第2章 數(shù)字圖像基礎(chǔ)ppt課件.ppt

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1、圖像信息技術(shù)中的視覺研究圖像感知和獲取圖像采樣和量化像素間的基本關(guān)系第2章數(shù)字圖像基礎(chǔ)2.1圖像信息技術(shù)中的視覺研究2.1.1視覺研究與圖像技術(shù)的關(guān)系(1)人的視覺系統(tǒng)是圖像系統(tǒng)的最后終端，即圖像信息的信宿;(2)人的視覺系統(tǒng)是一個結(jié)構(gòu)復雜、性能優(yōu)越的圖像系統(tǒng)。對圖像的認識或理解是由感覺和心理狀態(tài)決定的。從圖像信息傳輸角度出發(fā)，圖像系統(tǒng)評價的真正尺度是發(fā)信者的意圖為收信者所理解的程度。視覺心理視覺研究視覺研究視覺研究視覺研究人的視野：左、右：1800，上、下：600。人眼在觀察圖象時，圖象水平方向的寬度對應(yīng)于眼球所張的角度稱為水平視角。當視角在100以內(nèi)時為視覺敏銳區(qū)，

2、對色彩及細節(jié)的分辨能力最強；200以內(nèi)時能正確識別圖形等信息；200以上時分辨能力開始下降，但對活動信息比較敏感；300以上時分辨能力大大下降，但給人以身臨其境的臨場感。一般人眼的視野水平視角在200以內(nèi)，而垂直視角在150以內(nèi)的矩形區(qū)域內(nèi)，所以4：3的電視圖象就可以了。而為了使顯示的圖象具有臨場感，水平視角應(yīng)達到30以上，據(jù)此美國電影及電視工程師學會推薦了16：9的電視圖象。畫面組成和視覺心理中心視覺和周邊視覺（蒙娜麗莎的微笑）視覺心理2.1.2視覺感知要素1)人眼構(gòu)造鞏膜外殼脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜中央凹玻璃體睫狀體眼角膜虹膜前房室晶狀體盲點瞳孔Ⅰ.在視網(wǎng)膜上成倒立的像，感覺正

3、立是神經(jīng)系統(tǒng)的校正Ⅱ.虹膜收縮，調(diào)節(jié)瞳孔2—8mm，調(diào)節(jié)入射光強弱Ⅲ.睫狀肌改變晶狀體曲率---調(diào)焦錐狀細胞：主要分布在中央凹，每個眼內(nèi)約有600萬到700萬個錐細胞，感光靈敏度低，對顏色很敏感。可以充分辨別細節(jié)圖像。桿狀細胞:從中央凹開始向四周慢慢減少，約有七千五百萬到一億五千萬個，分辨率比較低；主要提供視野的整體視象，不感受顏色并對低照度較敏感。人眼構(gòu)造視網(wǎng)膜上桿狀體與錐狀體的分布錐狀體桿狀體盲點每平方毫米的桿狀體和錐狀體數(shù)人眼構(gòu)造中央凹本身在視網(wǎng)膜上直徑約為1.5mm的凹坑，為方便計算，將其近似為1.5mm*1.5mm的方形傳感器陣列。在視網(wǎng)膜的這一區(qū)域內(nèi)，錐狀體

4、的密度大約每平方毫米150000個，基于這一近似，眼睛中最高敏感區(qū)域的錐狀體數(shù)量約為337000個元素。從行分辨力的觀點看，恰好是一個電荷耦合器件（CCD)中等分辨率的成像芯片可有的這個數(shù)量元素，且接收器陣列不大于5mm*5mm.人眼構(gòu)造眼睛中圖像的形成球體前端為晶狀體，相當于鏡頭，內(nèi)壁為視網(wǎng)膜，相當于膠片。當晶狀體的折射能力由最小變到最大時，晶狀體的聚焦中心與視網(wǎng)膜間的距離由17mm縮小到14mm。2.)亮度適應(yīng)和鑒別閃光極限夜視閾值晝視覺夜視覺光強的對數(shù)主觀亮度是進入人眼的亮度的對數(shù)函數(shù)人的視覺絕對不能同時在一個范圍內(nèi)工作，它是利用改變整個靈敏度來完成這一變動的這就

5、是亮度適應(yīng)現(xiàn)象。視覺系統(tǒng)當前的靈敏度級別叫做亮度適應(yīng)級（Ba),短交叉線表示人眼適應(yīng)這一強度級時人眼能感覺到的主觀亮度范圍。亮度區(qū)分實驗在任何特定的適應(yīng)級，人眼辨別光強度之間的變化能力也是不同的韋伯比：是在背景照明為I的情況下可辨別照明增量的50%。較小意味著可辨別較小的百分比變化，表明亮度辨別能力好。桿狀體錐狀體光強較小時，要求有較大百分比的強度變化，意味著亮度辨別能力較差；光強較大時，亮度辨別能力較強。亮度區(qū)分實驗證明感覺亮度不是簡單的強度函數(shù)感覺亮度：馬赫帶效應(yīng)馬赫帶：1865年首先描述視覺系統(tǒng)傾向不同強度區(qū)域邊界周圍的”欠調(diào)”或”過調(diào)”圖2.8同時對比現(xiàn)象，所

6、有的中心方塊有同樣的亮度，但當背景變亮時，感覺它們就逐漸變暗。感覺亮度：同時對比現(xiàn)象證明感覺亮度不是簡單的強度函數(shù)圖2.9一些典型的視覺錯覺人類感知現(xiàn)象：視覺錯覺a:正方形輪廓b:圓輪廓c:長度錯覺d:平行線錯覺在視覺錯覺中，眼睛填充了不存在的信息或者錯誤地感知了物體的幾何特點。人類感知現(xiàn)象：視覺錯覺采集處理顯示物理對象2.2圖像感知和獲取照射源圖像場景2.2圖像獲取和顯示可見光雷達紅外線X射線超聲波常見物體巖石發(fā)熱物體分子光源反射透射各類圖像都是由照射源和形成圖像的場景元素對光能的反射或吸收而產(chǎn)生的。2.2圖像獲取和顯示右上小圖為自然光下觀察到的情況，大圖為熱成像觀察

7、到的圖象，從中可以看到掩蔽在樹叢中的人員。熱成像儀使依靠自然偽裝的保護完全失。圖2.12單個傳感器，線傳感器，傳感器陣列三種傳感器裝置高精度掃描裝置二維運動：膠片旋轉(zhuǎn)傳感器移動,也可以膠片平面固定，傳感器二維運動單傳感器移動產(chǎn)生二維圖像例：傳感器：光電二極管數(shù)字化儀膠片轉(zhuǎn)動直線移動每個旋轉(zhuǎn)增量及從左到右的傳感器全位移輸出圖像的一條線線狀與環(huán)狀傳感器用帶狀傳感器獲取圖像平板掃描儀航空成像醫(yī)學CTMRI工業(yè)成像三維物體的橫截面圖像計算機圖像重建用傳感器陣列獲取圖像數(shù)字圖像的采集過程照射（能）源成像系統(tǒng)（內(nèi)部）成像面輸出（數(shù)字化）圖像場景元素簡