1、2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,1,第二章 图象、图象系统和视觉系统,主要内容： 1.图象的数字化 2.基本光学亮度单位 3.颜色模型 4.人眼视觉特性 5.图象文件格式 6.图象处理系统（下）,*辅助材料：http:/166.111.68.47/1999fall/chp04.html,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,2,1.图象的数字化,数字化(digitizing-scanning,sampling and quantization) 如图，不妨设所考虑的图象是长方形的。为了讨论方便起见，在
2、图象“象场”里取一个直角坐标原点O,建立直角坐标系xOy,则图象可以用一个二元函数来表示：z=f(x,y)。 z表示象场里(x,y)点的“图象属性值”。,不妨设三个变量的取值范围为： ，对于变量z来说，情况复杂一些。这主要牵扯到图象的颜色问题。如果图象是“只有灰度深浅”的图象，则可以把z的取值范围限定在一定的实数范围内，不失一般性，令 。,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,3,x,y,O,木星,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,4,x,y,O,木星,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象
3、系统和视觉系统 jsj_DGT,5,x,y,O,z=f(x,y) x=0,1, , N-1; y=0,1, , M-1; z=0,1, , L-1,对x,y,z进行离散化，则全部抽样值共同构成一个离散函数，不妨还用z=f(x,y)来表示。,采样，量化，编码,图一,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,6,采样（等距离采样）,将0,a分成N等份:,0,b分成M等份:,在每个小区域,中取一个代表值（不妨,设为 ），令,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,7,量化（整量化）,将0,c分成L等份:,令,为方便起见
4、，不妨令,称f(i,j)是图象f(x,y)的数字(化)图象,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,8,编码,一般，采样量化以后，需要对所得数据先进行PCM编码（脉码调制）,灰度级:表示象素明暗程度的整数量称为灰度级。层次:表示灰度级的数量 。,像素:(pixel-picture element）图象的最小信息单位，通常是一个整数，其大小称为像素值。,图幅参数：图象采样密度，通常用“行数列数”表示,基本概念,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,9,1）图像分辨率：指组成一幅图像的像素密度，也就是图幅参数。对
5、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。,2）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640480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。,3）像素深度：指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的分辨率。,分辨率,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,10,图1的某个局部的数据114 115 114 113 114 116 117 114 109 107107 107 107 106 107 108 114 1
6、12 109 108107 108 107 107 108 110 111 110 109 111110 111 110 110 112 113 109 109 111 114106 107 107 107 109 110 106 107 108 111104 106 106 106 108 109 104 103 104 106105 106 106 107 109 110 107 105 103 103102 103 104 104 106 108 112 108 105 10495 98 103 104 99 92 97 96 95 96,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图
7、象系统和视觉系统 jsj_DGT,11,一个Matlab程序示例如下信息是通过matlab语言，读出的某图象的信息Filename: c:A.jpgFileModDate: 13-Dec-2001 01:56:14FileSize: 25076Format: jpgFormatVersion: Width: 593Height: 418BitDepth: 24ColorType: truecolorFormatSignature: ,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,12,数字图象种类黑白图象： 图像只有明暗程度的变化而没有色彩的变化，最简单的是
8、二值图象，只有两种灰度； 伪彩色图像：是指经过伪彩色处理而形成的彩色图象。其像素值是所谓的索引值，是按照灰度值进行彩色指定的结果，其色彩并不一定忠实于外界景物的真实色彩； 假彩色图象：是指遥感多波段图象合成的彩色图象； 真彩色图象：是忠实于外界景色的色彩的图象，其像素一般是颜色的真实值。静止图象：图象的内容不随时间变化。 活动图象：前一帧和后一帧的图象内容随时间发生变化。矢量图象：由描述像素点阵的一组数据刻画的图象。 点阵图象（位图）：由像素点阵所组成的图象。,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,13,黑白图象,二值图象,2019年7月10日5时5
9、0分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,14,伪彩色图象,伪彩色 伪彩色图象的含义是，每个象素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把象素值当作彩色查找表CLUT(color look-up table)的表项入口地址，去查找一个显示图象时使用的R、G、B强度值，用查找出的R、G、B强度值产生的彩色称为伪彩色。 彩色查找表CLUT(color look up table)是一个事先做好的表，表项入口地址也称为索引号。例如16种颜色的查找表，0号索引对应黑色，. ，15号索引对应白色。,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,15,
10、假彩色图象,对多光谱图象进行处理得到的图象,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,16,真彩色图象,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,17,此图来源于：清华大学，计算机科学与技术系，智能技术与系统国家重点实验室，林福宗,（图象中的像素值的内容不一样）,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,18,点阵图像与矢量图象,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,19,活动图象（以上各种图象称做静止图象，MPEG格式）,此活动图
11、象来自回归97网 http:/ 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,20,马拉多纳的世纪进球（来源不详，MPG格式）,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,21,2.基本光学亮度单位,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,22,1W辐射功率的555nm波长的单色光所产生的光通量为680lm，所以光瓦和流明之间的关系为： 1W=680lm,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,23,3.颜色模型,问题1. 如何描述颜色？,问题2. 如何对红、黄、蓝、绿等颜色进
12、行量化？,大量实验证明，色光的颜色只与光的波长“分布”有关。,国际照明委员会(CIE)选择红色（波长700.00nm),绿色（波长546.1nm)和蓝色（波长435.8nm)三种光作为表色系统的三基色。,三基色原理：自然界中的绝大部分色光都可以用特殊选定的三种基本单色光复合而成。,三基色原理,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,24,3lm(W)1lm（R)+1lm(G)+1lm(B),1lm(W)=0.30lm（R)+0.59lm(G)+0.11lm(B),T单位制：,1T单位红光=0.30lm 1T单位绿光=0.59lm 1T单位蓝光=0.11
13、lm,F=R(R) +G(G)+B(B),以三基色为基础的格拉斯曼(H.Grassmann)定律：,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,25,加色法,颜色的复合,红+蓝=品红 红+绿=黄 绿+蓝=青,R+G+B=W,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,26,减色法,C=G+B=W-R(减红原色） M=R+B=W-G(减绿原色） Y=R+G=W-B(减蓝原色）,在印刷行业，以色料减色法为基础的基本模型为CMY，但是目前生产不出理想品质的油墨，所以实用的模型是CMYK,其中K是黑色。,2019年7月10日5
14、时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,27,颜色或色彩的数学模型,彩色三角形,R,G,B,Y,C,M,b,r,g,yellow,cyan,magenta,F=R+G+B,r=R/(R+G+B) g=G/(R+G+B) r+g+b=1 b=B/(R+G+B),2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,28,例.HTML允许16种预定义色彩可以直接采用英文名作为其color值，这16种色彩都列于下表中,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,29,什么是“3S“技术,什么是“3S“技术,与,是等
15、价的,在HTML文档里,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,30,1931CIE-RGB系统,配色实验,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,31,1931CIE-XYZ系统,X=0.490R+0.310G+0.200B Y=0.177R+0.812G+0.011B Z= 0.010G+0.990B,x=（0.490r+0.310g+0.200b）/ (0.667r+1.132g+1.200b） y=（0.117r+0.812g+0.010b）/（0.667r+1.132g+1.200b） z=（0.00
16、0r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,32,常用颜色模型,1。RGB,2。CMYK,3。HSV(hue-saturation-value ),根据对彩色的物理属性的研究，一种色彩可以用它的三个要素表征：色调(Hue)，饱和度（Saturation)，亮度(Intensity).,色调：它表明颜色的种类，取决于主波长； 饱和度：表示颜色浓淡的物理量。通常用混入白光量的比例来度量。 亮度（辉度）：人眼所感受到的颜色明暗程度的物理量。,2019年7月10日5时50分,第二章
17、图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,33,4。L*a*b*(Lab),2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,34,5。YUV/YIQ/YCrCb 在彩色电视制式中，使用YUV和YIQ模型来表示彩色图像。在PAL彩色电视制式中使用YUV模型，其中Y表示亮度，UV用来表示色差，U、V是构成彩色的两个分量；在NTSC彩色电视制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是两个彩色分量。YCrCb用在图象压缩方面。是前两种模型的数字表现形式。,它们与RGB的转换关系为：,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,
18、35,PAL与NTSC色域示意图,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,36,视觉的空间特性,4.人眼的视觉特性,人眼的空间分辨能力为1,视觉的时间特性,活动图象的帧频至少是15帧/s的时候，人眼才有图象连贯的感觉,灰度分辨能力大约64级,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,37,imagesc(1:10); colormap(gray); imagesc(1:128);,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,38,形状感觉与错觉,2019年7月10日5时50分
19、,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,39,5.图象文件的存储格式,在计算机中，数据是以文件的形式存放在存储器中的，图像数据也不例外。图像文件是采用特定数据结构表示图象数据的文件，这种特定格式，就是该图象文件的格式。现在已有几十种常用的图像文件格式，它们是由计算机软件技术公司、计算机设备制造厂商等研究制订的，主要目的是为了图象信息交换和操作的方便性。,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,40,图像文件一般由文件头、色调数据和像素数据三部分组成。,文件头文件头用于存放图像的特征参数及其存放位置和文字注解等。它有固定格式及灵活格式两大类。
20、前者如 PCX、BMP等，它们存储规定的参数，且数据在文件中的存放位置是固定的；后者如 TIF文件格式，文件中除了规定的参数外，还可自行定义特征参数，数据在文件中的存放位置也不固定，且同一文件中可存放多幅图像。,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,41,色调数据 色调数据是指16色和256色彩色显示模式下的调色板数据，真彩色图像则不需要色调数据。有些图像文件格式中色调数据放在文件头中。,像素数据像素数据以位图的形式存放，有压缩、不压缩之分，压缩数据可以节省存储容量，但在存取时需进行压缩和解压缩处理，处理速度稍慢些。不压缩的像素数据在不同格式的图像文
21、件中的存储结构基本相同，与显示存储器中的存放形式相似。常用的压缩方法为行程编码、霍夫曼编码和LZW压缩编码等。,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,42,例.BMP图象文件格式,BMP位图文件可看成由4个部分组成：位图文件头(bitmap-file header)、位图信息头(bitmap-information header)、彩色表(color table)和定义位图的字节阵列，它具有如下所示的形式。,typedef struct BITMAPFILEHEADER UINT bfType; DWORD bfSize; UINT bfReserv
22、ed1; UINT bfReserved2; DWORD bfOffBits; BITMAPFILEHEADER;,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,43,6.图象处理系统（下）,硬件系统其发展可分为三个阶段第一阶段（1960s-1980s）以I2S公司的Model-70和Model-75图象计算机为代表；系统采用机箱式结构；主流机型采用小型机，并采用双屏操作方式。（计算机终端显示文本信息；图象监视器则显示图象）第二阶段（1980s-1990s）以Imaging Technology公司的PCVISION系列和DT公司的DT28xx系列等为代表；
23、采用插卡式结构（把图象卡插在计算机的ISA插槽内即可构成图象处理系统）；主流机为PC机；双屏操作方式。,第三阶段（1990s- ）单屏；PCI+MMX是当前图象处理的主流模式。,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,44,实验准备,1。熟悉Matlab(参见实验指导），或,2。熟练运用某种编程工具语言提供的图象操作方法,实验内容： 1。认识数字图象 2。编写程序，实现图象任意角度的旋转（注意精度）,实验,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,45,总结,本章探讨了数字图象的基本概念，亮度、色度等，是图象处理的基础,2019年7月10日5时50分,第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT,46,回答问题,
