数字图像的显示学习教案

1、会计学1数字图像的显示数字图像的显示(xinsh)第一页，共19页。2 显示显示(xinsh)特性特性p显示图像的大小p显示器自身(zshn)的物理尺寸p显示器系统能处理的最大数字图像的大小p光度(gungd)分辨率指系统在每个像素位置产生正确亮度或光密度的精度，尤其是系统能够有效产生的离散灰度级数目。离散灰度级数目通常与数据比特数有关。但是一个能接收8比特数据的显示器未必能够完全显示256级不同灰度，一般要少一些。我们经常使用电子噪声，例如方均根噪声来粗略估算系统能产生的有效灰度级估算公式： 若噪声影响灰度的宽度 灰度显示总范围，有效灰度级=N（整数）1 N第2页/共19页第二页，共19页。

2、p灰度的特性p输出亮度正比于输入灰度级的程度，即转换曲线的线性程度。只要(zhyo)人眼不能察觉，转换曲线稍微带有非线性是允许的。p显示标定(bio dn)p在暂时显示装置中通常有调节转换曲线的旋钮。这被称为硬件调节。绝大多数情况使用软件调节。p显示标定(bio dn)：预先把一个包含所有不同灰度级的测试卡显示在监视器中，在这基础上调节设备，使之线性表达所有亮度。第3页/共19页第三页，共19页。p低频响应p指系统(xtng)显示大块等灰度级或者说平坦区域的能力。受到显示点形状、点间距(jin j)和显示系统的幅度噪声和位置噪声的影响。概念 像素极性：不同的显示系统有不同的像素极性阴极射线管显

3、示器：高亮度像素 对应 亮斑 零 黑斑CRT胶片(jiopin)记录仪： 高 黑 零 透明平坦区域的平坦性质在中高亮度才成为问题。第4页/共19页第四页，共19页。像素相互干扰(gnro)对平坦性的影响滚筒胶片记录仪使用矩形像素，能得到极佳的平坦(pngtn)性以阴极射线管为显示机制的系统通常以圆形光点组成矩阵序列。以下以高斯函数显示点为例p高斯(o s)显示点p二维高斯(o s)分布222,eexyrp x y设 为亮度等于最大值一半时半径R 22r Rp r第5页/共19页第五页，共19页。222,2xyRp x y单点亮度(lingd)分布显示图像上任意(rny) 处亮度为 。它是所有高

4、斯亮点贡献的总和。, x y,D x y第6页/共19页第六页，共19页。高斯(o s)状显示点之间的相互影响离中心2R以外(ywi)，高斯点亮度值才降为峰值的1%。该图反映两个相距d=2R等幅高斯点的亮度(lingd)分布。点中心与中间位置相差12.5%。第7页/共19页第七页，共19页。dD(1/2,0)D(0,0)D(1/2,1/2)在选择适当点间距是指满足平坦性要求的时候，有三个位置(wi zhi)需要重点考虑：像素中心、像素中点和对角线中点。我们要使上述三点亮度 相等。,D x y 1 10,01442;,428102 2221,02452222ddDp dpdDppddDppdR

5、第8页/共19页第八页，共19页。当距离 时三点亮度不可能相等。根据经验(jngyn)，范围 内有最好的区域平坦性。2Rd1.551.65RdR第9页/共19页第九页，共19页。p高频(o pn)响应显示系统能否精确(jngqu)反映高频细节部分也是衡量系统显示质量的重要指标由相距一个像素的交替明暗竖直或水平线组成，可以称为“线对”。显示(xinsh)系统再现直线图案好坏反映了显示(xinsh)图像细节的能力。dD(0,0)D(1,0)测试方案： 1 高频直线第10页/共19页第十页，共19页。粗点代表单位幅值的象素，小黑点代表零幅值象素。线上象素中心(zhngxn)的亮度可记为：线间象素亮度

6、(lingd)为两式相减为这就是(jish)对比度，调制系数为 0,01222Dp dpd 1,0242Dp dpd0,01,012242DDpdpd 0,01,00,0DDMD第11页/共19页第十一页，共19页。表示M与点间距(jin j)的关系第12页/共19页第十二页，共19页。2 单象素棋盘(qpn)格最大亮度(lingd)由下式给出0,0142Dpd dD(1,0)D(0,0)第13页/共19页第十三页，共19页。点间距(jin j)的折衷选择区域平坦性与高频相应的要求给点间距(jin j)的选择带来互相矛盾的约制。两者实际的折衷取决于每幅图象中高频和低频信息的相对重要性。最小亮度

7、(lingd)为 1,0485Dp dpd第14页/共19页第十四页，共19页。p用于显示目的的采样p显示数字图象实际上是一个将一组离散的采样值重构为连续图像的过程。根据香农定理，正确的插值函数是Sinc函数。只要采样间距(jin j)选择得当离散点可以准确的恢复原有的图象sincsinxxx下图显示了对一位余弦信号以每周期3.3个采样点的频率进行采样。根据香农定理，使用如此频率的采样可以无误差的恢复余弦信号。通常的显示点是高斯函数(hnsh)，它往往会使图像产生畸变，右图就是用高斯函数(hnsh)插值采样函数(hnsh)时得到的结果。第15页/共19页第十五页，共19页。过采样：当每周期(z

8、huq)的采样数进一步增多时，会减少高斯显示点所造成的影响。因此我们可以采用比图像更小的，因而数量更多的像素。再采样：这是另一种改善高斯点图像显示(xinsh)质量的方法。即在显示(xinsh)之前先用数字插值的方法增加图像的像素数，然后再用高斯点显示(xinsh)图像。数字插值的函数是sinc函数。下图就是再采样的例子。第16页/共19页第十六页，共19页。p关于噪声的考虑p显示系统电子噪声会引起显示点亮度和位置发生变化。p1. 幅值噪声（亮度变化）p随机幅值噪声椒盐噪声p周期幅值噪声鱼骨图案(t n)或条纹图案(t n)p点位置噪声p点显示间距不均匀。严重时会产生(chnshng)几何畸变。点间距的不均匀也会造成幅值亮度的变化。所以须精确控制象素的位置。第17页/共19页第十七页，共19页。习题：1 某个显示系统将其高斯点间距调整(