数字图像处理年月PPT课件

1、1视觉研究与图像技术的关系？人眼的构造？视觉信息的产生、传递和处理？了解视觉特性及视觉模型？2.1 图像信息技术中的视觉研究第1页/共49页2视觉模型研究视觉模型研究 将视觉系统的功能抽象化为简单的模型，以此模将视觉系统的功能抽象化为简单的模型，以此模型为基础对视觉系统进行研究型为基础对视觉系统进行研究 对视觉生理和特性并末完全清楚，人类视觉模型对视觉生理和特性并末完全清楚，人类视觉模型的讨论，只能建立在假设和实验结果相符合的基的讨论，只能建立在假设和实验结果相符合的基础上础上 假说假说 建模建模 试验试验 修改修改 完善完善第2页/共49页31）自动增益控制特性2）阈值特性-噪声消除3）阈值

2、调节特性神经元模型第3页/共49页4神经元模型第4页/共49页5黑白视觉模型第5页/共49页6眼睛光学性能杆状和锥状细胞非线性响应侧抑制过程时间滤波效应黑白视觉模型z z第6页/共49页7噪声的基本概念噪声的基本概念噪声的分类噪声的分类图像系统噪声的特点图像系统噪声的特点图像噪声分析第7页/共49页82.3 图像噪声分析2.3.1 噪声的基本概念1 噪声的定义：妨碍人们感觉器官对所接收的信源信息理解的因素2 噪声的特点：不可预测，只能用概率统计方法来认识的随机误差v 用概率分布函数和概率密度函数描述随机过程但在很多情况下，这样的描述方法是很复杂，甚至不可能的，而实际应用往往也不必要v 通常是用

3、数字特征来反映噪声的特征：均值、方差、相关函数等第8页/共49页图像采集量化噪声热噪声等物理对象接收者传输和处理光：不均匀的光照电磁：通过辐射耦合噪声的产生途径3 噪声的产生第9页/共49页10噪声的分类外部噪声外部噪声: :系统外部干扰通过电磁波或经电源串进系统外部干扰通过电磁波或经电源串进系统内部而引起的噪声系统内部而引起的噪声内部噪声内部噪声: :由光和电的基本特性、电器的机械运动、由光和电的基本特性、电器的机械运动、元器件材料本身及系统内部电路等引入的噪声元器件材料本身及系统内部电路等引入的噪声根据噪声的产生原因平稳噪声:统计特性不随时间变化的噪声非平稳噪声:统计特性不随时间变化的噪声

4、根据统计理论观点高斯噪声：幅度分布按高斯分布的噪声瑞利噪声：幅度分布按瑞利分布的噪声伽玛噪声：幅度分布按伽玛分布的噪声根据噪声幅度分布第10页/共49页11噪声的分类白噪声：频谱均匀分布的噪声1/f噪声：频谱与频率成反比的噪声三角噪声：与频率平方成正比的的噪声根据频谱形状加性噪声:以混合叠加模式引入的噪声，输出图像为S(t)+n(t) 乘性噪声:以相乘模式引入的噪声，输出图像为S(t)(1+n(t) 根据噪声与图像的结合方式第11页/共49页12注意：为了分析、处理方便注意：为了分析、处理方便1 1）往往将乘性噪声近似认为是加性噪声；）往往将乘性噪声近似认为是加性噪声； 受干扰的图像受干扰的图

5、像； 原图原图； 噪声。噪声。2）总是假定信号和噪声是互相统计独立。总是假定信号和噪声是互相统计独立。 概率密度分布函数概率密度分布函数 ,1,U x yI x yn x yU x yI x yn x y)()(),(nfIfnIf,U x y,I x y,n x y第12页/共49页13高斯噪声：高斯噪声： 22/212zP ze第13页/共49页14瑞利噪瑞利噪声：声： 2/1zaza0zbza eP zb2/4 44abb第14页/共49页15伽玛噪伽玛噪声：声： 1z01 ! z00bba zbPz22 baba第15页/共49页16脉冲噪脉冲噪声（椒盐噪声）：声（椒盐噪声）： z=a

6、 z=b0abPP zP其他第16页/共49页现在图像系统的输入光电变换经常是先把二维图像信号扫描变换成一维电信号再进行处理加工。最后再将一维电信号变成二维图像信号。噪声也存在着同样的变换方式 ，X和Y方向的噪声特性会有所不同。2.3.3 图像系统噪声特点1 噪声的扫描变换第17页/共49页数字图像处理技术中存在量化噪声，它在图像内容比较平坦时，出现伪轮廓数字图像处理技术中存在量化噪声，它在图像内容比较平坦时，出现伪轮廓。 平坦区域的伪轮廓，可通过颤噪效应减弱2 噪声与图像的相关性第18页/共49页v 串联图像传输系统中，各部分窜入噪声若是同类串联图像传输系统中，各部分窜入噪声若是同类噪声，可

7、以进行功率相加，因此信噪比要下降噪声，可以进行功率相加，因此信噪比要下降v 若不是同类噪声，应区别对待，而且要考虑视觉若不是同类噪声，应区别对待，而且要考虑视觉检出特性的影响检出特性的影响 3 噪声的叠加性第19页/共49页g=imnoise(I,type,paramete) 当Type项选择“gaussian”时,函数格式为g=imnoise(I,gaussian,m,var) 当Type项选择“salt & pepper”时,函数格式为g=imnoise(I,salt & pepper,d) 当Type项选择“speckle”时,函数格式为g=imnoise(I, spec

8、kle,var)g=I+nI 第20页/共49页利用Matlab程序来实现伽玛噪声。完成后需要提交程序和输入输出参数说明。 作业提示：对于任意分布的随机变量可以通过一个在0，1范围内均匀分布的随机数来构造。 第21页/共49页定义变量为(0,1)区间内均匀分布的随机数，可以通过求解如下方程来实现满足指定概率密度函数分布的随机变量。 作业 1zzF 2/za1F za0zbez zabln 1第22页/共49页232.4 图像质量评价了解图像质量的含义？了解图像主观评价方法？了解图像客观评价方法？了解图像质量评价的发展？第23页/共49页24 1 1 概述概述 图像质量评价是图像信息工程的基本技

9、术之一图像质量评价是图像信息工程的基本技术之一图像是人类感知的重要信息源，图像质量对所获取图像是人类感知的重要信息源，图像质量对所获取信息的充分性和准确性起着决定性的作用信息的充分性和准确性起着决定性的作用在图像获取和处理的各个阶段，所采用各项技术的在图像获取和处理的各个阶段，所采用各项技术的优劣也都归结到图像质量的评价优劣也都归结到图像质量的评价第24页/共49页25第25页/共49页262 图像质量的含义1）保真度 描述被评价图像与标准图像之间的偏离程度2）可懂度 图像向人（机器）提供信息的能力 多年来，人们总是希望能够给出图像保真度和可懂度的定量测量方法，以作为评价图像和设计图像系统的依

10、据，但由于目前对人的视觉系统性质还没有充分理解，对人的心理因素还找不出定量化的描述方法，还没有获得很好的解决方法。第26页/共49页273 3 图像质量评价（评估）的主要方法：图像质量评价（评估）的主要方法： 1 1）主观评价方法）主观评价方法 优点：直接反映人眼的感觉优点：直接反映人眼的感觉 缺点：费时费力，易受观察者的知识背景、缺点：费时费力，易受观察者的知识背景、 经验、测试环境等多种因素的影响经验、测试环境等多种因素的影响 2 2）客观评价方法）客观评价方法 优点：方便快捷、容易实现、易于与应用系优点：方便快捷、容易实现、易于与应用系 统结合统结合 缺点：难于定量化描述，与人的主观感受

11、会缺点：难于定量化描述，与人的主观感受会 有一定的出入有一定的出入第27页/共49页284 4主观保真度评价主观保真度评价 以人作为图像的观察者，对图像的优劣作出主观以人作为图像的观察者，对图像的优劣作出主观评定。这是目前普遍采用的方法。评定。这是目前普遍采用的方法。 1 1）观察者）观察者 外行：未受专业训练外行：未受专业训练 内行：训练有素内行：训练有素 第28页/共49页294 4主观保真度评价主观保真度评价 2 2）主观评定方法）主观评定方法 绝对评价：由观察者根据一些事先规定的评价尺绝对评价：由观察者根据一些事先规定的评价尺度或自己的经验对被评价图像提出质量判断，度或自己的经验对被评

12、价图像提出质量判断，“全优全优度尺度度尺度”第29页/共49页304 4主观保真度评价主观保真度评价 2 2）主观评定方法）主观评定方法 相对评价：观察者将一批图像由好到坏进行分类，相对评价：观察者将一批图像由好到坏进行分类， “群优度尺度群优度尺度” 第30页/共49页314 4主观保真度评价主观保真度评价 以人作为图像的观察者，对图像的优劣作出主观以人作为图像的观察者，对图像的优劣作出主观评定。这是目前普遍采用的方法。评定。这是目前普遍采用的方法。 3 3）主观评定条件）主观评定条件 观察者的人数：至少观察者的人数：至少2020人人 测试条件：与使用条件相匹配测试条件：与使用条件相匹配 评

13、价尺度的选择：根据具体条件评价尺度的选择：根据具体条件 结果分析：统计分析结果分析：统计分析 第31页/共49页324 4主观保真度评价主观保真度评价 以人作为图像的观察者，对图像的优劣作出主观以人作为图像的观察者，对图像的优劣作出主观评定。这是目前普遍采用的方法。评定。这是目前普遍采用的方法。 第32页/共49页335 5客客观保真度评价观保真度评价依据模型的量化指标或参数衡量图像质量。根据依据模型的量化指标或参数衡量图像质量。根据评价算法对参考图像的依赖程度可分为三类：评价算法对参考图像的依赖程度可分为三类：全参考客观评价方法全参考客观评价方法半参考客观评价方法半参考客观评价方法无参考客观

14、评价方法无参考客观评价方法第33页/共49页34 第34页/共49页35 “接近程度”的量度：用互相关函数R表示: 通常也采用归一化的互相关函数表示： 第35页/共49页36( , )( , )( , )e x yf x yf x y误差均方误差1122011 ( , )( , )NMxyef x yf x yNM均方根误差2rmsee第36页/共49页3711201ms2 ( , )SNRNMxyf x ye均方信噪比（假定加性噪声）峰值均方误差11201pms21 ( , )( , )max ( ( , )NMxyf x yf x yNMef x y第37页/共49页386 6图像质量评价

15、的发展图像质量评价的发展基于视觉感知的图像质量评价方法基于视觉感知的图像质量评价方法基于视觉兴趣的图像质量评价方法基于视觉兴趣的图像质量评价方法第38页/共49页396 6图像质量评价的发展图像质量评价的发展基于视觉感知的图像质量评价方法基于视觉感知的图像质量评价方法1 1、图像降质对人眼视觉的影响是由人眼视觉系、图像降质对人眼视觉的影响是由人眼视觉系统的灵敏度所决定的，而视觉灵敏度是由人眼的统的灵敏度所决定的，而视觉灵敏度是由人眼的视觉细胞决定视觉细胞决定2 2、影响像素误差可视度的因素是误差周围的局、影响像素误差可视度的因素是误差周围的局部区域环境，而不是整个图像的背景环境部区域环境，而不

16、是整个图像的背景环境第39页/共49页406 6图像质量评价的发展图像质量评价的发展基于视觉兴趣的图像质量评价方法基于视觉兴趣的图像质量评价方法1、视觉不仅与生理因素有关，还在相当大的程、视觉不仅与生理因素有关，还在相当大的程度上取决于心理因素度上取决于心理因素2 2、人们在观察和理解图像内容时往往会不自觉、人们在观察和理解图像内容时往往会不自觉地对其中某些区域产生兴趣，而对不感兴趣区的地对其中某些区域产生兴趣，而对不感兴趣区的降质有时不会察觉降质有时不会察觉3 3、人们对于图像中关注的区域却具有共性，它、人们对于图像中关注的区域却具有共性，它集中传递了整幅图像所要表达的大部分客观信息。集中传

17、递了整幅图像所要表达的大部分客观信息。第40页/共49页412.5 彩色图像的基本知识三基色原理？颜色的基本属性？彩色模型？第41页/共49页421 三基色原理 人的大脑对颜色的感知和理解是一个复杂过程 一些基本结论1、物体的颜色由物体的反射光决定2、锥状细胞可分为红、绿、蓝三类感受器3、光线作用时，3个感受器产生的兴奋程度不同，其组合产生不同的颜色第42页/共49页432 颜色的基本属性.5.2 颜色的基本属性1 颜色分为彩色和非彩色两大类2 颜色对人眼的视觉作用：颜色的3个基本属性v亮度：光波作用于感受器发生的效应；由物体反射系数决定v 色调：由物体反射光线中占优势的波长决定；决定了颜色的本质v 色饱和度：颜色的鲜明程度；饱和度越大，颜色越深；反射光中白光越多，色饱和度越小3 色调和饱和度称为彩色，颜色由彩色和亮度表征第43页/共49页443彩色模型 彩色模型是在某些标准下用可接受的方式简化彩色规范。 RGB模型：主要用于彩色监视器和彩色视频摄像机 CMY模型：主要用于彩色打印机 HSI模型：更加符合人描述和解释颜色第44页/共49页45 RGB彩色模型 CMY彩