图像处理系统和视觉基础.ppt

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1、关于图像处理系统与视觉基础第一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月知识要点人类颜色视觉和色度学知识。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，重点讨论灰度灰度图像和彩色图像的描述方法，重点讨论灰度静止图像。静止图像。典型的数字图像处理系统。典型的数字图像处理系统。图像的基本统计特征。图像的基本统计特征。MATLAB图像处理工具箱、图像处理工具箱、Photoshop等图像等图像处理软件入门初步。处理软件入门初步。第二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月人类色觉的产生是一个复杂的过程。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。除了光源

2、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。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。相对应的颜色。色度学色度学：进行图像的彩色分析，建立的研究彩色计量的学科。进行图像的彩色分析，建立的研究彩色计量的学科。2.1 2.1 人类视觉与色度学基础人类视觉与色度学基础第三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月视觉系统中存在着杆状和锥状细胞两种感光细胞。视觉

3、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。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、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。蓝。这三种颜色被称为这三种颜色被称为三基色三基色人类视觉系统人类视觉系统第四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月图图2.1 人类视觉系统三类锥状细胞的光谱人类视觉系统三类锥状细胞的光谱敏感曲线敏感曲线第五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月图像视觉基础与数学基础图像视觉基础与数学基础 2

4、.1 2.1光度学及色度学原理光度学及色度学原理 1.1.色彩的基本属性色彩的基本属性 色彩是光的物理属性和人眼的视觉属性的综合反映。色彩是光的物理属性和人眼的视觉属性的综合反映。人眼对发光体或不发光体的色彩感觉，分别是因为不人眼对发光体或不发光体的色彩感觉，分别是因为不同光谱波长的辐射光或反射光刺激人眼视网膜内的感同光谱波长的辐射光或反射光刺激人眼视网膜内的感受器（视色素）使之兴奋的结果。受器（视色素）使之兴奋的结果。色彩具有三个基本属性：色调、饱和度和亮度。色彩具有三个基本属性：色调、饱和度和亮度。第六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 人类视觉对颜色的主观感觉人类视觉对颜色的主观

5、感觉颜色的三种主观感觉：色调、色饱和度和亮度。颜色的三种主观感觉：色调、色饱和度和亮度。色调（色调（hue）从一个物体反射过来的或透过物体的光波长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。是由颜色种类来辨别的，如红、橙、绿。色饱和度（色饱和度（saturation）即色纯度，指颜色的深浅即色纯度，指颜色的深浅例如：深红和浅红。例如：深红和浅红。亮度（亮度（brightness）颜色的明暗程度，从黑到白，主要受光源强弱影响。颜色的明暗程度，从黑到白，主要受光源强弱影响。第七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月色调色调是与混合光谱中主要光波长相联系的。是与混合

6、光谱中主要光波长相联系的。（红（红 绿绿 蓝）蓝）饱和度饱和度表示颜色的深浅程度，与一定色调的纯度有关，表示颜色的深浅程度，与一定色调的纯度有关，纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度逐渐减纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度逐渐减少。（如深红、浅红等）少。（如深红、浅红等）亮度亮度与物体的反射率成正比。颜色中掺入白色越多就与物体的反射率成正比。颜色中掺入白色越多就越明亮，掺入黑色越多亮度越小。越明亮，掺入黑色越多亮度越小。第八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 2.颜色视觉颜色视觉（1）颜色的基础知识）颜色的基础知识颜色的本质：颜色的本质：颜色的本质：颜色的本质：不同频率的

7、电磁波。人的脑和眼将不同频率的电磁波。人的脑和眼将不同频率的电磁波感知为不同的颜色。不同频率的电磁波感知为不同的颜色。人感受到的不透明物体颜色主要取决于反射人感受到的不透明物体颜色主要取决于反射光的特性，如果物体比较均衡的反射各种光谱，光的特性，如果物体比较均衡的反射各种光谱，则人看到的物体是白色的；如果物体对某些光谱则人看到的物体是白色的；如果物体对某些光谱反射的较多，则人看到的物体就呈现相对应的颜反射的较多，则人看到的物体就呈现相对应的颜色。色。第九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 颜色与彩色：颜色与彩色：颜色与彩色：颜色与彩色：颜色可分为无彩色和有彩色两大类。颜色可分为无彩色和

8、有彩色两大类。无彩色：无彩色：白色、黑色和各种深浅程度不同的灰色。白色、黑色和各种深浅程度不同的灰色。有彩色：有彩色：除去黑白系列以外的各种颜色。除去黑白系列以外的各种颜色。三三基基色色：实验证明，任何色彩都可以由不同比例的三种实验证明，任何色彩都可以由不同比例的三种独立的基本彩色型混合而得到。这三种相互独立的独立的基本彩色型混合而得到。这三种相互独立的彩色称为三基色。彩色称为三基色。第十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 2.1.2 三基色原理三基色原理由三基色混配各种颜色通常有两种方法：由三基色混配各种颜色通常有两种方法：相加混色法。相加混色法。l彩色电视机上的颜色。彩色电视机上的

9、颜色。相减混色法。相减混色法。l彩色电影、幻灯片、绘画原料彩色电影、幻灯片、绘画原料相加混色和相减混色的主要区别：相加混色和相减混色的主要区别：（1 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）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。白色光，然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜色。（2 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）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。红。相加混色的补色就是相减混色的基色。（3 3）相加混

10、色和相减混色有不同的规律。）相加混色和相减混色有不同的规律。第十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 相加混合法的三基色是：相加混合法的三基色是：红、红、绿、绿、蓝蓝，它们之间的任，它们之间的任意一组混合都可以得到一种新的彩色。意一组混合都可以得到一种新的彩色。光的三原色光的三原色印刷三原色印刷三原色第十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 Grassman定律定律视觉对颜色的响应取决于红、绿、蓝三输入量的代数视觉对颜色的响应取决于红、绿、蓝三输入量的代数和。和。（1）所有颜色都可以用相互独立的三基色混合得到；）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

11、相等，则色调和色饱和度）假如三基色的混合比相等，则色调和色饱和度也相等；也相等；（3）任意两种颜色相混合产生的新颜色与采用三基）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；果相等；（4）混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。）混合色的光亮度是原来各分量光亮度的总和。第十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月三原色原理三原色原理三原色原理三原色原理：任何颜色都可以用种不同的基本颜：任何颜色都可以用种不同的基本颜 色按不同的比例混合得到。色按不同的比例混合得到。标准三基色标准三基色标准三基色标准

12、三基色：国际照明委员会：国际照明委员会(CIE)规定：规定：红色红色(R)：波长为：波长为700nm；绿色绿色(G)：波长为：波长为546.1nm；蓝色蓝色(B)：波长为：波长为435.8nm。红绿蓝三原色按照比例混合可以得到各种颜色，红绿蓝三原色按照比例混合可以得到各种颜色，其配色方程为：其配色方程为：其配色方程为：其配色方程为：第十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（2）颜色模型：）颜色模型：所有颜色都可以看作所有颜色都可以看作3个基本颜色：红个基本颜色：红(R)、绿、绿(G)、蓝、蓝(B)的不同组合。的不同组合。（i）RGB模型模型RGB模型面向彩色模型面向彩色显示器或打印机等

13、设备。显示器或打印机等设备。RGBRGB彩色立方体彩色立方体B(0,0,1)白白灰灰黑黑GR(1,0,0)(0,1,0)0蓝蓝绿绿红红第十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 颜色向量颜色向量C的计算的计算CIE的的R、G、B颜色表示系统。颜色表示系统。选择标准选择标准红色红色，绿色绿色和和蓝色蓝色三种单色光作为表色系统的三三种单色光作为表色系统的三基色。基色。颜色向量颜色向量C红（红（R）、绿（）、绿（G）、蓝（）、蓝（B）三刺激值所构成的（）三刺激值所构成的（R，G，B）向量的和构成。）向量的和构成。C=RR0+GG0+BB0 （2.1）R、G、B为为C的三刺激值（的三刺激值（tr

14、istimulus values）（R0，G0，B0）称为原刺激值，是单位向量。）称为原刺激值，是单位向量。第十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月图图2.2 2.2 颜色的向量表示与光谱三刺激值颜色的向量表示与光谱三刺激值 （a）颜色的向量表示 （b）光谱三刺激值第十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（ii）HSI模型：模型：基于区分颜色的基于区分颜色的基于区分颜色的基于区分颜色的3 3种基本特征量，即：种基本特征量，即：种基本特征量，即：种基本特征量，即：色调色调（hue)hue)饱和度饱和度(saturation)(saturation)和和和和亮度亮度（intensi

15、ty)intensity)。适合人的视。适合人的视。适合人的视。适合人的视觉系统。觉系统。觉系统。觉系统。HSIHSI格式可以用一个圆柱体表示：圆柱体横截面形成格式可以用一个圆柱体表示：圆柱体横截面形成格式可以用一个圆柱体表示：圆柱体横截面形成格式可以用一个圆柱体表示：圆柱体横截面形成彩色环；彩色环；彩色环；彩色环；色调由角度表示色调由角度表示色调由角度表示色调由角度表示；饱和度由半径上的点至圆饱和度由半径上的点至圆饱和度由半径上的点至圆饱和度由半径上的点至圆心的距离表示心的距离表示心的距离表示心的距离表示，圆周上的颜色其饱和度为，圆周上的颜色其饱和度为，圆周上的颜色其饱和度为，圆周上的颜色其

16、饱和度为1 1，圆心的饱，圆心的饱，圆心的饱，圆心的饱和度为和度为和度为和度为0 0；圆柱的轴线表示亮度圆柱的轴线表示亮度圆柱的轴线表示亮度圆柱的轴线表示亮度，底部的亮度最低，顶部的，底部的亮度最低，顶部的，底部的亮度最低，顶部的，底部的亮度最低，顶部的亮度最高。亮度最高。亮度最高。亮度最高。第十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月亮度亮度色调色调饱和度饱和度第十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月HSI模型的特点：模型的特点：（1）亮度（）亮度（I）分量与图像的彩色信息无关；反映）分量与图像的彩色信息无关；反映物体的明暗程度；物体的明暗程度；（2）色调（）色调（H）和饱和度（

17、）和饱和度（S）分量与人感受颜色）分量与人感受颜色的方式紧密相连。的方式紧密相连。适用：适用：借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算法，面向以彩色处理为目的的应用，如：动画中的法，面向以彩色处理为目的的应用，如：动画中的彩色图形。彩色图形。第二十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 （3 3）RGBRGB模型与模型与HSIHSI模型之间转换模型之间转换 （i i）从）从RGBRGB转换到转换到HSIHSI 色度用色度用H H表示，饱和度用表示，饱和度用S S表示，亮度用表示，亮度用I I表示。表示。第二十一张，PPT共八十六页，创作于2022

18、年6月（iiii）从）从HSIHSI转换到转换到RGBRGB分分3 3段：段：当当H在在0，120之间：之间：当当H在在120,240之间：之间：第二十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月当当H在在240,360之间：之间：第二十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月Slide 24 2.1.3 光度学基本知识光度学基本知识光度学光度学光学中研究光的辐射、吸收、照射、反射、散射、漫射等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。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

19、。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变换成人眼可以观察的图像例如热成像、例如热成像、X光照片等光照片等第二十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月Slide 25光度学中的基本概念光度学中的基本概念1.光通量光通量2.发光强度发光强度3.视敏度视敏度4.亮度亮度亮度是发光面的明亮程度的度量，它决定于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，单位为单位面积的发光强度，单位为cd/m2。5.照度照度照度指照射在单位面积上的光通量，单位为照度指

20、照射在单位面积上的光通量，单位为勒（勒（lx）。）。第二十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月2.2 人眼视觉基础人眼视觉基础1.亮度和颜色感觉的视觉特性亮度和颜色感觉的视觉特性刺激强度与感觉的关系：刺激强度与感觉的关系：人眼的视觉效果是由可见光刺激人眼引起的。如果光人眼的视觉效果是由可见光刺激人眼引起的。如果光的辐射功率相同而波长不同，则引起的视觉效果也不同。的辐射功率相同而波长不同，则引起的视觉效果也不同。例：在等能量分布的光谱中，人眼感觉最暗的是红色，其例：在等能量分布的光谱中，人眼感觉最暗的是红色，其次是蓝色和紫色，最亮的是黄绿色。次是蓝色和紫色，最亮的是黄绿色。第二十六张，P

21、PT共八十六页，创作于2022年6月相对视敏函数：相对视敏函数：反映人眼对不同波长的光的敏感程度。反映人眼对不同波长的光的敏感程度。当光的辐射功率相同时，波长当光的辐射功率相同时，波长为为555nm的黄绿光的的黄绿光的主观感觉最亮。主观感觉最亮。以视敏度以视敏度K（555）为基础，把任意波长为）为基础，把任意波长为的光的主观的光的主观感觉亮度称为波长感觉亮度称为波长的光的视敏度的光的视敏度K()。因此，。因此，任意波任意波长光的相对视敏度函数长光的相对视敏度函数（相对视敏度）。即为：（相对视敏度）。即为：第二十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月亮度适应和颜色适应：亮度适应和颜色适应：

22、人的视觉系统能适应的亮度范围是很大的人的视觉系统能适应的亮度范围是很大的(1010量量级），但是人眼并不能同时感受很宽的亮度范围；客级），但是人眼并不能同时感受很宽的亮度范围；客观亮度相同时，当背景亮度不同时，主观感受的亮度观亮度相同时，当背景亮度不同时，主观感受的亮度也不同。也不同。人眼的明暗感觉是相对的。人眼的明暗感觉是相对的。人眼的明暗感觉是相对的。人眼的明暗感觉是相对的。亮度适应性：亮度适应性：在外界光线的亮度发生变化时，人眼的感受在外界光线的亮度发生变化时，人眼的感受性也会发生变化。从明亮处到昏暗处的视觉适应性称为性也会发生变化。从明亮处到昏暗处的视觉适应性称为暗暗适应性适应性；从暗

23、环境到明环境适应性为；从暗环境到明环境适应性为亮适应性。亮适应性。第二十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月亮度对比和颜色对比：亮度对比和颜色对比：视觉的主观亮度取决于视野中心（目标）与周围环境之视觉的主观亮度取决于视野中心（目标）与周围环境之间光照的相对强度。间光照的相对强度。（1）马赫带效应）马赫带效应 马赫带马赫带：在视觉图像的明暗过渡带的两侧看到的：在视觉图像的明暗过渡带的两侧看到的 亮带与暗带。亮带与暗带。第二十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（2 2）同时对比度现象）同时对比度现象 此现象表明人眼对某个区域感觉到的亮度不仅仅此现象表明人眼对某个区域感觉到的亮度不

24、仅仅依赖它的强度，而与环境亮度有关。依赖它的强度，而与环境亮度有关。同时对比度示例图同时对比度示例图马赫带效应：马赫带效应：基于视觉系统有趋向于过高或过低估计基于视觉系统有趋向于过高或过低估计不同亮度区域边界值的现象。不同亮度区域边界值的现象。第三十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月2.视觉的空间性质视觉的空间性质视觉的空间频率特性：视觉的空间频率特性：空间频率是指视像空间变化的快慢。明亮的图像空间频率是指视像空间变化的快慢。明亮的图像（清晰明快的画面）意味着有大量的高频空间成分；模（清晰明快的画面）意味着有大量的高频空间成分；模糊的图像只有低频空间成分。糊的图像只有低频空间成分。3.

25、视觉的时间特性视觉的时间特性 使视觉图像建立起来是需要时间的，而视觉图像建立使视觉图像建立起来是需要时间的，而视觉图像建立起来之后，即使把目标图像拿走，视觉反应也要持续一起来之后，即使把目标图像拿走，视觉反应也要持续一段时间。因此而产生视觉的运动感觉。段时间。因此而产生视觉的运动感觉。第三十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月运动感觉：运动感觉：视觉的运动感觉与人对刺激信号的反应有视觉的运动感觉与人对刺激信号的反应有关。刺激信号的出现与消失或改变都影响反应时间。关。刺激信号的出现与消失或改变都影响反应时间。光消失反应比光出现反应时间短；光强度增加比光强光消失反应比光出现反应时间短；光强

26、度增加比光强度减弱时间长。度减弱时间长。视觉运动的规律（习惯）：视觉运动的规律（习惯）：人眼的水平运动比垂直运动快，更易跟踪水平运人眼的水平运动比垂直运动快，更易跟踪水平运动的物体；动的物体；看圆形的画面总是习惯沿顺时针方向看，所以对看圆形的画面总是习惯沿顺时针方向看，所以对顺时针方向运动的物体的反应较逆时针运动物体快；顺时针方向运动的物体的反应较逆时针运动物体快；第三十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月在偏离距离相同的情况下，人眼对视野中四个象限在偏离距离相同的情况下，人眼对视野中四个象限的观察率依次为：左上、右上、左下、右下；的观察率依次为：左上、右上、左下、右下；视线习惯于从左

27、到右和视线习惯于从左到右和 从上到下看等。从上到下看等。4.主观轮廓和空间错觉主观轮廓和空间错觉主观轮廓：主观轮廓：指实际上并不存在、只是主观上认为存在的指实际上并不存在、只是主观上认为存在的某景物的轮廓线。它是从整个图形数据得到的概念（如某景物的轮廓线。它是从整个图形数据得到的概念（如图）。图）。第三十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月主观轮廓视觉效果图主观轮廓视觉效果图第三十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 空间错觉：空间错觉：物体的整体物体的整体面貌和结构强烈面貌和结构强烈地影响着人们对地影响着人们对它的感知。通常它的感知。通常有两类：基于形有两类：基于形状和方向；

28、基于状和方向；基于长度和面积。长度和面积。第三十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月两条红线是否一样长两条红线是否一样长?大个子在追小个子大个子在追小个子?第三十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月Slide 37本章小结 （1 1）主要介绍了数字图像处理的基本知识。从人类视觉）主要介绍了数字图像处理的基本知识。从人类视觉特性和色度学基本原理出发，完成对图像进行数学描述，特性和色度学基本原理出发，完成对图像进行数学描述，介绍了基本的图像处理系统、图像开发环境及常用的图介绍了基本的图像处理系统、图像开发环境及常用的图像处理软件。像处理软件。（2 2）要求掌握色度学基本概念，了解常

29、用数字图像处理系）要求掌握色度学基本概念，了解常用数字图像处理系统的组成原理，逐步熟悉常见图像处理软件的操作方法。统的组成原理，逐步熟悉常见图像处理软件的操作方法。（3 3）本章重点要求掌握图像基本统计特征的意义和计算方）本章重点要求掌握图像基本统计特征的意义和计算方法。法。第三十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月1.请解释马赫带效应，马赫带效应和同时对比度反映了请解释马赫带效应，马赫带效应和同时对比度反映了什么共同的问题什么共同的问题?它们都反映了人类视觉感知的主观亮度并不是物体它们都反映了人类视觉感知的主观亮度并不是物体表面照度的简单函数。表面照度的简单函数。2.色彩具有那几个基

30、本属性？描述这些基本属性的含义。色彩具有那几个基本属性？描述这些基本属性的含义。3.什么是视觉的空间频率特性？什么是视觉的时间特性什么是视觉的空间频率特性？什么是视觉的时间特性？4.颜色模型有哪几种？颜色模型有哪几种？思思 考考 题题:第三十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月2.32.3数字图像处理的数学基础数字图像处理的数学基础2.3.12.3.1线性系统线性系统1.线性系统：线性系统：线性系统具有叠加性。线性系统具有叠加性。第三十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月2.移不变系统移不变系统3.线性移不变系统线性移不变系统第四十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月2.

31、3.2卷积与滤波卷积与滤波1.1.1.1.卷积定义：卷积定义：卷积定义：卷积定义：2.2.卷积性质：卷积性质：（1）交换率：）交换率：（2）结合律：）结合律：（3）分配律：）分配律：（4）求导：）求导：第四十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月第四十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月3.3.离散卷积离散卷积4.4.滤波滤波 数学上的卷积运算在信号处理和图像处理中被称为滤波。数学上的卷积运算在信号处理和图像处理中被称为滤波。这样，线性移不变系统的输出可以通过输入信号与一表这样，线性移不变系统的输出可以通过输入信号与一表征系统特性的函数征系统特性的函数 的卷积得到。的卷积得到。系

32、统中的冲激响应系统中的冲激响应第四十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月2.3.3 二维线性系统二维线性系统1.1.空间不变的线性系统空间不变的线性系统设某系统，若输入设某系统，若输入产生输出产生输出即：即：或用空间矢量记为：或用空间矢量记为：当它具有以下性质时，当它具有以下性质时，则称该系统为二维线性系统。则称该系统为二维线性系统。第四十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月对于二维线性系统：对于二维线性系统：若若即即则称该系统为空间不变的线性系统。则称该系统为空间不变的线性系统。二维线性移不变系统的输出也可以通过输入信号与二维线性移不变系统的输出也可以通过输入信号与二维线性移

33、不变系统的输出也可以通过输入信号与二维线性移不变系统的输出也可以通过输入信号与表征系统特性的冲激响应函数表征系统特性的冲激响应函数表征系统特性的冲激响应函数表征系统特性的冲激响应函数h(x,y)h(x,y)h(x,y)h(x,y)的二维卷积得到，的二维卷积得到，的二维卷积得到，的二维卷积得到，即：即：即：即：第四十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月离散二维卷积形式为：离散二维卷积形式为：2.2.二维线性系统的算子描述二维线性系统的算子描述 二维线性系统常用的算子：梯度算子（一阶微分算子）包二维线性系统常用的算子：梯度算子（一阶微分算子）包括罗伯特算子（括罗伯特算子（RobertRob

34、ert）、索贝尔算子（）、索贝尔算子（SobelSobel）、浦瑞维特）、浦瑞维特算子（算子（PrewittPrewitt）等。）等。第四十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 2.3.4 2.3.4 数字图像的数学表示数字图像的数学表示 1.1.连续模型连续模型：一幅图像以灰度一幅图像以灰度一幅图像以灰度一幅图像以灰度GG在在在在(x,y)(x,y)二维空间的连续变化来描述，即二维空间的连续变化来描述，即二维空间的连续变化来描述，即二维空间的连续变化来描述，即 ：图像图像图像图像=G(x,y)=G(x,y)2.2.离散模型：离散模型：连续图像经过采样和量化后，输入计算机后即为它的离散

35、形连续图像经过采样和量化后，输入计算机后即为它的离散形连续图像经过采样和量化后，输入计算机后即为它的离散形连续图像经过采样和量化后，输入计算机后即为它的离散形式，即为数字图像。它是一个矩阵。式，即为数字图像。它是一个矩阵。式，即为数字图像。它是一个矩阵。式，即为数字图像。它是一个矩阵。第四十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月3.3.随机场模型：随机场模型：随机场模型：随机场模型：一个多维的随机过程被称为随机场。一个多维的随机过程被称为随机场。一个多维的随机过程被称为随机场。一个多维的随机过程被称为随机场。图像随机场模型是把每一个像素都看作一个随机过程而形图像随机场模型是把每一个像素都

36、看作一个随机过程而形图像随机场模型是把每一个像素都看作一个随机过程而形图像随机场模型是把每一个像素都看作一个随机过程而形成的。成的。成的。成的。在随机场模型中，一幅图像可用一个联合概率密度来表达：在随机场模型中，一幅图像可用一个联合概率密度来表达：在随机场模型中，一幅图像可用一个联合概率密度来表达：在随机场模型中，一幅图像可用一个联合概率密度来表达：式中：式中：为不同平面上的像素。为不同平面上的像素。第四十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月图像的随机场模型图像的随机场模型图像的随机场模型图像的随机场模型yyy F(r,Gi)xxxGiG2G1r第四十九张，PPT共八十六页，创作于20

37、22年6月2.3.5 数字图像显示数字图像显示 决定图像显示系统质量的最重要的显示特性是图像的决定图像显示系统质量的最重要的显示特性是图像的大小、光度分辨率、低频响应、高频响应、点间距和噪声大小、光度分辨率、低频响应、高频响应、点间距和噪声特性。特性。1.显示图像的大小显示图像的大小 系统显示图像大小的能力包括两部分。系统显示图像大小的能力包括两部分。第一是显示器自身的第一是显示器自身的物理尺寸物理尺寸，它应该足够大，能方便的，它应该足够大，能方便的观察和理解所显示的图像。观察和理解所显示的图像。第二是显示系统能处理的最大第二是显示系统能处理的最大数字图像的大小数字图像的大小。显示器必须与。显

38、示器必须与待显示的最大图像的待显示的最大图像的行数行数和每行和每行像素数像素数相适应。相适应。第五十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月2.光度分辨率光度分辨率 系统在每个像素位置产生正确的亮系统在每个像素位置产生正确的亮度或光密度的精度。特别是系统能产生度或光密度的精度。特别是系统能产生的的离散灰度级数目。离散灰度级数目。3.低频响应低频响应 显示系统再现大块灰度级即显示系统再现大块灰度级即平坦区域平坦区域的能力。希望平坦区的能力。希望平坦区域以域以均匀一致均匀一致的亮度显示出来。的亮度显示出来。4.高频响应高频响应 图像中的高频通常反映图像的图像中的高频通常反映图像的边缘边缘，一个显

39、示系统再现，一个显示系统再现直线图案的好坏反映了其显示图像直线图案的好坏反映了其显示图像细节细节的能力的能力。第五十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月5.点间距的选择点间距的选择 显示点间距越小，均匀区域的平坦性越好；而点间显示点间距越小，均匀区域的平坦性越好；而点间距越大越能更好的再现图像细节的对比。距越大越能更好的再现图像细节的对比。6.噪声噪声 显示系统的电子噪声会引起显示点亮度与位置两方面的变化，显示系统的电子噪声会引起显示点亮度与位置两方面的变化，即即幅值噪声幅值噪声和和位置噪声位置噪声两种。两种。（1）幅值噪声）幅值噪声 亮度通道亮度通道的随机噪声会产生一种的随机噪声会产

40、生一种“胡椒加盐胡椒加盐”的效果的效果（即黑白噪声点），在平坦区域中尤其明显。（即黑白噪声点），在平坦区域中尤其明显。第五十二张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 如果噪声是周期性的并且与水平或垂直偏转信号同步，它会如果噪声是周期性的并且与水平或垂直偏转信号同步，它会产生条状图案。如果所有噪声（包括随机的和周期性的）幅值都产生条状图案。如果所有噪声（包括随机的和周期性的）幅值都低于一个灰度级，那么总的显示效果影响不大。低于一个灰度级，那么总的显示效果影响不大。（2）位置噪声）位置噪声 来自来自偏转电路偏转电路使点显示间距不均匀。要得到好的显示必使点显示间距不均匀。要得到好的显示必须精确控

41、制像素的位置。须精确控制像素的位置。第五十三张，PPT共八十六页，创作于2022年6月2.3.6 2.3.6 图像的统计特征图像的统计特征1.1.1.1.图像的基本统计分析量图像的基本统计分析量图像的基本统计分析量图像的基本统计分析量 设数字图像为设数字图像为设数字图像为设数字图像为f(i,j),f(i,j),大小为大小为大小为大小为MM N,N,（1 1）图像的信息量：表示图像所含信息的多少。）图像的信息量：表示图像所含信息的多少。）图像的信息量：表示图像所含信息的多少。）图像的信息量：表示图像所含信息的多少。一幅图像如果有一幅图像如果有一幅图像如果有一幅图像如果有q q种灰度值，并且出现的

42、概率分别为种灰度值，并且出现的概率分别为种灰度值，并且出现的概率分别为种灰度值，并且出现的概率分别为p p1 1,p,p2 2,p,p3 3,p,pq q,则根据香农定理图像的信息量用则根据香农定理图像的信息量用则根据香农定理图像的信息量用则根据香农定理图像的信息量用 熵熵熵熵HH表示为：表示为：表示为：表示为：第五十四张，PPT共八十六页，创作于2022年6月例例：计算下面图像的熵计算下面图像的熵0 01 13 32 21 13 32 21 10 05 57 76 62 25 56 67 71 16 60 06 61 16 63 34 42 26 67 75 53 35 56 65 53 3

43、2 22 27 72 26 61 16 62 26 65 50 02 27 75 50 01 12 23 32 21 12 21 12 23 31 12 23 31 12 22 21 10：5个个1：12个个2：16个个3：8个个4：1个个5：7个个6：10个个7：5个个P1=5/64P2=12/64P3=16/64P4=8/64P5=1/64P6=7/64P7=10/64P8=5/64第五十五张，PPT共八十六页，创作于2022年6月0 0 1 1 3 3 2 2 1 1 3 3 2 2 1 10 0 5 5 7 7 6 6 2 2 5 5 6 6 7 71 1 6 6 0 0 6 6 1

44、1 6 6 3 3 4 42 2 6 6 7 7 5 5 3 3 5 5 6 6 5 53 3 2 2 2 2 7 7 2 2 6 6 1 1 6 62 2 6 6 5 5 0 0 2 2 7 7 5 5 0 01 1 2 2 3 3 2 2 1 1 2 2 1 1 2 23 3 1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 2 2 1 1（2）图像灰度的平均值）图像灰度的平均值 一幅图像中所有像元灰度值的算术平均值，反映图像一幅图像中所有像元灰度值的算术平均值，反映图像一幅图像中所有像元灰度值的算术平均值，反映图像一幅图像中所有像元灰度值的算术平均值，反映图像中不同物体的平均反射强度。中不同物体的

45、平均反射强度。中不同物体的平均反射强度。中不同物体的平均反射强度。例例：计算下面图像的灰度平均值：计算下面图像的灰度平均值灰度值灰度值灰度值灰度值0 01 12 23 34 45 56 67 7个数个数个数个数5 51212 1616 8 81 17 710105 5第五十六张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（3 3）图像灰度中值）图像灰度中值）图像灰度中值）图像灰度中值 图像所有灰度级中处于中图像所有灰度级中处于中图像所有灰度级中处于中图像所有灰度级中处于中间的值，当灰度数为偶数时，间的值，当灰度数为偶数时，间的值，当灰度数为偶数时，间的值，当灰度数为偶数时，则取中间的两个灰度值的平

46、则取中间的两个灰度值的平则取中间的两个灰度值的平则取中间的两个灰度值的平均值。均值。均值。均值。（4 4）图像灰度众数）图像灰度众数）图像灰度众数）图像灰度众数 图像中出现次数最多的灰图像中出现次数最多的灰图像中出现次数最多的灰图像中出现次数最多的灰度值，它反映一幅图像中密度度值，它反映一幅图像中密度度值，它反映一幅图像中密度度值，它反映一幅图像中密度占优的物体的灰度特征。占优的物体的灰度特征。占优的物体的灰度特征。占优的物体的灰度特征。0 01 13 32 2 1 13 32 21 10 05 57 76 6 2 25 56 67 71 16 60 06 6 1 16 63 34 42 26

47、 67 75 5 3 35 56 65 53 32 22 27 7 2 26 61 16 62 26 65 50 0 2 27 75 50 01 12 23 32 2 1 12 21 12 23 31 12 23 3 1 12 22 21 1例：求下面图像的灰例：求下面图像的灰度中值和灰度众数度中值和灰度众数灰度值灰度值灰度值灰度值0 01 12 23 34 45 56 67 7个数个数个数个数5 5121216168 81 17 710105 5第五十七张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（5）图像灰度方差）图像灰度方差 反映各像元灰度值与图像平均灰度值的总的离散程度。反映各像元灰度值

48、与图像平均灰度值的总的离散程度。反映各像元灰度值与图像平均灰度值的总的离散程度。反映各像元灰度值与图像平均灰度值的总的离散程度。方差越大，说明图像信息量越大。方差越大，说明图像信息量越大。方差越大，说明图像信息量越大。方差越大，说明图像信息量越大。（6）图像灰度值域）图像灰度值域 图像最大灰度值和最小灰度值的差值。图像最大灰度值和最小灰度值的差值。第五十八张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 2.2.图像的直方图特征图像的直方图特征 图像中所有灰度值的概率分布。图像中所有灰度值的概率分布。图像中所有灰度值的概率分布。图像中所有灰度值的概率分布。3.3.多维图像的统计特征（彩色图像特征）多

49、维图像的统计特征（彩色图像特征）反映一幅图像的多个波段之间的关系（如彩色图像是反映一幅图像的多个波段之间的关系（如彩色图像是三个波段；一幅遥感图像包含七个波段）。三个波段；一幅遥感图像包含七个波段）。（1）协方差：）协方差：反映一幅图像中的反映一幅图像中的N个波段灰度值与其平均值之个波段灰度值与其平均值之间的关系。间的关系。第五十九张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（1 1）协方差计算公式：）协方差计算公式：第六十张，PPT共八十六页，创作于2022年6月（2 2）相关系数）相关系数）相关系数）相关系数:图像波段间的相关程度的统计量。图像波段间的相关程度的统计量。图像波段间的相关程度的

50、统计量。图像波段间的相关程度的统计量。反映两个波段图像所含信息的重叠程度，当相反映两个波段图像所含信息的重叠程度，当相反映两个波段图像所含信息的重叠程度，当相反映两个波段图像所含信息的重叠程度，当相 关系数为关系数为关系数为关系数为1 1时，表明表明两幅图像完全重叠。时，表明表明两幅图像完全重叠。时，表明表明两幅图像完全重叠。时，表明表明两幅图像完全重叠。相关矩阵为相关矩阵为：第六十一张，PPT共八十六页，创作于2022年6月 4.连续传输的数字图像的统计特性连续传输的数字图像的统计特性 对于连续传输的数字图像，不能确切地规定图像性质，对于连续传输的数字图像，不能确切地规定图像性质，但是可以把