ch2 数字图像基础
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(a)本是两条相等的线段，由于两端加了不同方向的图形使 我们感觉下边的一条线段较长； (b)使我们看到斜线是错位的；
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2.1.3 光觉和色觉
(c)中原本是二条平行的直线，可给我们的感觉却是二根 弯曲的线； (d)本来是互相平行的三条线，可我们看到的却是不平行 的了；
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2.1.1 人类的视觉系统
球形之外壳有三层薄膜:
角膜和巩膜外壳； 脉络膜； 视网膜。 人 眼 的 断 面 图
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2.1.1 人类的视觉系统
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2.1.2 眼睛中图像的形成
基本原理：细胞接受光刺激后，通过神经系统传入大脑的视觉中 枢，同时也可以控制眼球的转动，使感兴趣的物体的像落到视网 膜的中央凹上。然后，由光接收器的相应刺激作用产生感觉。感 觉把辐射能转变为电脉冲，最后由大脑解码。 C为晶状体的光心。若h为物体在视网膜上图像的高，单位为毫 米。 h 15
人眼的构造－第二层 脉络膜：位于巩膜的里面， 包含血管网，它是眼睛的重 要滋养源。 其最前面分为睫状体和虹膜。 虹膜的收缩和扩张控制进入眼内的光量。虹膜中间 的开口处（瞳孔）的直径在2~8mm的范围内变化。
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2.1.1 人类的视觉系统
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2.3 图像采样和量化
传感器输出:
连续电压； 幅度和空间属性与具体的物理现
象有关； 数字化:
采样(Sampling)； 量化(Quantization)
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数字图像处理
第二章 数字图像基础
USTB
主要内容
视觉感知要素 图像感知和获取 图像采样和量化 像素间的一些基本关系
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2.1 视觉感知要素
2.1.1 人类的视觉系统
人的视觉系统是由眼球、神经系统及大脑 的视觉中枢构成。人眼的形状为一球形， 其平均直径约20mm。
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2.3.2 数字图像表示
•MXN的矩阵称为一幅数字图像。 •矩阵中的每一元素称为图像元素、 图像单元或像素。 •M、N称为图像的空间分辨率。
⎡ f (0,0) ⎢ f (1,0) ⎢ f (i, j) = ⎢ ... ⎢ ... ⎢ ⎢ f (M −1,0) ⎣
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2.2.1 用单个传感器获取图像
单个传感器组通过运动产生二维图像 （旋转和平移）
平面床？
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2.2.2用带状传感器获取图像
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⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ f (M −1,1) ... ... f (M −1, N −1)⎥ ⎦ f (0,1) f (1,1) ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
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f (0, N −1) f (1, N −1) ... ...
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2.2.4 简单的图像形成模型
单色图像：l =f(x0,y0) Lmin <= l <= Lmax Lmin =imin* rmin Lmax = imax*rmax 区间[Lmin ，Lmax]称为灰度级。 实际应用中经常将其映射到[0，L-1]，0表 示黑，L-1表示白。
100
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=
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⇒ h = 2.55mm
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2.1.3 光觉和色觉
眼睛对光的感觉称为光觉，对颜色的感觉称为色觉。 这是眼睛的基本特性。 1) 、光觉门限及亮度辨别门限
光觉门限：产生光的感觉必须有一定量的光进入眼睛，把产 生光觉的最小亮度叫做光觉门限或光觉阈。 光觉门限的适应状态受多种因素的影响：生理条件、光的波 长、 光刺激的持续时间、刺激面积、 视网膜上的位置等。 光觉门限的值大约为1×10－6 （尼特)(cd/m2)。 人感觉光的范围的最大值和最小值之比达到 1010以上。
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2.1.3 光觉和色觉
4) 、视觉错觉
• 视觉系统所感觉到的物体的形状并不是简单的投影到视网膜 上的原封不动的形状。对形状的感觉受到物体自身形状及周 围背景的影响。这类影响是多种多样的，有神经系统引起的 错视现象也有心理因素的作用。
例如，看到下面图形时，首先感觉到 的是图形还是背景呢？ 通过研究发现，对图形和背景的感觉 与观察者的经验、态度、明暗差别以 及面积的比例等各种因素都有关系。
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2.1.3 光觉和色觉
几个著名的几何学的错视图形的例子。
2.1.1 人类的视觉系统
中央凹
在视网膜上直径为1.5mm的 凹坑，在此区域锥状体的分布 密度大约150000/平方毫米。 一般把此区域看为1.5mm* 1.5mm的方形传感器阵列。 眼睛中最高敏感区域的锥状 体数量约为337000个元素。 从行分辩能力的角度看，恰好一个中等分辨率的电荷耦合 元件(CCD)成像芯片可有这个数量的元素，且接收器阵列 不大于5mm×5mm。
2.1.1 人类的视觉系统
锥状体：每只眼睛锥状体大约有600~700万 个，分布在视网膜的中间部分，称之为中央凹。 其对颜色的灵敏度高，可以分辨图像的细节， 一般在光照条件好的时候使用，称为白昼视觉 或亮光视觉。 杆状体：每只眼睛杆状体大约有7500~15000 万个，分布在视网膜的表面，没有彩色感觉， 但在低照明度下对图像比较敏感，称为夜视觉 或暗视觉。
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2.1.2 眼睛中图像的形成
眼睛的晶状体的适应性比普通 光学透镜强。晶状体的形状由睫 状体韧带和张力来控制。 为了对远方的物体聚焦，控制 肌肉使晶状体相对比较扁平。 同样，为对眼睛近处的物体聚焦， 肌肉会使晶状体变得较厚。 当晶状体的折射能力由最小变到最大时，晶状体的 聚焦中心与视网膜间的距离由17mm缩小到14mm。 远－折射能力弱；近－折射能力强
人眼的构造－第三层 视网膜：布满眼睛的后部 的内壁，分布着分离的光接 收器（锥状体和杆状体）。 当眼球被适当地聚焦时， 从眼睛外部物体来的光就在视网膜上成像。 视网膜具有高度的信息处理机能。视网膜的厚度 大约有0.1～0.5mm。
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2.1.3 光觉和色觉
2) 、感觉亮度和强度的关系？
虽然条带强度恒定， 但实际感觉到了一幅 带有貌变的亮度图像。 这些表面上的毛边带 称为马赫带。
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2.1.3 光觉和色觉
结论：感觉的亮度区域不是简单地取决于强度。
随光
强 I 的大小而异。有时也采用相对辨别门限 △I/I 或称
由图可见：1）在低的照明级别， 亮度辨别较差（韦伯比大），当 背景照明增加时亮度辨别得到有 意义的改善（韦伯比降低）。2） 曲线中的两个分支表明，在低照 明级别情况下，视觉由杆状体执 行，在高照明级别情况下，视觉 由锥状体执行。
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人眼的构造－第一层: 角膜和巩膜：角膜(Cornea)、 巩膜(Sclera) 包围在眼球最外 面一层。 角膜是一种硬而透明的组织， 覆盖在眼睛的前表面。与角膜 相连的巩膜包围眼球的剩余部分，不透明。
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2.1.1 人类的视觉系统
2.1.3 光觉和色觉
4) 、有关色觉的学说
自１７３０年牛顿成功地分解了太阳光谱以来，认为光的 波动经过神经传到大脑，由于波长不同而产生不同颜色感 觉的这一假说至今还在提倡。
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2. 2 图像感知和获取
原理：通过将 输入电功率和 对特殊类型检 测能源敏感的 传感器材料组 合，把输入能 源转变为电压。 输出电压波形 时传感器的响 应。同时，一 个数字量可从 数字化该响应 的每个传感器 得到。
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2.1.3 光பைடு நூலகம்和色觉
光觉门限是指产生光觉的最小值，而辨别门限是指辨别亮 度差别而必须的光强度差的最小值。这个最小值 △I 之为韦伯比来表示辨别门限。
作 为 强 度 函 数 的 典 型 韦 伯 比
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（a）常用于航空成像;（b）常用于医学和工业成像.
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2.2.3 用传感器阵列获取图像
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2.2.4 简单的图像形成模型
一般用f(x,y)这一二维函数的形式表示图像， f(x,y) 表示点(x,y)处图像的值-灰度级， f(x,y)是非负和有 限的即： 0< f(x,y) <∞。 f(x,y)可以两个分量来表征： 入射分量：入射到场景的光源总量i(x,y)，其中 0< i(x,y)<∞； 反射分量：场景中物体反射光的总量r(x,y)，其 中 0< r(x,y)<1。 f(x,y)= i(x,y)* r(x,y)
