姚敏数字图像处理第二章图像获取

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1、DigitalImageProcessing数字图像处理http://myao99.51.netE-MAIL:myao99@zj.com姚敏1第二章图像获取22.1概述3图像景物成像系统采样图像采样子系统数字图像量化器图2.1图像采集系统42.2连续图像模型5连续图像的表达式代表像源的空间辐射能量分布标准观察者对图像光函数的亮度响应——光场的瞬时光亮度计量相对光效函数，即人视觉的光谱响应6蓝基色组的光谱三刺激值绿基色组的光谱三刺激值红基色组的光谱三刺激值连续图像的表达式7连续图像的的随机表征图像函数是一种空间变量为、时间变量为的三维连续随机

2、过程随机过程可以由它的联合概率密度完全地表示出来对于所有样本点的联合概率密度8常用的概率密度模型1.均匀密度2.雷利(Rayleigh)密度9分别是随机过程的均值和方差。对于图像正交变换（如傅里叶变换）系数的幅度概率密度来说，高斯密度是相当精确的模型。3.指数密度4.高斯密度常数常用的概率密度模型10常用的概率密度模型用于估计点上的图像函数f1，其前提是点上的图像函数f2已知。5.拉普拉斯密度6.条件概率密度11图像随机过程的数字特征1.一阶矩或平均值2.二阶矩或自相关函数12图像随机过程的数字特征3.自协方差4.方差132.3连续图像的频

3、谱14一维连续傅里叶变换变换存在的充分条件15一维连续傅里叶变换幅度谱能谱相位谱16二维连续傅里叶变换变换存在的充分条件17二维连续傅里叶变换幅度谱能谱相位谱18二维连续傅里叶变换例19图2.3单个矩形脉冲信号及其频谱(c)幅度频谱强度图(b)幅度频谱(a)矩形脉冲20figure(1);%建立图形窗口1[u,v]=meshgrid(-1:0.01:1);%生成二维频域网格F1=abs(sinc(u.*pi));F2=abs(sinc(v.*pi));F=F1.*F2;%计算幅度频谱F=

4、F(u,v)

5、surf(u,v,F);%显示幅度频谱

6、，如图2.3(b)shadinginterp;%平滑三维曲面上的小格axisoff;%关闭坐标系figure(2);%建立图形窗口2F1=histeq(F);%扩展F的对比度以增强视觉效果imshow(F1);%用图像来显示幅度频谱，如图2.3(c)MATLAB程序212.4图像采样22采样定理冲激串采样采样周期T采样频率采样函数23采样定理冲激串采样的频谱是频域上的周期函数，它满足是由一组移位的叠加而成，但在幅度上有1/T的变化24采样定理冲激串采样的频谱25采样定理冲激串采样的频谱26采样定理采样定理27采样定理采样恢复通常28采样定理

7、采样恢复低通滤波器输出频谱直接对上式取傅里叶反变换，就得到了原函数29图像采样空间采样函数空间采样频率空间采样函数30图像采样空间采样函数31图像采样采样后图像32图像采样采样图像频谱33图像采样图像重建34图像采样二维采样定理奈奎斯特准则35图像采样自适应采样均匀采样，即上述讨论的等间隔采样。当对采样点数目有所限制时，比如说N×N个采样点，此时可以根据图像的特性采用自适应采样方案，有可能获得更好的效果。自适应采样方案的基本思想是：在图像函数值变化较大的区域采用精细的采样，在相对平滑的区域采用粗糙的采样。这种自适应采样方案又称为非均匀采样。

8、例如，一幅在均匀背景上叠加了一幢房屋的图像。显然，该图像的背景只有极少的细节信息，用粗糙的采样来表示已经足够。另一方面，图像上的房屋含有大量的细节信息，在该区域增加采样点就可以改善整体效果，特别是当N较小时尤其如此。362.5图像量化37量化器模型K=1是标量量化K>1为向量量化38标量量化标量量化的线表示法多对一的映射39标量量化标量量化特性40标量量化最优量化器设计就是取均方误差最小或信噪比最大的量化量化误差均方误差信噪比最优量化器41标量量化压扩量化——与非均匀量化器等效的均匀量化方法g=T(f)压扩量化器42标量量化压扩量化变换表4

9、3向量量化向量量化模型44向量量化向量量化模型45向量量化向量量化器46向量量化压缩能力强。由于码书长度J一般远小于总的输入信号样本数，适当选取码书长度和码字维数，可以获得很大的压缩比。码书控制着量化失真量的大小。向量量化中码书的码字越多，失真就越小。只要适当选取码字数量，就能控制失真量在容许的范围内。因此，码书设计是向量量化的关键环节之一。计算量大。向量量化每输入一个向量f，都要和J个码字逐一比较，搜索出最接近的yi，所以工作量很大。因此，寻求一种合适的快速码书搜索算法是实现向量量化的第二个关键。向量量化是定长码，容易处理。向量量

10、化特点47向量量化码书设计LBG算法——设计向量量化器码书的算法48向量量化码书设计49向量量化码书搜索50向量量化码书搜索51向量量化码书搜索522.6数字图像的基本概念53数