图象、图象系统和视觉系统.ppt

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1、第二章第二章 图象、图象系统图象、图象系统 和视觉系统和视觉系统主要内容：1.图象的数字化图象的数字化2.基本光学亮度单位基本光学亮度单位3.颜色模型颜色模型4.人眼视觉特性人眼视觉特性5.图象文件格式图象文件格式6.图象处理系统（下）图象处理系统（下）*辅助材料：http:/166.111.68.47/1999fall/chp04.html2022/12/291第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT1.图象的数字化图象的数字化数字化(digitizing-scanning,sampling and quantization)如如图图，不不妨妨设设所所考考虑虑的的图图象象是是长长方方

2、形形的的。为为了了讨讨论论方方便便起起见见，在在图图象象“象象场场”里里取取一一个个直直角角坐坐标标原原点点O,建建立立直直角角坐坐标标系系xOy,则则图图象象可可以以用用一一个个二二元元函函数数来来表表示示：z=f(x,y)。z表表示示象象场里场里(x,y)点的点的“图象属性值图象属性值”。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 。2022/12/292第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTxyO木星2022/12/293第二章 图象、图象系

3、统和视觉系统 jsj_DGTxyO木星2022/12/294第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTxyOz=f(x,y)x=0,1,N-1;y=0,1,M-1;z=0,1,L-1对对x,y,z进行离散化，则全部抽样值共同构成一个离进行离散化，则全部抽样值共同构成一个离散函数，不妨还用散函数，不妨还用z=f(x,y)来表示。来表示。采样，量化，编码图一2022/12/295第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTv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2022/12/296第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_D

4、GTv量化（整量化）将0,c分成L等份:令为方便起见，不妨令称f(i,j)是图象f(x,y)的数字(化)图象2022/12/297第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTv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）灰度级灰度级:表示象素明暗程度的整数量称为灰度级。层次层次:表示灰度级的数量。像素像素:(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2022/12/298第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT1）图像分辨率：指组成一幅图像的像素密度

5、，也就是图幅参数。对同样大小的一幅图，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。分辨率分辨率2022/12/299第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT图图1的某个局部的数据的某个局部的数据 114 115 114 113 114 116 117 114 109 107 107 107 107 106 10

6、7 108 114 112 109 108 107 108 107 107 108 110 111 110 109 111 110 111 110 110 112 113 109 109 111 114 106 107 107 107 109 110 106 107 108 111 104 106 106 106 108 109 104 103 104 106 105 106 106 107 109 110 107 105 103 103 102 103 104 104 106 108 112 108 105 104 95 98 103 104 99 92 97 96 95 96 2022/1

7、2/2910第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT一个一个Matlab程序示例程序示例 如下信息是通过matlab语言，读出的某图象的信息 Filename:c:A.jpg FileModDate:13-Dec-2001 01:56:14 FileSize:25076 Format:jpg FormatVersion:Width:593 Height:418 BitDepth:24 ColorType:truecolor FormatSignature:2022/12/2911第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT数字图象种类黑白图象黑白图象：图像只有明暗程度的变化而没有色

8、彩的变化，最简单的是二值图象，只有两种灰度；伪彩色图像伪彩色图像：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。静止图象静止图象：图象的内容不随时间变化。活动图象活动图象：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。2022/12/2912第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT黑白

9、图象二值图象2022/12/2913第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT伪彩色图象伪伪彩彩色色伪伪彩彩色色图图象象的的含含义义是是，每每个个象象素素的的颜颜色色不不是是由由每每个个基基色色分分量量的的数数值值直直接接决决定定，而而是是把把象象素素值值当当作作彩彩色色查查找找表表C CL LU UT T(c co ol lo or r l lo oo ok k-u up p t ta ab bl le e)的的表表项项入入口口地地址址，去去查查找找一一个个显显示示图图象象时时使使用用的的R R、G G、B B强强度度值值，用用查查找找出出的的R R、G G、B B强强度度值值产产生生

10、的的彩彩色色称称为为伪伪彩彩色色。彩彩色色查查找找表表C CL LU UT T(c co ol lo or r l lo oo ok k u up p t ta ab bl le e)是是一一个个事事先先做做好好的的表表，表表项项入入口口地地址址也也称称为为索索引引号号。例例如如1 16 6种种颜颜色色的的查查找找表表，0 0号号索索引引对对应应黑黑色色，.，1 15 5号号索索引引对对应应白白色色。2022/12/2914第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT假彩色图象对多光谱图象进行处理得到的图象2022/12/2915第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT真彩色图象2

11、022/12/2916第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT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）2022/12/2917第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT点阵图像与矢量图象2022/12/2918第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT活动图象（以上各种图象称做静止图象，MPEG格式）此活动图象来自回归97网 http:/ 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT马拉多纳的世纪进球（来源不详，MPG格式）2022/12/2920第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT2.基本光学亮度

12、单位基本光学亮度单位2022/12/2921第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT 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=680lm2022/12/2922第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT3.颜色模型问题1.如何描述颜色？问题2.如何对红、黄、蓝、绿等颜色进行量化？大量实验证明，色光的颜色只与光的波长大量实验证明，色光的颜色只与光的波长“分布分布”有关。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：

13、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2022/12/2923第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT3lm(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=0.30lm1T单位绿光=0.59lm1T单位蓝光=0.11lmF=R(R)+G(G)+B(B)以三基色为基础的格拉斯曼(H.Grassmann)定律：2022/12/2924第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT加色法颜色的复合红+蓝=品红红+绿=黄绿+蓝=青R+G+B=W2022/12/29

14、25第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT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。2022/12/2926第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT颜色或色彩的数学模型v彩色三角形RGBYCMbrgyellowcyanmagentaF=R+G+Br=R/(R+G+B)g=G/(R+G+B)r+g+b=1b=B/(R+G+B)2022/12/2927第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTcolo

15、r值值浏览效果浏览效果预定义色彩预定义色彩16进制代码进制代码Black#000000White#FFFFFFRed#FF0000Lime#00FF00Blue#0000FFYellow#FFFF00Fuchsia#FF00FFAqua#00FFFFSilver#C0C0C0Gray#808080Olive#808000Purple#800080Teal#008080Maroon#800000Green#008000Navy#000080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2022/12/2928第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj

16、_DGT什么是3S技术什么是3S技术与是等价的在HTML文档里2022/12/2929第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTv1931CIE-RGB系统系统 配色实验2022/12/2930第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTv1931CIE-XYZ系统系统X=0.490R+0.310G+0.200BY=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.

17、000r+0.010g+0.990b）/（0.667r+1.132g+1.200b）2022/12/2931第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTv常用颜色模型1。RGB2。CMYK3。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。2022/12/2932第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_D

18、GT4。L*a*b*(Lab)2022/12/2933第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT5。YUV/YIQ/YCrCbYCrCb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。YCrCbYCrCb用在用在图象压缩方图象压缩方面。是前两种模型的数字表现形式。面。是前两种模型的数字表现形式。它们与RGB的转换关系为：2022/12/2934第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTPAL与NT

19、SC色域示意图2022/12/2935第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT视觉的空间特性4.人眼的视觉特性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2022/12/2936第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGTimagesc(1:10);colormap(gray);imagesc(1:128);2022/12/2937第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT形状感觉与错觉2022/12/2938第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT5.图象文件的存储格式图象文件的

20、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。2022/12/2939第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT 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。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 T

21、IF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。2022/12/2940第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT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。

22、2022/12/2941第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT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。位图文件的组成 结构名称 位图文件头(bitmap-file header)BITMAPFILEHEADER位 图 信 息 头(bitmap-information header)BITMAPINFOHEADER彩色表(color table)RGBQUAD图象数据阵列字节B

23、YTEtypedef struct BITMAPFILEHEADER UINT bfType;DWORD bfSize;UINT bfReserved1;UINT bfReserved2;DWORD bfOffBits;BITMAPFILEHEADER;2022/12/2942第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT6.图象处理系统（下）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

24、）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；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。摄象机图象数字化微机接口微机内存微机显存第三阶段（1990s-）单屏；PCI+MMX是当前图象处理的主流模式。2022/12/2943第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT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2022/12/2944第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT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2022/12/2945第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT回答问题2022/12/2946第二章 图象、图象系统和视觉系统 jsj_DGT