数字图像处理基础

ZhenmingPengZhenmingPengEmail:[e-mail]@163.comEmail:[e-mail]@163.comUniversityofElectronicScienceandTechnologyof[e-mail][e-mail]2015.09.02,2-305,ShaheCampus2015.09.02,2-305,ShaheCampus主要内容‹图像的视觉感知‹图像的视觉感知‹图像的视觉感知‹数字图像的表示‹图像的视觉感知‹数字图像的表示‹数字图像的表示‹数字图像的质量评价‹数字图像的表示‹数字图像的质量评价‹数字图像的基本运算‹数字图像的基本运算一、图像的视觉感知1、人眼结构1、人眼结构(角膜)(角膜)(虹膜)(虹膜)（晶状体）（晶状体）（视网膜）（视网膜）(巩膜)(巩膜)（玻璃体）（玻璃体）(脉络膜)(脉络膜)一、图像的视觉感知2.人眼视觉感知2.人眼视觉感知人眼观察一棵棕榈树的图解，C点为晶状体的光心人眼观察棵棕榈树的图解，C点为晶状体的光心一、图像的视觉感知2、人眼视觉感知2、人眼视觉感知①神经节细胞②感光细胞③杆状细胞④锥状细胞①神经节细胞②感光细胞③杆状细胞④锥状细胞①双极细胞②锥状细胞③杆状细胞①双极细胞②锥状细胞③杆状细胞一、图像的视觉感知椎状细胞万个感知色彩信息椎状细胞万个感知色彩信息椎状细胞(cones):~600-700万个，感知色彩信息;杆状细胞(rods):~7500-1500万个，提取亮度信息。椎状细胞(cones):~600-700万个，感知色彩信息;杆状细胞(rods):~7500-1500万个，提取亮度信息。一、图像的视觉感知conesconesrodsrods一、图像的视觉感知3、术语（物理）„Luminance(亮度/辉度)3、术语（物理）LiihfiibllihhhLiihfiibllihhhLuminanceistheamountofvisiblelightthatcomestotheeyefromasurface.Luminanceistheamountofvisiblelightthatcomestotheeyefromasurface.„Illuminance(照度)Illuminanceistheamountoflightincidentonthesurface.„Reflectance(反射率)„Reflectance(反射率)ReflectanceistheproportionofincidentlightthatisreflectedReflectanceistheproportionofincidentlightthatisreflectedfppgfromasurface.Reflectance(albedo,反照率)，[0~1]/[0%~100%]，0-idealblack，1~idealwhite.fppgfromasurface.Reflectance(albedo,反照率)，[0~1]/[0%~100%]，0-idealblack，1~idealwhite.一、图像的视觉感知3、术语（主观）„Lightness(明度)3、术语（主观）Lightnessistheperceivedreflectanceofasurface.Itrepresentsthevisualsystem’sattempttoextractreflectancebasedontheLightnessistheperceivedreflectanceofasurface.Itrepresentsthevisualsystem’sattempttoextractreflectancebasedonthe„Brightness(光亮度)„Brightness(光亮度)luminancesinthescene.luminancesinthescene.„Brightness(光亮度)„Brightness(光亮度)BrightnessistheperceivedintensityoflightcomingfromtheimageitselfratherthananypropertyoftheportrayedsceneBrightnessistheperceivedintensityoflightcomingfromtheimageitselfratherthananypropertyoftheportrayedsceneimageitself,ratherthananypropertyoftheportrayedscene.Brightnessissometimesdefinedasperceivedluminance.imageitself,ratherthananypropertyoftheportrayedscene.Brightnessissometimesdefinedasperceivedluminance.一、图像的视觉感知4、图像形成模型(,)(,)(,)fxyixyrxy=4、图像形成模型()()()l()0,ixy∞入射到观察场景的光源总量入正比于物理源()0,fxy∞物体反射光的总量；反射分量取决于()0,rxyl的光源总量；入射分量，取决于照射源。正比于物理源的辐射能量。反射分量，取决于成像物体的特性。照射源。一、图像的视觉感知4、图像形成模型4、图像形成模型f(xy)f(xy)i()i()f(x,y)f(x,y)i(x,y)i(x,y)r(x,y)r(x,y)一、图像的视觉感知4、人眼的视觉特性与错觉¾视觉的空间特性4、人眼的视觉特性与错觉人眼的空间分辨能力为1’(1/60度)；灰度分辨能力大约64级。约级¾视觉的时间特性活动图像的帧频至少是15帧/s的时候，人眼才有图像连贯的感觉。4、人眼的视觉特性与错觉¾Brightness(亮度)区分¾Brightness(亮度)区分g(亮度)分g(亮度)分4、人眼的视觉特性与错觉¾视觉错觉¾视觉错觉视觉错觉视觉错觉a正方形轮廓b圆形轮廓b圆形轮廓c等长d45度平行线d45度平行线4、人眼的视觉特性与错觉Findablackdot!BlackorWhite?Whatdoyouseehere?AvaseortwomenlookingatWatdoyouseeee?vaseotwoeoogateachother?Seeifyoucanfindthemboth.MotionillusionsThismeansthatmikemayseethestandardmotionillusions.BarberPole.HumanMotionSystemIllusorySnakes主要内容‹图像的视觉感知‹图像的视觉感知‹图像的视觉感知‹数字图像的表示‹图像的视觉感知‹数字图像的表示‹数字图像的表示‹数字图像的质量评价‹数字图像的表示‹数字图像的质量评价‹数字图像的基本运算‹数字图像的基本运算二、图像的表示x1、空间表示x空间表示Bitmapy二、图像的表示2、矩阵表示⎫⎧−……)1,0()1,0()0,0(Nfff阵表示⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎨⎧−……=)1,1()1,1()0,1(),(),(),(),(Nffffffyxf⎪⎪⎭⎪⎪⎩−−……−−……………………)1,1()1,1()0,1(NMfMfMf像元坐标像元的灰度值（Grayscale)像元的灰度值（Grayscale)二、图像的表示3、数学描述学描述„连续模型：f表示图像的灰度(xy)二维空间的连续变化(,)fxyf表示图像的灰度，(x,y)二维空间的连续变化。„离散模型：()fmn„离散模型：经过采样和量化后的数字图像就是一个M×N矩阵。(,)fmn„随机场模型把每一个像素都看成一个随机过程。二、图像的表示4、邻域：在一定意义下，与该像素相邻的像素的集合。OOOOOOOOOOOOOO*OOOOOOOOOOO*OOOOOOOOO*OOOOOO*OOOOOOOOOOOOOOOOOO3×3邻域5×5邻域OOO4邻域N()8邻域N()3×3邻域5×5邻域4邻域N4(p)8邻域N8(p)这里：3×3邻域={(x+1,y),(x,y+1),(x-1,y),(x,y-1)}ND(p)=N8(p)-N4(p):对角邻域二、图像的表示„距离距离欧式距离城市距离棋盘距离二、图像的表示„RGBColorModel二、图像的表示„RGBColorModelGCooodeR=8bitsColordepth24bitsRGBcolormodels:basedG=8bitsB=8bitsp=16777216colorsoncartesiancoordinatesystem二、图像的表示„ColorModel)TheRGBColorModel)ThCMYdCMYKClMdl)TheCMYandCMYKColorModels)TheHSIColorModelThYIQClMdl)TheYIQColorModel)TheYUVColorModelhCbCCldl)TheYCbCrColorModel主要内容‹图像的视觉感知‹图像的视觉感知‹图像的视觉感知‹数字图像的表示‹图像的视觉感知‹数字图像的表示‹数字图像的表示‹数字图像的质量评价‹数字图像的表示‹数字图像的质量评价‹数字图像的基本运算‹数字图像的基本运算三、图像的质量评价1.基本术语1.基本术语„像素(pixel)Pixel（Pictureelement），图像的最小信息单位，通常是一个整数，其大小称为像素值。„像素(pixel)Pixel（Pictureelement），图像的最小信息单位，通常是一个整数，其大小称为像素值。称为像素值。„灰度级(Gray-level)表示像素明暗程度的整数量称为灰度级。„图像分辨率(Resolution)称为像素值。„灰度级(Gray-level)表示像素明暗程度的整数量称为灰度级。„图像分辨率(Resolution)„图像分辨率(Resolution)指组成一幅图像的像素密度，也就是图幅参数。对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真。相反，图像显得越粗糙。分辨率„图像分辨率(Resolution)指组成一幅图像的像素密度，也就是图幅参数。对同样大小的一幅图，如果组成该图的图像像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来就越逼真。相反，图像显得越粗糙。分辨率„显示分辨率指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显示分辨率为640×480表示显示屏分成480行，每行显示640个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。图像深度（BBitil)„显示分辨率指显示屏上能够显示出的像素数目。例如，显示分辨率为640×480表示显示屏分成480行，每行显示640个像素，整个显示屏就含有307200个显像点。图像深度（BBitil)„图像深度（Bpp，Bitperpixel)指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的灰度分辨率。„图像深度（Bpp，Bitperpixel)指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的灰度分辨率。三、图像的质量评价„灰度级与图像深度的关系1bit(位)——2级;2bit(位)——4级8bit(位)——256级24bit(位)——256×256×256（真彩色图像）b(位)565656（真彩色图像）例如：8bit灰度图的颜色数:28=256色24bit真彩色表示的颜色数目为：24色224=256×256×256=16777216色三、图像的质量评价2图像的质量评价2图像的质量评价一般而言，图像的质量取决于：2.图像的质量评价2.图像的质量评价„层次(LevelorDetail