数字图像基(人类视觉)础.ppt
2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,1,第二章 数字图像处理基础,主要内容：,一.图像处理的视觉基础,二.图像的数字化,三.像素间的基本关系,四.数字图像类型,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,2,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,3,图和背景反转图形,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,4,一、图像处理的视觉基础,视觉生理/视觉特性/视觉模型视觉基础/视觉应用它们与图像研究的关系,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,5,视觉研究与图像的关系,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,6,1、图像质量评价与视觉心理,对图像质量的最终评价是由人的感觉器官和心理状态来 决定的。与图像内容以及观察者的心理因素有关。从图像信息传输角度出发，图像系统评价的真正尺度应 该是发出信息者的意图为接收信息者所理解的程度，而 不是对发出信息者发出的图像象素信息集合的简单接收。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,7,2、画面组成和视觉心理,“视野”指眼球不动时所能见到的范围如果把注视点作为中心，可见的范围上方约65。，下方约75。，左右视角约为104。(现在的电视画面约占7。8。)，但视力好的部位仅限于中央2。3。左右。为了适应大的画面和立体景象的机理，眼球必须转动使视线移动。中心视力分辨率强，可以进行图像细节的认识。周边视力分辨率差，可以将视觉目标特征部分检出，利用检出的目标图像特征去控制眼球运动。另外周边视力可以认识图像的全貌，而中心视只能认识图像的一小部分。要产生充分的临场感，画面尺寸应该产生30。以上视野，如宽银幕电影。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,8,3、视觉的时空频率分析,影响图像锐度的主要因素。视觉神经具有的Mach效应和RocaSulzer微分效应，中枢神经的Craik-Obrien积分效应等是视觉信息处理的基础，因此可以将视觉特性和图像处理结合起来研究。空间分辨力人眼对空间景物细节的分辨能力有限，对黑白图像约为一度。时间分辨力对亮度的响应有时延和残留，因而对景物亮度的变化也有分辨力，过快的变化无法分辨“视觉惰性”当离散画面的重复频率不低于24Hz时，可形成连续画面的感觉，即人眼不能分辨相邻两幅画面间的差别，而低于24Hz时，有闪烁感。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,9,3、视觉的时空频率分析,人眼对画面静止部分的分辨率高于活动部分，对静止部分减少时间分辨率，而对活动部分减少空间分辨率，可以达到数据压缩的效果。幅度分辨力人眼对景物亮度层次的分辨力也有限，过小的亮度差别无法分辨。对彩色图像的色调和饱和度的分辨力人的视觉对彩色细节的分辨力要比亮度细节差，在国际无线电咨询委员会（ITU-R，原CCIR）601标准中，就利用了这种特性，将色差信号的空间分辨率减半，仍可以得到非常好的图像质量。对立体图像的景深分辨力等,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,10,4、视觉生理和模型的研究,视觉生理指视觉信息的产生部分视细胞(图像信息感受器)和其它神经细胞以及大脑高级中枢的神经系统的信息产生、传输和处理的机理插入单个细胞的微小电极，侧抑制现象、马赫效应等对大脑高级神经中枢的“思考过程”才刚起步。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,11,5、人类视觉机制今后的研究方向,从基础研究逐步转到和图像相关的视觉综合化、体系化的研究。搞清决定图像质量的主观因素，做出其总的结构模型；找出人脑真正接收信息的容量，大脑有效接收图像的显示方式；弄清图像信源和信宿的结构，建立起包括人的因素在内的信息论；研究视觉和其它感觉的相乘作用，即视觉和其它感觉的互相影响；开发自组织作用的综合研究，进一步建立发展“思考过程”；研究视觉和行为的关系。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,12,视觉基础讲述内容,人类视觉感知过程视觉的简单数学模型色度学知识,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,13,1.1人类视觉感知过程,人眼结构眼睛中图像的形成视觉特性,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,14,人眼能看到的光谱范围从380纳米到780纳米可见光谱。不同波长对应不同色彩感觉，不同强度的光刺激人眼，在人脑中将产生不同的光强、颜色、形状等视觉信息,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,15,角膜、巩膜；脉络膜、睫状体、虹膜视网膜黄斑中央凹锥体细胞明视觉细胞杆体细胞暗视觉细胞,视觉生理特点对图像处理方法的影响很大,1、人眼的结构,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,16,视锥细胞和视杆细胞在视网膜上的分布,锥状（cone）视觉：白昼视觉，色彩；杆状（rod）视觉：夜视觉，低照度敏感。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,17,眼睛中图像的形成,成像的几何原理视觉信息的产生视觉信息的传递视觉信息的加工处理,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,18,（1）成像的几何原理,用眼睛观察树的光学表示法，C点为晶状体的光学中心,当晶状体的折射能力由最小变到最大时，晶状体的聚焦中心与视网膜之间的距离由17mm缩小到14mm。当眼睛聚焦到远于3m的物体时，晶状体的折射能力最弱，当聚焦到非常近的物体时，其折射能力最强。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,19,视觉的空间特性,人眼的空间分辨能力为1,视觉的时间特性,活动图像的帧频至少是15帧/s的时候，人眼才有图像连贯的感觉,灰度分辨能力大约64级,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,20,（2）视觉信息的产生,光化电过程色觉理论主要有两种三原色学说（Yong-Helmholtz）三种视色素，对光的影响峰值分别在红、绿、蓝区，综合后形成色觉信息。Hering假说三对视色素(白-黑，红-绿，黄-蓝)，它们的组合响应产生色觉信息,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,21,马赫带效应,（3）主观亮度感受特性,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,22,同时对比效应,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,23,（4）形状感觉与错觉,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,24,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,25,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,26,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,27,2、色度学,3个基本颜色红（R,red）、绿(G,green)和蓝(B,blue)国际照明委员会（CIE），1931年规定3种基本色的波长为R:700nm,G:546.1nm,B:435.8nm。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,28,三色系统,利用3基色叠加可产生光的3补色：品红（M,magenta，即红加蓝）、蓝绿（C,cyan，即绿加蓝）、黄（Y,yellow，即红加绿）。按一定的比例混合3基色或将1个补色与相对的基色混合就可以产生白色。光的混合满足加色定理。,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,29,颜色特征,区分颜色通常用3种基本特性：辉度（又常用亮度、明度）色调饱和度。色调和饱和度合起来称为色度。颜色可以用辉度和色度共同表示,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,30,坐标系,为组成某种颜色所需的红、绿、蓝的量称为3个刺激量，分别用R、G、B表示。,颜色还可以用色品值r、g、b（相对色系数）表示，定义如下,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,31,彩色匹配规则：,任何彩色可以用不多于三个基色配成；混合色的光亮度等于各分量亮度之和；人眼不能分解混合彩色的各个分量；在某一亮度等级上的彩色匹配可适用于较宽的亮度范围；彩色相加定律：若一彩色C1与彩色C2相匹配（同样彩色感觉），而彩色C1与彩色C2相混合的彩色匹配，可以如下表示：C1=C2，即C1彩色与C2彩色相匹配；1C1+2 C2，即一混合色包含1份的C1和2份的C2。彩色相加定律表示为：若 C1=C2，C1=C2则 1C1+2 C2=1C1+2 C2,2023/11/14,第二章 数字图像处理基础,32,小 结,研究眼的生理特点非常重要，对显示系统的设计具有决定性意义仿生的图像处理系统是目前研究的热点和难点,
