数字图像处理(冈萨雷斯)-2_数字图像处理基础

第二章数字图像基础本章内容2.1视觉感知要素2.2光和电磁波谱2.3图像感知和获取2.4图像取样和量化2.5象素间的一些基本关系2.6数字图像处理中所用数学工具的介绍本章要求了解图像数字化过程及分辨率变化对图像的影响；了解数字图像的表示形式和特点掌握像素间的关系：相邻、领域、邻接性、连通性、距离的度量掌握图像的代数运算以及应用2.1.1人眼的构造（自学）2.1.2眼睛中图像的形成（自学）2.1.3亮度适应和鉴别人眼对不同亮度的适应和鉴别能力亮暗适应慢暗亮适应快2.1视觉感知要素（1）视觉适应性2.1.3亮度适应和鉴别亮度适应范围:1010量级（10-6mL（夜视域）～104mL（强闪光））；与整个适应范围相比，人眼在某一时刻能鉴别的亮度级别范围很小（以该环境的平均亮度为中心的一个小的亮度范围）；亮度适应级（视觉系统当前的灵敏度级别）：人眼适应了某一环境后，该环境的平均亮度；亮度适应现象:人眼并不能同时在整个范围内工作,而是利用改变灵敏度来实现大的动态范围内的变动；当平均亮度适中时，能分辨的最大亮度和最小亮度之比为1000:1;当平均亮度很低时，这个比值只有10:1主观亮度是进入人眼的光强度的对数函数；（2）辨别光强度变化的能力2.1.3亮度适应和鉴别当背景光保持恒定时,改变其他光源亮度,从不能察觉到可以察觉间变化,一般观察者可以辨别12到24级不同强度的变化.韦伯定理说明：人眼视觉系统对亮度的对比度敏感而非对亮度本身敏感；低照度，韦伯比高，亮度辨别能力差；高照度，韦伯比低，亮度辨别能力强；（3）人眼感觉亮度并不是简单的强度函数2.1.3亮度适应和鉴别即感觉的亮度（主观亮度）不是简单地取决于光强度。因此，重现景物的亮度范围无需与实际景物的亮度范围相同，只需保持二者的对比度相同；人眼不能辨别的亮度差别也无需重现出来，只需保持二者的亮度差别级数相同即可；同时对比效应（SimultaneousContrast）2.1.3亮度适应和鉴别即人眼对某个区域感觉的亮度（主观亮度）不仅依赖于他自身的亮度，还与它的背景有关；背景变亮,相同强度的方块变暗。马赫带效应感觉亮度不是简单的强度函数的；视觉系统有趋于过高或过低估计不同亮度区域边界值的效应。2.1.3亮度适应和鉴别图中各色带亮度恒定，但实际感觉条带边缘亮度有变化：边缘处，亮的一边更亮，暗的一边更暗；（4）视觉错觉（OpticalIllusions）在错觉中，眼睛填上了不存在的信息或错误地感知物体的几何特点。2.1.3亮度适应和鉴别电磁波谱可以用波长()、频率()或能量（）来描述2.2光和电磁波谱c--光速h--普朗克常量光——可以被人眼感知的电磁波。2.2光和电磁波谱电磁波是能量的一种，任何有能量的物体，都会释放电磁波。若所有反射的可见光波长均衡，则物体显示白色有颜色的物体是因为物体吸收了其他波长的大部分能量，从而反射某段波长范围的光。没有颜色的光叫单色光或消色，灰度级通常用来描述单色光的强度，其范围从黑到灰，最后到白。在原理上，如果可以开发出一种传感器，能够检测由一种电磁波谱发射的能量，就可以在那一段波长上对感兴趣的物体成像。2.2光和电磁波谱人从物体感受的颜色由物体反射光决定2.2光和电磁波谱灰度和色彩：彩色模型:RGB加色法CMY,CMYK减色法HSB(色泽,饱和度,明亮度)彩色光源的三个基本属性：①发光强度——从光源流出的能量的总量。单位：瓦特(W)②光通量——观察者从光源感受到的能量。单位：流明(lm)③亮度——光感受的主观描绘子。单位：不能测量2.2光和电磁波谱2.3图像的感知和获取2.3.4简单的图像成像模型图像系统的线性模型我们感兴趣的各类图像都是由“照射”源和形成图像的“场景”元素对光能的反射或吸收相结合而产生的。图像形成模型在特定坐标(x,y)处，通过传感器转换获得的f值为一正的标量。函数f(x,y)由：①入射到观察场景的光源总量；②场景中物体反射光的总量组成。0