1、第二章 预备知识,人眼成像机理光度学的基本知识人眼的视觉特性光成像的基本原理图像的数学描述,中层,蛋白质膜,锥状视觉 白昼视觉,识别图像细节，分辨光的强弱、彩色,感知景物形象，不能感觉彩色，对低照度景物敏感,杆状视觉 夜视觉,变焦透镜,光线,成像,人眼结构及成像机理,杆状细胞(rod) 锥状细胞(cone),Electron Micrograph of Human Visual Receptors,The Electromagnetic Spectrum,Violet Blue Green Yellow Orange Red,780,600,500,380,ultraviolet,infrar
2、ed,visible spectrum,wavelength (nm),555,最大敏感度,光度学,电磁波谱,视敏度K() 相同亮度感觉下波长辐射功率P()的倒数相对视敏函数V() 视敏度与最大敏感度的比光通量 F 每秒钟内光流量的度量(流明lm)发光强度 I 光源在单位立体角内发出的光通量光源发光的功率(坎德拉cd)亮度 B 发光表面的明亮程度 光源单位面积在法线方向的发光强度照度 E 受照面某点及其单位面积的光通量,专业术语,亮度 人眼感受彩色光的明暗的程度 色调 光的颜色饱和度 颜色的深浅程度,彩色三要素,彩色视觉模型,Hue Saturation Brightness,绝大部分光可由红
3、、绿、蓝 三种色光按一定比例加以合成,视觉三色假说,三基色原理,自然界常见的各色光都可由红、绿、蓝三种色光按不同比例相配合成，同样，绝大多数色光也可分解成红、绿、蓝三种色光。,Y=0.299R+0.587G+0.114B,Spectral Sensitivity Curves of Rods & Cones,总的彩色感觉是红、绿、蓝三种锥状细胞响应的综合结果,彩色模型,RGB模型 HIS模型H: hue 色调S: saturation 饱和度I: intensity 强度，明度 CYM系统 cyan, yellow, magenta Secondary Colors 补色 CYMK系统 CYM
4、+black halftone 半色调,相加混色（Additive color mixer）,红色+绿色=黄色 红色+蓝色=品红 绿色+蓝色=青色 红+绿+蓝=白色,用于图像显示，电视图像,相减混色（subtractive color mixer）,用于彩色印刷，印染，绘图等,利用颜料、染料的吸色性质,吸收三基色的混色,青色+黄色=绿色 青色+品红=蓝色 品红+黄色=红色 青+品红+黄=黑色,颜料三基色,白色-红色=青色 白色-绿色=品红 白色-蓝色=黄色,人眼所能感受的亮度范围 百分之几cd/m2_几百万cd/m2,不能同时感受,平均亮度1000 cd/m2 2002000 cd/m2,平均
5、亮度30 cd/m2 1200 cd/m2,瞳孔的调节作用 视觉细胞的调整能力,视觉范围,人的视觉特性,暗适应性函数（Dark Adaptation Function）,人的视觉特性,明适应性（Bright Adaptation),人的视觉特性,同时对比效应 （Simultaneous Contrast）,人的视觉特性,Simultaneous Color Contrast (同时色对比),人的视觉特性,色彩同化效应（Color Assimilation）,人的视觉特性,眼见为实？,人的视觉特性,Necker Cube Illusion,马赫带效应,人的视觉特性,Fraunhofer 衍射实验
6、,平行光波射到小孔时的衍射现象,光成像,衍射图样 中央是一个较亮的圆斑，外围是一组同心的明暗相间的同心圆环。,爱里斑 第一暗环所围的中央光斑,光成像的二次假说,物体经光学系统后，在它的后焦平面上形成衍射图样。,衍射图样为次波波源，在象平面上构成象。,成像物理过程, 高频信息丢失, 像的质量可提高,细节部分会丢失 物与像总有差异,改变焦平面上的衍射,空间分布,频谱面,FFT,IFFT,空间分布,物体,象平面,后焦平面,数学建模,二维光场的复振幅进行正与反两次FFT的过程,二次成像过程,在频谱面上采取相应措施来改善和提高像的质量,图像的数学描述,入射光的辐射功率；,景物对入射光的反射或透射,i(x
7、,y,t)-t时刻波长为的入射光入射功率； r(x,y,t)- 观测物体t时刻波长为的入射光反射系数； tr(x,y,t)-观测物体t时刻波长为的入射光透射系数,成像因素,人眼实际接收光功率 Fr(x,y,t)=i(x,y,t) r(x,y,t) Ftr(x,y,t)=i(x,y,t) tr(x,y,t),自然光情况下，人类对R、G、B感受的实际光通量,序列 图 像 空间坐标和景物明暗程度连续变化,F(x,y,)=i(x,y,) r(x,y,),二维 图 像 景物明暗程度变化（t=T),图像的数学描述,图像数字化,空间连续坐标(x,y)的离散化 图像的采样,幅值f(x,y)的离散化 灰度级的整
8、量,连续图像f(x,y),数字图像,采样,整量,按一定顺序对连续图像进行等间隔采样，对每一个采样点的明暗度进行等间隔的量化后所得到的数组。,数字图像,象素pixel,均匀采样整量的数字化图像,Definition: An image is a 2-dimensional light intensity function, f( x, y), where x and y are spatial coordinates, and f at (x, y) is related to the brightness of the image at that point.Definition: A dig
9、ital image is the representation of a continuous image f (x, y) by a 2-d array of discrete samples. The amplitude of each sample is quantized to be represented by a finite number of bits.Definition: Each element of the 2-d array of samples is called a pixel or pel (picture element),What is an image?
10、,Image Size and Resolution,These images were produced by simply picking every n- th sample horizontally and verticallyreplicating that value n n times.,200200,100100,5050,25 25,人眼的分辨力,人眼在一定的距离上区分开相近两点的能力 人眼分辨图像细节的能力,用能区分开的最小视角之倒数来描述,=d/L d=L,查视力=检测人眼分辨力,影 响 人 眼 分 辨 力 因 素,环境照度,被观察对象的相对对比度,运动速度,人眼对于彩色
11、细节的分辨力,均匀采样整量,非均匀采样整量,灰度变化较剧烈的区域密集采样,灰度变化较平缓的区域稀疏采样,数字化图像方法,灰度级概率分布决定整量密疏,等距离等间隔采样整量,Monochrome image,Red R(x,y) Green G(x,y) Blue B(x,y),Colour image,Different numbers of gray levels,256,32,16,8,4,2,任意一幅连续图像数字化后，可用矩阵表示,灰度图像,彩色图像,二值图像,R,G,B,非黑即白：0 0，1 255,数字图像,灰度直方图,图像中具有该灰度值的象素的个数或出现的频率,gray level,Cameraman image,Example histogram,Pout image,
