第2章 数字图像基础

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1、图像信息技术中的视觉研究图像感知和获取图像采样和量化像素间的基本关系第2章数字图像基础2.1图像信息技术中的视觉研究2.1.1视觉研究与图像技术的关系(1)人的视觉系统是图像系统的最后终端，即图像信息的信宿;(2)人的视觉系统是一个结构复杂、性能优越的图像系统。对图像的认识或理解是由感觉和心理状态决定的。从图像信息传输角度出发，图像系统评价的真正尺度是发信者的意图为收信者所理解的程度。视觉心理视觉研究视觉研究视觉研究视觉研究人的视野：左、右：1800，上、下：600。人眼在观察图象时，图象水平方向的宽度对应于眼球所张的角度称为水平视角。当视角在100

2、以内时为视觉敏锐区，对色彩及细节的分辨能力最强；200以内时能正确识别图形等信息；200以上时分辨能力开始下降，但对活动信息比较敏感；300以上时分辨能力大大下降，但给人以身临其境的临场感。一般人眼的视野水平视角在200以内，而垂直视角在150以内的矩形区域内，所以4：3的电视图象就可以了。而为了使显示的图象具有临场感，水平视角应达到30以上，据此美国电影及电视工程师学会推荐了16：9的电视图象。画面组成和视觉心理中心视觉和周边视觉（蒙娜丽莎的微笑）视觉心理2.1.2视觉感知要素1)人眼构造巩膜外壳脉络膜视网膜中央凹玻璃体睫状体眼角膜虹膜前房室晶状体

3、盲点瞳孔Ⅰ.在视网膜上成倒立的像，感觉正立是神经系统的校正Ⅱ.虹膜收缩，调节瞳孔2—8mm，调节入射光强弱Ⅲ.睫状肌改变晶状体曲率---调焦锥状细胞：主要分布在中央凹，每个眼内约有600万到700万个锥细胞，感光灵敏度低，对颜色很敏感。可以充分辨别细节图像。杆状细胞:从中央凹开始向四周慢慢减少，约有七千五百万到一亿五千万个，分辨率比较低；主要提供视野的整体视象，不感受颜色并对低照度较敏感。人眼构造视网膜上杆状体与锥状体的分布锥状体杆状体盲点每平方毫米的杆状体和锥状体数人眼构造中央凹本身在视网膜上直径约为1.5mm的凹坑，为方便计算，将其近似为1.5m

4、m*1.5mm的方形传感器阵列。在视网膜的这一区域内，锥状体的密度大约每平方毫米150000个，基于这一近似，眼睛中最高敏感区域的锥状体数量约为337000个元素。从行分辨力的观点看，恰好是一个电荷耦合器件（CCD)中等分辨率的成像芯片可有的这个数量元素，且接收器阵列不大于5mm*5mm.人眼构造眼睛中图像的形成球体前端为晶状体，相当于镜头，内壁为视网膜，相当于胶片。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。2.)亮度适应和鉴别闪光极限夜视阈值昼视觉夜视觉光强的对数主观亮度是进入人眼的亮度的对数函数

5、人的视觉绝对不能同时在一个范围内工作，它是利用改变整个灵敏度来完成这一变动的这就是亮度适应现象。视觉系统当前的灵敏度级别叫做亮度适应级（Ba),短交叉线表示人眼适应这一强度级时人眼能感觉到的主观亮度范围。亮度区分实验在任何特定的适应级，人眼辨别光强度之间的变化能力也是不同的韦伯比：是在背景照明为I的情况下可辨别照明增量的50%。较小意味着可辨别较小的百分比变化，表明亮度辨别能力好。杆状体锥状体光强较小时，要求有较大百分比的强度变化，意味着亮度辨别能力较差；光强较大时，亮度辨别能力较强。亮度区分实验证明感觉亮度不是简单的强度函数感觉亮度：马赫带效应马

6、赫带：1865年首先描述视觉系统倾向不同强度区域边界周围的”欠调”或”过调”图2.8同时对比现象，所有的中心方块有同样的亮度，但当背景变亮时，感觉它们就逐渐变暗。感觉亮度：同时对比现象证明感觉亮度不是简单的强度函数图2.9一些典型的视觉错觉人类感知现象：视觉错觉a:正方形轮廓b:圆轮廓c:长度错觉d:平行线错觉在视觉错觉中，眼睛填充了不存在的信息或者错误地感知了物体的几何特点。人类感知现象：视觉错觉采集处理显示物理对象2.2图像感知和获取照射源图像场景2.2图像获取和显示可见光雷达红外线X射线超声波常见物体岩石发热物体分子光源反射透射各类图像都是由照

7、射源和形成图像的场景元素对光能的反射或吸收而产生的。2.2图像获取和显示右上小图为自然光下观察到的情况，大图为热成像观察到的图象，从中可以看到掩蔽在树丛中的人员。热成像仪使依靠自然伪装的保护完全失。图2.12单个传感器，线传感器，传感器阵列三种传感器装置高精度扫描装置二维运动：胶片旋转传感器移动,也可以胶片平面固定，传感器二维运动单传感器移动产生二维图像例：传感器：光电二极管数字化仪胶片转动直线移动每个旋转增量及从左到右的传感器全位移输出图像的一条线线状与环状传感器用带状传感器获取图像平板扫描仪航空成像医学CTMRI工业成像三维物体的横截面图像计算机

8、图像重建用传感器阵列获取图像数字图像的采集过程照射（能）源成像系统（内部）成像面输出（数字化）图像场景元素简