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第2章 数字图像基础 第2章 数字图像基础 第2章 数字图像基础 2.1 视觉原理 2.2 光度学和亮度视觉 2.3 图像感知与获取 2.4 图像采样和量化 2.5 像素空间的关系 2.6 图像的运算 2.7 BMP图像文件 2.1 视觉原理 视觉过程 包括:光学过程;化学过程; 神经处理过程 光学过程 物体在视网膜上成像 2.1 视觉原理 化学过程 接受光的能量并形成视觉图案（确定成像的亮度或颜色） 锥细胞和柱细胞（视网膜表面） （1）锥细胞：数量少，对颜色很敏感 锥细胞视觉：明视觉或亮光视觉 （2）柱细胞：数量多，分辨率比较低；不感受 颜色并对低照度较敏感 柱细胞视觉：暗视觉或微光视觉 2.1 视觉原理 神经处理过程 对光的感觉转换为对景物的知觉 每个视网膜接收单元都与一个神经元细胞借助突触（synapse）相连 每个神经元细胞借助其它的突触与其它细胞连接，从而构成光神经（optical nerve）网络 光神经进一步与大脑中的侧区域(side region of the brain)连接，并到达大脑中的纹状皮层(striated cortex） 对光刺激产生的响应经过一系列处理最终形成关于场景的表象，从而将对光的感觉转化为对景物的知觉 2.1 视觉原理 整体视觉过程 第2章 数字图像基础 2.1 视觉原理 2.2 光度学和亮度视觉 2.3 图像感知与获取 2.4 图像采样和量化 2.5 像素空间的关系 2.6 图像的运算 2.7 BMP图像文件 2. 2 光度学和亮度视觉 辐射度学 研究各种电磁辐射强弱的学科 光是一种电磁辐射 光度学 研究光的强弱的学科 光辐射的功率或光辐射量：光通量 光通量的单位：lm（流明） 2.2 光度学和亮度视觉 点光源 线度足够小，或距离观察者足够远 发光强度I：点光源沿某个方向上单位立体角d? 内发出的光通量dΦ 单位：cd（坎） 1 cd = 1 lm / sr (球面度) 2.2 光度学和亮度视觉 扩展光源 亮度（brightness/lumiance） 单位投影面积上的发光强度 单位：cd/m2 2.2 光度学和亮度视觉 照度（illumination） 一个被光源照射的表面上的照度定义为照射在单位面积上的光通量。设面元dS上的光通量为dΦ ，则此面元上的照度E为： 单位：lx（勒[克斯]），1 lx = 1 lm / m2 说明 照度：是光源对物体辐射的一种量度 {表2.3.2} 亮度：观察者看到的物体表面反射光强的量度 {表2.3.1} 2.2 光度学和亮度视觉 2. 2 光度学和亮度视觉 2. 2 光度学和亮度视觉 成像模型 2-D亮度函数：f (x, y) 亮度是能量的量度，一定不为零且为有限值 光辐射形成物体上能量分布：两部分 (1) 入射到可见场景上的光量：照度成分 i (x, y) (2) 场景中目标对入射光的反射比率： 反射成分 r (x, y) 2. 2 光度学和亮度视觉 图像成像模型 f (x, y)与 i (x, y)和 r (x, y)都成正比 i (x, y)的值是由光源决定的 r (x, y)的值是由场景中的目标特性所决定的 {典型值：黑天鹅绒0.01;不绣钢0.65; 粉刷的白墙平面0.80;白雪0.93} 第2章 数字图像基础 2.1 视觉原理 2.2 光度学和亮度视觉 2.3 图像感知与获取 2.4 图像采样和量化 2.5 像素空间的关系 2.6 图像的运算 2.7 BMP图像文件 2. 3 图像感知与获取 图像数字化 将代表图像的连续(模拟)信号转换为离散(数字)信号的过程称为图像数字化 步骤：采样和量化 主要技术 成像：光信息－电信号 模数转换（A/D Converter ） 数字化（采集）设备 基于图像采集卡或图像卡 （扫描仪） 本身带有数字化部件 （数码相机） 2.3 图像感知与获取 关键部件：固体成像设备 电荷耦合器件CCD (Charge Coupled Devices) 利用电荷存储、传送和读取方式进行工作 特点：精确、尺寸小、灵敏度高、分辨率高 主要设备：摄象机、扫描仪、数码相机 互补型金属氧化物半导体CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor) 特点：集成性