图像处理基本知识

关于图像处理基本知识第1页，课件共29页，创作于2023年2月内容提要

人类视觉与色度学基础图像的表示方法基本的图像处理系统图像的基本统计特征MATLAB图像处理工具箱Photoshop等图像处理软件和开发工具第2页，课件共29页，创作于2023年2月知识要点人类颜色视觉和色度学知识。灰度图像和彩色图像的描述方法，重点讨论灰度静止图像。典型的数字图像处理系统。图像的基本统计特征。MATLAB图像处理工具箱、Photoshop等图像处理软件入门初步。第3页，课件共29页，创作于2023年2月2.1

人类视觉与色度学基础人类色觉的产生是一个复杂的过程。除了光源对眼睛的刺激，还需要人脑对光刺激的解释。人感受到的物体颜色主要取决于反射光的特性。如果物体比较均衡地反射各种光谱，则看起来是白的。如果物体对某些光谱反射得较多，则看起来物体就呈现相对应的颜色。色度学：进行图像的彩色分析，建立的研究彩色计量的学科。第4页，课件共29页，创作于2023年2月视觉系统中存在着杆状和锥状细胞两种感光细胞。杆状细胞为暗视器官锥状细胞是明视器官，在照度足够高时起作用，并能分辨颜色。锥状细胞大致将电磁光谱的可见部分分为三个波段：红、绿、蓝。这三种颜色被称为三基色第5页，课件共29页，创作于2023年2月图2.1人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线第6页，课件共29页，创作于2023年2月

人类视觉对颜色的主观感觉颜色的三种主观感觉：色调、色饱和度和亮度。色调（hue）从一个物体反射过来的或透过物体的光波长是由颜色种类来辨别的，如红、橙、绿。色饱和度（saturation）即色纯度，指颜色的深浅例如：深红和浅红。亮度（brightness）颜色的明暗程度，从黑到白，主要受光源强弱影响。第7页，课件共29页，创作于2023年2月2.1.2三基色原理由三基色混配各种颜色通常有两种方法：相加混色法。彩色电视机上的颜色。相减混色法。彩色电影、幻灯片、绘画原料相加混色和相减混色的主要区别：（1）相加法是由发光体发出的光相加而产生的各种颜色，而相减法是先有白色光，然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜色。（2）相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色是黄、青、品红。相加混色的补色就是相减混色的基色。（3）相加混色和相减混色有不同的规律。第8页，课件共29页，创作于2023年2月Grassman定律视觉对颜色的响应取决于红、绿、蓝三输入量的代数和。（1）所有颜色都可以用相互独立的三基色混合得到；（2）假如三基色的混合比相等，则色调和色饱和度也相等；（3）任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基色分别合成这两种颜色的各自成份混合起来得到的结果相等；（4）混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。第9页，课件共29页，创作于2023年2月

颜色向量C的计算CIE的R、G、B颜色表示系统。选择标准红色，绿色和蓝色三种单色光作为表色系统的三基色。颜色向量C红（R）、绿（G）、蓝（B）三刺激值所构成的（R，G，B）向量的和构成。

C=RR0+GG0+BB0

（2.1）R、G、B为C的三刺激值（tristimulusvalues）（R0，G0，B0）称为原刺激值，是单位向量。第10页，课件共29页，创作于2023年2月图2.2颜色的向量表示与光谱三刺激值

（a）颜色的向量表示（b）光谱三刺激值第11页，课件共29页，创作于2023年2月2.1.3光度学基本知识光度学光学中研究光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫射等度量的学科同时结合视觉特征来确定光的度量及吸收的单位。在可见光谱段以外的景物图像可用类似的方法。可见光谱段以外所形成的图像，其处理的各个过程也常常要变换成人眼可以观察的图像例如热成像、X光照片等第12页，课件共29页，创作于2023年2月光度学中的基本概念1.光通量2.发光强度3.视敏度4.亮度亮度是发光面的明亮程度的度量，它决定于单位面积的发光强度，单位为cd/m2。5.照度照度指照射在单位面积上的光通量，单位为勒（lx）。第13页，课件共29页，创作于2023年2月2.2连续图像的数学描述

一幅图像可以被看作是空间各点光强度的集合。对于二维图像，可以把光强度I看作是随空间坐标（x,y）、光线波长和时间t变化的连续函数：

I=f(x,y,,t)(2.3)第14页，课件共29页，创作于2023年2月灰度图像如果只考虑光的能量而不考虑其波长图像在视觉上表现为灰色影像--灰度图像：

I=f(x,y,,t)

（2.4）静止灰度图像：

I=f(x,y)

（2.5）

第15页，课件共29页，创作于2023年2月一般地，一个完整的图像处理系统输入和显示的都是便于人眼观察的连续图像（模拟图像）。为便于数字存储和计算机处理可以通过数模转换（A/D）将连续图像变为数字图像。第16页，课件共29页，创作于2023年2月2.3基本的图像处理系统图像处理系统包括图像处理硬件和图像处理软件。1.3.1图像处理硬件微机图像处理硬件系统主要由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出设备等组成。软件系统包括操作系统、控制软件及应用软件等。第17页，课件共29页，创作于2023年2月图2.5基本的数字图像处理系统第18页，课件共29页，创作于2023年2月较完整的数字图像处理系统结构框图：由输入设备、成像显示记录设备、数字图像处理核心、交互控制单元等组成。1图像输入设备完成将模拟光学图像转换成模拟电图像的过程。数字化图像输入设备还进一步将模拟电图像进行数字化以便于存储介质存储和计算机处理。第19页，课件共29页，创作于2023年2月2.图像存储器为了适应图像的大数据量要求，输入图像、输出图像以及中间结果图像必须用大容量存储介质进行存储。3.主机用于图像处理的计算机。4．显示器及图像输出设备第20页，课件共29页，创作于2023年2月图2.6数字图像处理系统结构图第21页，课件共29页，创作于2023年2月图像采集卡、显示卡、高速图像处理卡等。（1）图像采集卡（2）高速图像处理卡（3）显示卡第22页，课件共29页，创作于2023年2月图2.9基于DSP的高速图像处理卡结构图第23页，课件共29页，创作于2023年2月图2.10VGA显卡的原理框图第24页，课件共29页，创作于2023年2月2.3.2图像处理软件图2.12图像处理软件系统的层次结构第25页，课件共29页，创作于2023年2月1.图像设备驱动程序2.操作系统：（1）IBMPC及兼容机一般使用MicrosoftWindows操作系统。（2）AppleMacintosh机一般使用MacOSX操作系统。（3）图形工作站典型使用UNIX或XWINDOWS操作系统。3．图像处理开发工具（1）VC++面向对象可视化集成工具（2）MATLAB的图像处理工具箱（3）图像应用软件：Photoshop、CorelDRAW、ACDSee第26页，课件共29页，创作于2023年2月2.4图像的统计特征

（1）图像的大小（size）。（2）图像的灰度平均值（mean）。（3）协方差矩阵（covariancematr