数字图像处理图像系统与视觉系统

图像和视觉基础视觉基础人眼与亮度视觉颜色视觉成像基础成像模型成像几何采样和量化图像基础像素间联系图像运算图像坐标变换图像处理基础知识图像的表示数学表示二维离散亮度函数f(x,y)1xy说明图像像素的坐标2函数值f代表了在点(x,y)处像素的亮度值二维矩阵A[m,n]1m,n说明图像的宽和高2矩阵元素a(ij)的值表示图像在第i行第j列的像素的灰度值一维采样定理：惠特克－卡切尼柯夫－香农采样定理二维采样定理：采样频率大于图像信号最高频率的2倍采样误差混叠噪声孔径效应：实际采样脉冲不是理想冲击函数，有一定的宽度，会产生失真插入噪声：由采样图像信号恢复到原图像，无理想滤波器（在内频率特性平坦，相位特性成直线)抖动噪声：采样周期为T，但发射与接受端T存在相位差异，称相位抖动。量化均匀量化非均匀量化:

a）基于视觉特性：对亮度值急剧变化部分无需过细分层，进行粗量化,对亮度值平缓变化部分需过细分层，进行细量化b）先计算所有可能的亮度值出现的概率分布，对概率分布大的进行细量化,对概率分布小的进行粗量化,非均匀量化可以减少量化误差，又能用较少的比特数实现量化灰度图像可由黑白照片数字化得到，或从彩色图像进行去色处理得到（256灰度级）图像模式二值图像灰度图像经过二值化处理后的结果，两个灰度级，只需用1bit表示。可见光谱人眼能看到的光波波长约350－750纳米的光波人眼受色光的刺激而产生的色视觉（称为颜色）由三个参量决定：色光的亮度、色彩和色饱和度。亮度：是色光强度的客观度量，也是人眼对色光明亮的程度的主观评测；色彩：是用以区分红、橙、黄、绿、青、蓝、紫品红等谱色光的术语；色饱和度：是颜色被多少白色所稀释的程度。在物理学中对上述三个主观描述量常用颜色的主波长、纯度、辉度三个客观变量来描述。主波长：是观察光线所能看到的那种颜色的波长；纯度：对应颜色的饱和度；辉度：则是光能的数量。彩色图像彩色图像的数据不仅包含亮度信息，还要包含颜色信息。彩色的表示方法是多样化的。三基色模型：RGB（Red/Green/Blue，红绿蓝）RGB三基色可以混合成任意颜色。1)RGB彩色空间：面向硬件设备的彩色模型三基色原理三基色指可以用来调配出其它颜色的红、绿、蓝三种颜色。彩色图像可由红、绿、蓝三基色图像叠加而成。任意彩色光L的配色方程式为：2)CMY彩色空间自然界物体颜色光的形成方式将物体划分为两类——发光物体和不发光物体，发光物体称为有源物体，不发光物体称为无源物体。无源物体是不发出光波的物体，其颜色由该物体吸收或反射哪些光波来决定，因此采用CMY三基色相减模型和CMY彩色空间描述。RGB彩色空间和CMY彩色空间转换关系油墨和颜料的三基色是CMY（Cyan/Magenta/Yellow，青/洋红/黄）而不是RGB，CMY三基色的特点是油墨和颜料用的越多，颜色越暗（或越黑），所以将CMY称为三减色，而RGB称为三加色。

波长(λ)三刺激值三刺激值波长(λ)CIEXYZ颜色空间

RGB色度系统的色匹配函数CIE-XYZ色度系统的标准色匹配函数由于色是三维量（色彩，色饱和度，亮度），在二维纸面表示三维量是困难的。而分析色的特征时主要关心基色的相互比例关系，即色度，而不关心色光亮度的绝对水平。表明r+g+b=1这个单位平面上绘出色度图特别有用。光谱轨迹线紫色线橙黄黄绿绿青蓝紫红即根据每一组（r,g,b）在r+g+b=1单位平面上标相应的实色的色感点，并把实色色感点往rg平面上投影所得的结果。白为什么彩色电视监视器不使用红、绿、蓝三种信号？

向后兼容黑白电视彩色电视信号必须与标准的黑白电视兼容要求在彩色电视上看起来完全不同的两种颜色在黑白电视上应呈现为不同的灰度节约带宽广播电视信号的带宽是有限的TV制式NTSCPALSECAM帧频（Hz）302525行/帧525625625亮度带宽（MHz）4.26.06.0色度带宽（MHz）1.3(I)，0.6(Q)1.3(U)，1.3(V)>1.0(U)，>1.0(V)YIQY指亮度(Brightness),即灰度值I和Q指色调，描述色彩及饱和度用于彩色电视广播，被北美的电视系统所采用（属于NTSC系统）Y分量可提供黑白电视机的所有影像信息YUVY指亮度,与YIQ的Y相同U和V也指色调，不同于YIQ的I和Q用于彩色电视广播，被欧洲的电视系统所采用（属于PAL系统）Y分量也可提供黑白电视机的所有影像信息YCbCrY指亮度,与YIQ和YUV的Y相同Cb和Cr由U和V调整得到JPEG采用的彩色空间3)HSI彩色空间（面向色彩设计

）区分颜色常用的3种基本特性量：色调（Hue）、饱和度（Saturation）、强度（Intensity）。色调Hue：与混合光谱中主要光波长相联系饱和度Saturation：与一定色调的纯度有关强度Intensity：与物体的反射率成正比IHSH色相：取值0-360S饱和度：取值0-1或0-100I亮度：取值0-1或0-100伪彩色图像处理什么叫伪彩色图像处理?也叫假彩色图像处理根据一定的准则对灰度值赋以彩色的处理区分：伪彩色图像、真彩色图像、单色图像为什么需要伪彩色图像处理?人类可以辨别上千种颜色和强度只能辨别二十几种灰度强度分层技术把一幅图像描述为三维函数（x,y,f(x,y)）分层技术：放置平行于(x,y)坐标面的平面每一个平面在相交区域切割图像函数单色图像强度分层结果，8个彩色区域左图的恒定强度难以区分病变，右图强度分层结果，清楚的显示恒定强度的不同区域用颜色突出降雨水平碳原子间的势能场图像存储的数据结构按像素存储按色面存储图像存储的数据结构:处理中的图像存储图像处理算法对存储缓冲区的不同处理模式以像素为单位的处理，单缓冲区存储处理单缓冲区原缓冲区目标缓冲区行和子图为单位的处理，双缓冲存储处理大体积图像处理中的块缓冲区处理方式行缓冲区、定长块缓冲区、不定长块缓冲行缓冲区定长块缓冲区不定长块缓冲图像存储的数据结构:处理中的图像存储大体积图像处理中的文件映射处理方式由操作系统和程序语言开发工具提供支持存在的问题：存储空间的动态不可控性实际内存虚拟操作内存实际数据存放在硬盘图像存储的数据结构:处理中的图像存储图像显示的坐标空间世界坐标系与显示窗口世界坐标系视窗0显示窗口图像的显示图像的局部显示用蒙板实现图象的局部显示用二值蒙板显示边缘不规则的局部区域用8位蒙板显示透明、融合效果的局部区域图象的局部刷新通过局部失效事件，触发局部刷新保存刷新数据图像的打印CMYK减色法半色调（Halftone）通过基本颜色细小色块的组合变化实现连续色调的图象网点（Screen）调幅网点：通过改变网点的大小调频网点：通过改变单位面积中，相同大小网点的出现次数图像描述信息一般以结构或类来描述主要包括宽高等图像数据数组顺序存放的连续数据1、位图文件头typedefstructtagBITMAPFILEHEADER{WORDbfType;//文件类型，必须是字符串”BM”DWORDbfSize