。反映兩個(gè)波段圖像所含信息的重疊程度，當(dāng)相關(guān)系數(shù)為1時(shí)，表明表明兩幅圖像完全重疊。相關(guān)矩陣為：第61頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.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，不能確切地規(guī)定圖像性質(zhì)，但是可以把它看成隨機(jī)信號(hào)來(lái)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、中心矩和功率譜等數(shù)學(xué)特征來(lái)表征。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)表述，圖像信號(hào)振幅分布函數(shù)是指圖像信號(hào)g(x,y)的值小于某一給定值z(mì)的概率：第62頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月振幅密度函數(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：圖像的振幅譜：圖像信號(hào)g(x,y)

的傅里葉變換。即：第63頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月能量譜：圖像信號(hào)g(x,y)具有的能量為：第64頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.7常用圖像格式簡(jiǎn)介

在圖像處理中，圖像文件存儲(chǔ)是最常見的問(wèn)題之一。目前常用的圖像格式有：BMP、GIF、JPEG、TIF(F)等格式。第65頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.8數(shù)字圖像處理中的基本運(yùn)算1.圖像處理的基本功能形式單幅圖像→單幅圖像將原始圖像對(duì)比度增強(qiáng)、消除噪音、增加亮度等。第66頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月多幅圖像→單幅圖像單（或多）幅圖像→數(shù)字或符號(hào)等統(tǒng)計(jì)量或特征量的測(cè)量編碼表示描述圖像圖像特征提取圖像2.點(diǎn)運(yùn)算點(diǎn)運(yùn)算：對(duì)數(shù)字圖像中像素點(diǎn)的操作。點(diǎn)運(yùn)算不改變圖像內(nèi)的空間關(guān)系。點(diǎn)運(yùn)算使圖像數(shù)據(jù)占據(jù)的灰度范圍發(fā)生改變。第67頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)比度增強(qiáng)或?qū)Ρ榷壤欤阂环鶊D像通過(guò)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)。方法：線性灰度變換（線性點(diǎn)運(yùn)算）和非線性點(diǎn)運(yùn)算。點(diǎn)運(yùn)算應(yīng)用：（1）對(duì)比度增強(qiáng)（灰度變換）第68頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1：線性灰度變換設(shè)輸入的灰度級(jí)為DA,輸出的灰度級(jí)為DB,灰度變換函數(shù)為：0255aDAa′b′bDB255第69頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

a)原圖b)對(duì)比度擴(kuò)展后的圖圖像的對(duì)比度擴(kuò)展第70頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月①當(dāng)a=1，b=0時(shí)，為將輸入圖像復(fù)制為輸出圖像;②當(dāng)a>1時(shí)，輸出圖像對(duì)比度增大，輸出灰度范圍變大，

DA灰度范圍[a,a′],DB灰度范圍[b,b′]③當(dāng)a<1時(shí)，輸出圖像對(duì)比度減小,輸出灰度范圍減??；④當(dāng)a=1,b≠0時(shí)，使所有圖像的灰度值上移或下移，其效果是圖像顯示為更亮或更暗；⑤當(dāng)a=-1,b=0時(shí)，暗區(qū)將變亮，亮區(qū)將變暗。實(shí)現(xiàn)圖像求補(bǔ)（求反）。討論：第71頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月用直接灰度變換增強(qiáng)圖像第72頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2：非線性灰度變換用非線性函數(shù)（如對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等）作為映射函數(shù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)圖像灰度的非線性點(diǎn)運(yùn)算。2552550①對(duì)數(shù)變換：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)壓縮，變換后圖像灰度分布與人的視覺特性相匹配。其中，a,b,c為調(diào)整曲線位置和形狀的參數(shù)。第73頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月255255②指數(shù)變換：0作用：對(duì)圖像的高灰度區(qū)給予較大拉伸。其中，a,b,c為調(diào)整曲線位置和形狀的參數(shù)。圖像的動(dòng)態(tài)范圍壓縮a)原圖b)進(jìn)行動(dòng)態(tài)范圍壓縮后的圖第74頁(yè)，課件共86頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）裁減將圖像感興趣的部分的灰度級(jí)變換到[0，255]范圍內(nèi)，而其他部分則被裁減掉。（3）輪廓線通過(guò)點(diǎn)運(yùn)算為圖像加上輪廓線，即進(jìn)行閾值化。（2）變換灰度單位