第2章图像、图像处理系统及视觉系统(第2-1讲)

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1、第二章 数字图像处理基础 1数字图像处理基础数字图像处理基础第第2章章 图像、图像系统与视觉系统图像、图像系统与视觉系统第一部分第二章 数字图像处理基础 2本章内容本章内容一、图像（教材2.1）二、补充内容二、补充内容 2.1 图像数字化图像数字化 2.2 数字图像的显示数字图像的显示 2.3 色度学基础与颜色模型（色度学基础与颜色模型（2.5和和2.6节并入）节并入） 2.4 灰度直方图灰度直方图 2.5 图像文件格式图像文件格式 2.6 图像的基本运算图像的基本运算三、教材三、教材2.7-2.11节节第二章 数字图像处理基础 32. 1 图像图像 2.1.1、有关光学的预备知识、有关光学的

2、预备知识 在讨论图像与视觉系统的过程中，必然要涉及到光在讨论图像与视觉系统的过程中，必然要涉及到光学的有关知识。学的有关知识。 光学理论中用到的主要术语及计量单位如下光学理论中用到的主要术语及计量单位如下：第二章 数字图像处理基础 4(1) 发光强度发光强度 (I) (Intensity) 解释解释 光源发光的功率称为发光强度。光源发光的功率称为发光强度。 其单位主要有如下两种：其单位主要有如下两种：烛光功率烛光功率（Candle PowerCP)：1CP是指标准蜡烛发出的光。标准蜡烛是用鲸脑是指标准蜡烛发出的光。标准蜡烛是用鲸脑油制成，重油制成，重1/6磅，燃烧率为磅，燃烧率为120格令（格

3、令（1格令格令0.0648克）的蜡烛。克）的蜡烛。第二章 数字图像处理基础 5 新烛光新烛光(Candle cd)：1cd 就是就是“全幅射体全幅射体”加加温到铂的熔点（温到铂的熔点（ 2024oK ）时从时从1平方厘米表面面平方厘米表面面积上发出的光的积上发出的光的1/60。 第二章 数字图像处理基础 6“全幅射体全幅射体”就是某一物质加热到某一温度时，就是某一物质加热到某一温度时，它发出的能量分布在整个可见光范围内。理论它发出的能量分布在整个可见光范围内。理论上的全幅射体就是一个完全黑体，当冷却后，上的全幅射体就是一个完全黑体，当冷却后，它将吸收所有入射到它上面的光。它将吸收所有入射到它上

4、面的光。 在实用中可以认为在实用中可以认为 1cp=1cd。第二章 数字图像处理基础 7 (2) 光通量光通量 () 光学中如何定义？光学中如何定义？ 光通量是每秒钟内光流量的度量。其单位是流明光通量是每秒钟内光流量的度量。其单位是流明(lumen-lm)。 流明是指与流明是指与1cd的光源相距单位距离，并与入射光的光源相距单位距离，并与入射光相垂直的单位面积上每秒钟流经的光流量叫流明。相垂直的单位面积上每秒钟流经的光流量叫流明。第二章 数字图像处理基础 8 (3) 照度照度 (E) (illumination) 入射到某表面的光通量密度称为该表面的照入射到某表面的光通量密度称为该表面的照度。

5、用每单位面积的流明数来表示。度。用每单位面积的流明数来表示。主要单位有如下几种：主要单位有如下几种：第二章 数字图像处理基础 9公制单位：公制单位： 1）勒克司）勒克司lux: 1勒克司勒克司1流明平方米流明平方米( lm/m2 ) 2）幅透）幅透 (phot)： 1幅透幅透1流明平方厘米流明平方厘米(lm/cm2 ) 3）毫幅透：）毫幅透： 1毫幅透毫幅透10-3 幅透幅透第二章 数字图像处理基础 10英制单位：英制单位： 英尺英尺-烛光：烛光：1英尺英尺-烛光烛光1流明平方英尺流明平方英尺 一般换算关系如下：一般换算关系如下： 1英尺英尺-烛光烛光 = 1流明流明/(英尺英尺)2 10.7

6、6流明米流明米210.76勒克司勒克司第二章 数字图像处理基础 11(4) (4) 反射反射入射到该表面的流明数某表面反射的流明数反射系数(5) (5) 透射透射入射到该物质的流明数某物质透射的流明数透射系数第二章 数字图像处理基础 12(6) (6) 亮度亮度 (L)(L) 这个概念用来说明物体表面发光的量度。这个概念用来说明物体表面发光的量度。光可以由一个面光源直接幅射出来，也可以光可以由一个面光源直接幅射出来，也可以由入射光照射下的某表面反射出来。亮度对由入射光照射下的某表面反射出来。亮度对其两者均适用。其两者均适用。 第二章 数字图像处理基础 13(6) (6) 亮度亮度 (L)(L)

7、 亮度的衡量有两种方式亮度的衡量有两种方式（1）以每单位面积上的）以每单位面积上的发光强度来表示；（发光强度来表示；（2）以每单位面积上的发出的）以每单位面积上的发出的光通量来表示。光通量来表示。光学定义：光学定义：光源表面上一块面元在给定方向的发光光源表面上一块面元在给定方向的发光强度与面元在垂直于该方向的平面上正交投影面积强度与面元在垂直于该方向的平面上正交投影面积之比。单位为尼特（坎德拉之比。单位为尼特（坎德拉/米米2）cosILdA第二章 数字图像处理基础 142.1.2、图像的概念：、图像的概念：“图像图像”一词在汉语中很难给出一个明确的定义。一词在汉语中很难给出一个明确的定义。三个

8、与图像有关的英语词，三个与图像有关的英语词， “Picture”、“image”和和“Pattern”。 “Picture” 画、图画、图像、图片、电影等等；画、图画、图像、图片、电影等等； “image” 像、图像、景像、映像、影像、映射像、图像、景像、映像、影像、映射等；等； “Pattern” 模型、式样、样本、图案、图、图形模型、式样、样本、图案、图、图形等。等。第二章 数字图像处理基础 15当用数学方法描述图像信息时，通常着重考虑它的当用数学方法描述图像信息时，通常着重考虑它的点的性质。一幅图像可以被看成是空间各个座标点点的性质。一幅图像可以被看成是空间各个座标点上强度的集合。它的最

9、普遍的数学表达式为上强度的集合。它的最普遍的数学表达式为), , , ,(tzyxfI (21) 其中其中x,y,z 是空间座标，是空间座标，是波长，是波长，t是时间，是时间，I是图像是图像的强度。的强度。 这样一个表达式可以代表一幅活动的、彩色的、这样一个表达式可以代表一幅活动的、彩色的、立体图像。立体图像。 第二章 数字图像处理基础 16 对于静止的、平面的、单色的图像来说其数学表达对于静止的、平面的、单色的图像来说其数学表达式可简化为下式。式可简化为下式。) ,(yxfI (22) 上式说明一幅平面图像可以用二维亮度函数来表示。上式说明一幅平面图像可以用二维亮度函数来表示。因为光也是能量

10、的一种表现形式，所以：因为光也是能量的一种表现形式，所以： 0( , )f x y (23)第二章 数字图像处理基础 17人们所感受到的图像一般都是由物体反射的光组人们所感受到的图像一般都是由物体反射的光组成的。成的。f(x,y)可以看成由两个分量组成，一个是入可以看成由两个分量组成，一个是入射光量，另一分量是被物体反射的光量，它们可射光量，另一分量是被物体反射的光量，它们可分别被称为照射分量和反射分量。如果用表示分别被称为照射分量和反射分量。如果用表示i(x,y)照射分量，用照射分量，用r(x,y)表示反射分量，那么表示反射分量，那么) ( ) () ,(yxryxiyxfI (24) 第二