數(shù)字圖像處理DigitalImageProcessing1.0課程簡介1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容1.3MATLAB圖像處理基礎(chǔ)1第一章緒論1.0課程簡介總學(xué)時(shí)40：理論教學(xué)36學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)4學(xué)時(shí)學(xué)分：2.5課時(shí)安排教學(xué)內(nèi)容圖像視覺系統(tǒng)與采集系統(tǒng)基本圖像變換圖像增強(qiáng)圖像編碼彩色圖像處理形態(tài)學(xué)圖像處理參考教材[1]王科平主編，《數(shù)字圖像處理（MATLAB版）》.機(jī)械工業(yè)出版社.2015[2]RAFAELC.GONZALEZ等著,阮秋琦等譯.數(shù)字圖像處理（第二版）.電子工業(yè)出版社,2003.[3]KENNETHR.CASTLEMAN著.DigitalImageProcessing.清華大學(xué)出版社.2003.[4]何斌,馬天予等編著.VisualC++數(shù)字圖像處理（第二版）.人民郵電出版社.2002.[5]周長發(fā)編著.精通VisualC++圖像編程.電子工業(yè)出版社.2000.1.1.1模擬圖像1.1.2數(shù)字圖像1.1.3像素間關(guān)系1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1數(shù)字圖像處理的基本概念什么是圖像？用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺的實(shí)體。“圖”是物體投射或反射光的分布;“像”是人的視覺系統(tǒng)對(duì)圖的接受在大腦中形成的印像或反映。圖像類型：模擬圖像和數(shù)字圖像

圖像是客觀和主觀的結(jié)合1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.1模擬圖像模擬圖像定義：即實(shí)物圖像，如照片、底片、印刷品、畫，只要通過客觀的物理量表現(xiàn)顏色的圖像就是模擬圖像。連續(xù)函數(shù)描述：x表示光照位置；y表示光照強(qiáng)度特點(diǎn)：光照位置和光照強(qiáng)度均為連續(xù)變化的1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像數(shù)字圖像定義：數(shù)字圖像是指由被稱作像素的小塊區(qū)域組成的二維矩陣。將物理圖像行列劃分后，每個(gè)小塊區(qū)域稱為像素（pixel）可用矩陣或數(shù)組來描述的圖像形式

像素的屬性：空間位置和灰度像素1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像用于屏幕顯示用于圖像計(jì)算1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像圖像的數(shù)字化定義：是指將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。圖像的數(shù)字化包括：空間離散化（即采樣）和明暗表示數(shù)據(jù)的離散化（即幅度量化）采樣是指將在空間上連續(xù)的圖像轉(zhuǎn)換成離散的采樣點(diǎn)（即像素）集的操作。由于圖像是二維分布的信息，所以采樣是在x軸和y軸兩個(gè)方向上進(jìn)行的。一般情況下，x軸方向與y軸方向的采樣間隔相同。1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像采樣的注意：采樣間隔的選取采樣間隔太小，則增大數(shù)據(jù)量；太大則會(huì)發(fā)生信息的混疊，導(dǎo)致細(xì)節(jié)無法辨認(rèn)空間分辨率：是指要精確測(cè)量和再現(xiàn)一定尺寸的圖像所必需的像素個(gè)數(shù)。單位：像素*像素如：數(shù)碼相機(jī)指標(biāo)30萬像素（640*480）細(xì)節(jié)清晰，數(shù)據(jù)量為100%細(xì)節(jié)無法辨認(rèn)，數(shù)據(jù)量為1%1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像量化將各個(gè)像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來表示。一般的量化值為整數(shù)為8bit量化（人眼的識(shí)別能力），即采用0~255的整數(shù)來描述“從黑到白”。在3bit以下的量化，會(huì)出現(xiàn)偽輪廓現(xiàn)象。1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像灰度：是指黑白圖像中點(diǎn)的顏色深度，范圍一般從0到255，即可用一個(gè)字節(jié)來表示，白色為255，黑色為0，故黑白圖片也稱灰度圖像.灰階黑灰白0128255灰度分辨率：圖像灰度級(jí)中可分辨的最小變化。一般用灰度級(jí)或比特?cái)?shù)表示。所謂顏色或灰度級(jí)指黑白顯示器中顯示像素點(diǎn)的亮暗差別，在彩色顯示器中表現(xiàn)為顏色的不同，灰度級(jí)越多，圖像層次越清楚逼真?；叶仁窍鄬?duì)于單色而言的，將亮度分成256恰好一個(gè)字節(jié)。1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像256灰度級(jí)16灰度級(jí)8灰度級(jí)4灰度級(jí)灰度分辨率（圖像的量化）與圖像質(zhì)量的關(guān)系1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像圖象空間分辨率變化所產(chǎn)生的效果

圖象灰度分辨率變化所產(chǎn)生的效果1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像空間和灰度分辨率同時(shí)變化所產(chǎn)生的效果1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.2數(shù)字圖像圖像存儲(chǔ)像素灰度級(jí)數(shù)G(k-bit)：圖像所需的位數(shù)b：存儲(chǔ)1幅128

128，64個(gè)灰度級(jí)的圖需要98,304bit存儲(chǔ)1幅512

512，256個(gè)灰度級(jí)的圖需要2,097,152bit

圖像存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量度單位比特（bit），字節(jié)（byte=8bit）千字節(jié)（Kbyte）兆（106）字節(jié)（Mbyte）吉（109）字節(jié)（Gbyte）1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.3像素間的關(guān)系圖像經(jīng)過分割后就得到了若干區(qū)域和邊界。通常把感興趣部分稱作目標(biāo)（物），其余的部分稱作背景。為了讓計(jì)算機(jī)有效地識(shí)別這些目標(biāo)，必須了解各區(qū)域、邊界的屬性和相互關(guān)系。車牌灰度圖像邊緣檢測(cè)圖像1.1數(shù)字圖像處理的基本概念像素的鄰域4-鄰域——N4(p)：像素p,有4個(gè)水平和垂直的近鄰像素。坐標(biāo)是(x+1，y)(x-1，y)(x，y＋l)(x,y-1)這些像素（用r表示）組成p的4-鄰域，記為N4(p)。對(duì)角鄰域——ND(p)：P的4個(gè)對(duì)角近鄰像素的坐標(biāo)(x+1，y＋1)(x+1，y-1)(x-1，y＋1)x-1，y-1)記為ND(p)8-鄰域——N8(p)：像素P的4個(gè)對(duì)角近鄰像素再加上P的4個(gè)鄰域像素合稱為P的8-鄰域記為N8(p)。4-鄰域

對(duì)角鄰域8-鄰域1.1.3像素間的關(guān)系1.1數(shù)字圖像處理的基本概念像素間的連接性和連通性鄰接：鄰接僅考慮像素間的空間關(guān)系一像素位于另一個(gè)像素的鄰域中連接：兩個(gè)像素是否連接：(1)是否接觸（鄰接）(2)灰度值是否滿足某個(gè)特定的相似準(zhǔn)則（同在一個(gè)灰度值集合中取值）兩種連接的關(guān)系：4連接必8連接，反之不一定成立3種連接(1)4-連接：2個(gè)像素p和r在V中取值且r在N4(p)中(2)8-連接：2個(gè)像素p和r在V中取值且r在N8(p)中(3)m-連接(3)m-連接:（混合連接）：2個(gè)像素p和r在V中取值,且滿足下列條件之一①r在N4(p)中②r在ND(p)中且集合N4(p)∩N4(r)是空集（即不能有V中元素同時(shí)出現(xiàn)在N4(p)和N4(r)中）1.1.3像素間的關(guān)系1.1數(shù)字圖像處理的基本概念混合連接的應(yīng)用：消除8-連接可能產(chǎn)生的歧義性原始圖8-連接m-連接1.1.3像素間的關(guān)系通路：由一系列依次連接的像素組成。從具有坐標(biāo)(x,y)的像素p到具有坐標(biāo)(s,t)的像素q的一條通路由一系列具有坐標(biāo)(x0,y0)，(x1,y1)，…，(xn,yn)的獨(dú)立像素組成。這里(x0,y0)=(x,y)，(xn,yn)=(s,t)，且(xi,yi)與(xi-1,yi-1)鄰接，其中1≤i≤n，n為通路長度連通：如果這條通路上的所有像素的灰度值均滿足某個(gè)特定的相似準(zhǔn)則，則說像素像素p和像素q是連通的。4-連通，8-連通

4-通路，8-通路1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.3像素間的關(guān)系像素間的距離距離量度函數(shù)：距離是描述像素間關(guān)系的基本參數(shù)3個(gè)像素p，q，r，坐標(biāo)(x,y)，(s,t)，(u,v)(1)兩個(gè)像素之間的距離總是正的(2)距離與起終點(diǎn)的選擇無關(guān)

(3)最短距離是沿直線的歐氏（Euclidean）距離城區(qū)（city-block）距離棋盤（chessboard）距離1.1數(shù)字圖像處理的基本概念1.1.3像素間的關(guān)系DE=5D8=4D4=71.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容1.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容數(shù)字圖像處理的框圖完整的圖像處理工程可分為如下幾個(gè)方面：①圖像信息的獲取

ImageInformationAcquisition②圖像信息的存貯

ImageInformationStorage

③圖像信息的傳送

ImageInformationTransmission

④圖像信息的處理

ImageInformationProcessing

⑤圖像信息的顯示

ImageInformationDisplay1.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容幾何處理(GeometricalProcessing)：幾何處理主要包括圖像座標(biāo)變換，圖像放大，縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、多個(gè)圖像配準(zhǔn)，全景畸變校正，扭曲校正，周長、面積、體積計(jì)算等。算術(shù)處理（ArithmeticProcessing）：算術(shù)處理主要是對(duì)圖像進(jìn)行＋、－、×、÷等運(yùn)算處理，一般針對(duì)像素點(diǎn)處理，如減影處理等。1.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容二次曝光實(shí)例+圖像增強(qiáng)（ImageEnhancement）：主要是突出圖像中感興趣的信息，而減弱或去除不需要的信息，從而使有用信息得到加強(qiáng)，便于區(qū)分或解釋。主要方法有直方圖修改技術(shù)，灰度窗口法，偽彩色增強(qiáng)及各邊緣增強(qiáng)方法。1.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容圖像復(fù)原（ImageRestoration）：圖像復(fù)原處理主要是去掉干擾和模糊，恢復(fù)圖像的本來面目。典型的方法有去噪，包括去掉隨機(jī)噪聲和相干噪聲。隨機(jī)噪聲表現(xiàn)為麻點(diǎn)干擾，相干噪聲表現(xiàn)為網(wǎng)紋干擾。去模糊也是復(fù)原處理的任務(wù)。這些模糊來源于透鏡散焦，相對(duì)運(yùn)動(dòng)，大氣湍流，云層遮擋等。復(fù)原方法可用維納濾波、卡爾曼濾波、逆濾波、同態(tài)濾波等方法。1.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容圖像重建（ImageReconstruction）：前面介紹的幾何處理，圖像增強(qiáng)，圖像復(fù)原都是從圖像到圖像的處理，而重建是從數(shù)據(jù)到圖像的處理。其處理的結(jié)果是圖像。在醫(yī)學(xué)圖像處理中，這部分是至關(guān)重要的一步。醫(yī)學(xué)圖像的主要算法就是圖像重建算法。典型的就是CT（包括X-rayCT，ECT，NMR，超聲CT等）。1.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容圖像編碼（ImageEncoding）：圖像編碼是數(shù)字圖像處理中的經(jīng)典課題。它屬于信息論中的信源編碼范疇。圖像編碼的主要特點(diǎn)是利用圖像信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性和人類視覺的生理學(xué)及心理學(xué)特性對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行高效編碼。也就是研究數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以解決數(shù)據(jù)量、巨大帶來的一系列矛盾。一般來說，圖像編碼目的有三個(gè)：減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；降低數(shù)據(jù)率，減少傳輸帶寬；壓縮信息量，便于提取特征，為識(shí)別做準(zhǔn)備。圖像編碼是經(jīng)典的研究課題。經(jīng)60多年的研究已有多種成熟的方法得到應(yīng)用。隨著多媒體技術(shù)和非話通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，已有若干編碼標(biāo)準(zhǔn)由ITU-T制定出來。如：JPEG，MPEG，H.261，H.263，H.26L，JBIG(JointBo-levelImageCodingExpertGroup，二值圖像壓縮)等。1.2數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容模式識(shí)別（PatternRecognition）圖像理解（ImageUnderstanding）：是由模式識(shí)別發(fā)展起來的方法。這種處理輸入的是圖像，輸出的是一種描述。這種描述不是單純的用符號(hào)作出詳細(xì)的描繪，而是要用客觀世界的知識(shí)使計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)想、思考及推論，從而理解圖像所表現(xiàn)的內(nèi)容。圖像理解有時(shí)也叫景物理解繼續(xù)加油夯實(shí)基礎(chǔ)、探索前沿?cái)?shù)字圖像處理DigitalImageProcessing2.1圖像視覺系統(tǒng)2.2常用輸入/輸出設(shè)備2第二章圖象視覺系統(tǒng)與圖像采集系統(tǒng)2.1.1人眼的視覺原理2.1.2光覺和色覺2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.1人眼的視覺原理整體視覺過程視覺＝“視”＋“覺” 人工智能—深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立馬克思哲學(xué)中物質(zhì)是第一性原理：光的產(chǎn)生和圖像的形成是物質(zhì)的；但對(duì)圖像的評(píng)價(jià)卻是意識(shí)的。思考的終極問題：第一性原理物質(zhì)決定意識(shí)？還是意識(shí)決定物質(zhì)？2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.1人眼的視覺原理400nm700nm紫外光紅外光可見光區(qū)546.1nm435.8nm780nm光的本質(zhì)宇宙之間存在著電磁波，迄今為止發(fā)現(xiàn)的最短的電磁波是10-12nm，最長的波長是108nm。光是能量的一種形式,是一種電磁輻射能。我們?nèi)庋鬯芸吹墓饩€稱為可見光。光波長在380~780納米之間,即用三棱鏡分解太陽光形成的光譜,紅色光的波長最長,紫色光的波長最短視物理學(xué)：光是一種電磁輻射能量—電磁波10-14nm108nm波長可見光2.1.2視覺系統(tǒng)的構(gòu)成

1.人眼的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖2-2人眼的結(jié)構(gòu)示意圖視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞：視錐細(xì)胞：數(shù)量少，對(duì)顏色很敏感，錐細(xì)胞視覺：明視覺或亮光視覺視桿細(xì)胞：數(shù)量多，分辨率比較低,不感受顏色并對(duì)低照度較敏感,柱細(xì)胞視覺：暗視覺問題:在陽光下鮮艷的彩色物體在月光下變得無色？視2.1.2視覺系統(tǒng)的構(gòu)成

2.眼睛中圖像的形成15/100=2.55/17視2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺

覺兩個(gè)色塊亮度一樣嗎？亮度相同

亮度相同同時(shí)對(duì)比現(xiàn)象中間的灰色塊哪一個(gè)更亮？2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺同時(shí)對(duì)比現(xiàn)象：所有的中心方塊有同樣的亮度，但當(dāng)背景變亮?xí)r，感覺它們就逐漸變暗。證明感覺亮度不是簡單的強(qiáng)度函數(shù)。覺主觀亮度感覺函數(shù)定義：意識(shí)的主觀能動(dòng)性

亮度感覺不是僅由光源的照度決定視力敏感性曲線綠2.1圖像視覺系統(tǒng)感覺亮度：馬赫帶效應(yīng)

1865年首先描述視覺系統(tǒng)傾向不同強(qiáng)度區(qū)域邊界周圍的”欠調(diào)”或”過調(diào)”2.1.2光覺和色覺診斷結(jié)果：足正位，第五近節(jié)趾骨顯示透亮線疑似馬赫帶效應(yīng)（紅圈紅色箭頭），骨折不除外?！端锬局狻罚臣y迎光面明亮，背光面暗，產(chǎn)生強(qiáng)烈視覺沖擊力，第十八屆全國攝影藝術(shù)展中獲得銀牌。覺2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺圖像成像模型2-D亮度函數(shù)：f(x,y)（一幅場景圖像）圖像的灰度值，一定不為零且為有限值(1)入射到可見場景上的光量(2)場景中目標(biāo)對(duì)入射光反射的比率照度成分i(x,y)和反射成分r(x,y)i(x,y)的值是由光源決定的r(x,y)的值是由場景中的目標(biāo)特性所決定的典型物質(zhì)的典型反射系數(shù)：黑天鵝絨---0.01不銹鋼---0.65白色墻

---0.80鍍銀金屬---0.90白雪

---0.98典型的光照強(qiáng)度：晴朗的日子：太陽在地球表面造成的照度為

9000英尺-燭光（英制單位）或96840勒克司或96840流明/平方米天空有云時(shí)：太陽在地球表面造成的照度為

1000英尺-燭光或10760流明/平方米或10760勒克晴天的夜晚：而且是滿月的情況下地球表面的照度為：0.01英尺-燭光=0.1076勒克司

一般房間照明充分的室內(nèi)照度：大約為100英尺-燭光=1076勒克司2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺視覺系統(tǒng)的色覺：色覺簡單來講就是色彩感覺，是人的顏色視覺特性。色覺是受大腦支配的一種感覺機(jī)能，是人類認(rèn)識(shí)顏色和辨別顏色的能力。色覺并不是客觀存在的，它不僅與物體本身的顏色特性有關(guān)，而且還受時(shí)間、空間、周圍環(huán)境的影響。一個(gè)正常色覺必須同時(shí)具備4個(gè)條件時(shí)才能實(shí)現(xiàn)：1)光源、2)物體、3)眼睛、4)大腦。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺生理學(xué)已證實(shí)，視網(wǎng)膜中有三種視錐體，具有不同的光譜特性，峰值吸收分別在光譜的紅、綠、藍(lán)區(qū)域，而且，吸收曲線有相當(dāng)多的部分是相互重疊的。這是三基色原理的生理基礎(chǔ)。色光三原色三種視錐體細(xì)胞色光三原色實(shí)驗(yàn)證明，自然界幾乎所有的顏色都可以根據(jù)紅、藍(lán)、綠3種成分的不同比例來再現(xiàn)。所以在色彩學(xué)上，我們把紅、藍(lán)、綠稱為色光三原色。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺色彩的錯(cuò)覺：是受心理因素—知覺活動(dòng)的影響，而產(chǎn)生的一種錯(cuò)誤的色彩感應(yīng)現(xiàn)象法國國旗寬度比例紅：白：藍(lán)=33：30：37紅白藍(lán)寬度一樣嗎？中間區(qū)域面積一樣嗎？前后一致嗎面積相同前后一致意識(shí)的主觀能動(dòng)性色彩膨脹和收縮2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺色的膨脹,收縮感生活的經(jīng)驗(yàn)告訴人們明亮的色看上去面積大些，暗淡的色看上去面積小些；亮而大的物體看上去近些，暗而小的物體看上去遠(yuǎn)些。比較兩個(gè)顏色一黑一白而體積相等的正方形可以發(fā)現(xiàn)有趣的現(xiàn)象，即大小相等的正方形，由于各自的表面色彩相異，能夠斌予人不同的面積感覺。白色正方形似乎較黑色正方形的面積大。這種因心理因素導(dǎo)致的物體表面面積大于實(shí)際面積的現(xiàn)象稱“色彩的膨脹性”。反之稱“色彩的收縮性”。給人一種膨脹或收縮感覺的色彩分別稱‘膨脹色”、“收縮色”。色彩的脹縮與色調(diào)密切相關(guān)，暖色屬膨脹色，冷色屬收縮色。

同時(shí)對(duì)比規(guī)律亮色與暗色相鄰，亮更亮，暗更暗?；遗c艷并置，灰更灰，艷更艷。冷于暖并置，冷更冷，暖更暖。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.1.2光覺和色覺2.1圖像視覺系統(tǒng)1.視覺范圍和亮度適應(yīng)力視覺范圍視覺范圍:是指人眼所能感覺到的亮度范圍總體范圍大：從暗視覺門限到眩目極限之間的范圍

1010量級(jí)具體范圍?。阂话惴秶?02量級(jí)暗視覺門限眩目極限當(dāng)場景亮度發(fā)生改變時(shí)，人眼要穩(wěn)定到突變后的正常視覺狀態(tài)需要經(jīng)歷一段時(shí)間，這種特性稱為適應(yīng)，適應(yīng)主要包括明暗適應(yīng)和色彩適應(yīng)兩種情況，適應(yīng)由兩個(gè)方面來調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)瞳孔的大小，改變進(jìn)入人眼的光通量視覺細(xì)胞感光機(jī)制的適應(yīng)。亮度適應(yīng)力2.1.4視覺的特性2.1圖像視覺系統(tǒng)1.視覺范圍和亮度適應(yīng)力2.1.4視覺的特性當(dāng)我們從陽光燦爛的室外走入室內(nèi)的瞬間，會(huì)感到一片漆黑，但稍過片刻，視覺便會(huì)逐漸恢復(fù)，這種人眼適應(yīng)暗環(huán)境的能力稱為暗適應(yīng)性，通常這種適應(yīng)過程需要10?30s當(dāng)從黑暗的房間進(jìn)入明亮的大廳時(shí)，人眼具有明適應(yīng)性。與暗適應(yīng)性相比，明適應(yīng)性過程要快得多，通常只需1?2s.這是因?yàn)橐曞F細(xì)胞恢復(fù)工作所需的時(shí)間要比視桿細(xì)胞少得多。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.視覺運(yùn)動(dòng)特性2.1.4視覺的特性當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)物體從眼前通過時(shí)，人眼只能有個(gè)粗略輪廓，而很難看到其細(xì)節(jié)。只有當(dāng)物體細(xì)節(jié)大小、明暗對(duì)比度以及在人眼中呈現(xiàn)時(shí)間長短都比較合適時(shí)，才能對(duì)物體細(xì)節(jié)有個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。當(dāng)作用于人眼的光突然消失后，亮度感覺并不立即消失，也需要經(jīng)過一段時(shí)間的過渡過程（視覺殘留現(xiàn)象，白天約為0.02秒，夜晚約為0.2秒）。

一般將人眼亮度感覺變化滯后于實(shí)際亮度變化，以及視覺暫留特性，總稱為視覺惰性。視覺惰性是人眼的重要特性之一，它描述了主觀亮度與光作用時(shí)間的關(guān)系。與視覺惰性緊密聯(lián)系的還有臨界閃爍頻率，它是指剛好不引起閃爍感覺的最低頻率。

如果光脈沖頻率不高，會(huì)使人眼產(chǎn)生一明一暗的閃爍感覺，長期觀看容易疲勞。2.1圖像視覺系統(tǒng)2.視覺運(yùn)動(dòng)特性2.1.4視覺的特性一般在電影播放中每秒放24幅固定的畫面，電視每秒傳送25～30幅圖像，就可以使人眼感覺為連續(xù)活動(dòng)的圖像。

2.1圖像視覺系統(tǒng)2.視覺運(yùn)動(dòng)特性2.1.4視覺的特性人在觀察景象時(shí)注視點(diǎn)喜歡集中在圖像中有特點(diǎn)區(qū)域（1）注視點(diǎn)主要集中在圖像黑白交界的部分,尤其集中在拐角處；（2）用閉合的圖形進(jìn)行試驗(yàn)，注視點(diǎn)容易向圖形內(nèi)側(cè)移動(dòng)；（3）注視點(diǎn)容易集中在時(shí)隱時(shí)現(xiàn)、運(yùn)動(dòng)變化的部分；（4）圖像中若存在一些特別的不規(guī)則處，也是注視點(diǎn)容易集中的地方。2.1圖像視覺系統(tǒng)3.視覺空間錯(cuò)覺和假輪廓錯(cuò)覺是在特定條件下對(duì)客觀事物產(chǎn)生的一種不正確的、歪曲的知覺(b)(c)(d)(e)(f)(a)(i)(h)(g)(d)(a)(c)(b)2.1.4視覺的特性2.2常用輸入/輸出設(shè)備2.2常用輸入/輸出設(shè)備輸入設(shè)備掃描儀數(shù)碼照相機(jī)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)圖像采集卡輸出設(shè)備半調(diào)（halptone）輸出半調(diào)技術(shù)：利用人眼的集成特性，通過控制二值點(diǎn)模式的形式（包括數(shù)量，尺寸，形狀等）來獲得視覺上不同的灰度感覺幅度調(diào)制（AM）頻率調(diào)制（FM）繼續(xù)加油夯實(shí)基礎(chǔ)、探索前沿?cái)?shù)字圖像處理DigitalImageProcessing3.1圖象變換的基礎(chǔ)知識(shí)3.2傅里葉變換3.3離散余弦變換3.4小波變換3第三章基本圖象變換3.1圖象變換的基礎(chǔ)知識(shí)為了有效和快速地對(duì)圖象進(jìn)行處理，常常需要將原定義在圖象空間的圖象以某種形式轉(zhuǎn)換到另外一些空間，并利用在這些空間的特有性質(zhì)方便地進(jìn)行一定的加工，最后再轉(zhuǎn)換回圖象空間以得到所需的效果。這些轉(zhuǎn)換方法就是本章要著重介紹和討論的圖象變換技術(shù)圖像空間變換空間原圖像幅度譜相位譜3.2.11-D傅里葉變換3.2.22-D傅里葉變換3.2.3傅里葉變換定理3.2傅里葉變換3.2傅里葉變換3.2.11-D正變換1-D正變換對(duì)1個(gè)連續(xù)函數(shù)f(x)等間隔采樣1-D反變換變換表達(dá)頻譜（幅度）相位角3.2傅里葉變換3.2.22-D正變換2D—變換對(duì)公式頻譜（幅度）相位角原圖像幅度譜相位譜3.2傅里葉變換3.2.3傅里葉變換定理分離性質(zhì)1次2-D

2次1-DO(N4)減為O(N2)

3.2傅里葉變換3.2.3傅里葉變換定理二維傅里葉變換的頻譜分布

頻率位移示例3.2傅里葉變換3.2.3傅里葉變換定理平移定理

圖像在空間平移相當(dāng)于其變換在頻域與一個(gè)指數(shù)項(xiàng)相乘圖像在空間與一個(gè)指數(shù)項(xiàng)相乘相當(dāng)于其變換在頻域平移圖像平移不影響其傅里葉變換的幅值旋轉(zhuǎn)定理f(x,y)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度對(duì)應(yīng)于將其傅里葉變換F(u,v)也旋轉(zhuǎn)相同的角度3.2傅里葉變換3.2.3傅里葉變換定理尺度定理（1）對(duì)f(x,y)在幅度方面的尺度變換導(dǎo)致對(duì)其傅里葉變換F(u,v)在幅度方面的對(duì)應(yīng)尺度變化。（2）對(duì)f(x,y)在空間尺度方面的放縮導(dǎo)致對(duì)其傅里葉變換F(u,v)在頻域尺度方面的相反放縮。（3）對(duì)f(x,y)的收縮(對(duì)應(yīng)a>1,b>1)不僅導(dǎo)致F(u,v)空間的膨脹，還使F(u,v)的幅度減小。正方形收縮導(dǎo)致傅里葉頻頻網(wǎng)格在頻譜空間增大3.2傅里葉變換圖像灰度變化緩慢的部分,對(duì)應(yīng)變換后的低頻分量部分,圖像的細(xì)節(jié)和輪廓邊緣都是灰度突變區(qū)域,它們是變換后的高頻分量細(xì)節(jié)較少圖片的傅立葉變換和離散余弦變換細(xì)節(jié)中等圖片的傅立葉變換和離散余弦變換細(xì)節(jié)較多圖片的傅立葉變換和離散余弦變化3.3離散余弦變換問題的提出Fourier變換的一個(gè)最大的問題是：它的參數(shù)都是復(fù)數(shù)，在數(shù)據(jù)的描述上相當(dāng)于實(shí)數(shù)的兩倍。為此，我們希望有一種能夠達(dá)到相同功能但數(shù)據(jù)量又不大的變換。在此期望下，產(chǎn)生了DCT變換。離散余弦變換(DCTforDiscreteCosineTransform)與傅里葉變換相關(guān)的一種變換，它類似于離散傅里葉變換(DFTforDiscreteFourierTransform),但是只使用實(shí)數(shù)傅立葉級(jí)數(shù)歐拉公式3.3離散余弦變換可分離、正交、對(duì)稱的變換1-D離散余弦變換（DCT）2-D離散余弦變換可分離性和對(duì)稱性

3.3離散余弦變換應(yīng)用余弦變換實(shí)際上是利用了Fourier變換的實(shí)數(shù)部分構(gòu)成的變換。余弦變換主要用于圖像的壓縮，如目前的國際壓縮標(biāo)準(zhǔn)的JPEG格式中就用到了DCT變換。具體的做法與DFT相似。即高頻部分壓縮多一些，低頻部分壓縮少一些。水印壓縮3.3離散余弦變換不同位置的數(shù)字水印對(duì)圖像的影響不同3.3離散余弦變換圖像壓縮原圖解壓圖3.4小波變換傅里葉變換優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：頻率的定位很好，通過對(duì)信號(hào)的頻率分析，可以清晰的得到信號(hào)所包含的頻率成分，也就是頻譜。缺點(diǎn)：因?yàn)轭l譜是時(shí)間從負(fù)無窮到正無窮的疊加，所以，知道某一頻率，不能判斷該頻率的時(shí)間定位。不能判斷某一時(shí)間段的頻率成分。如果需要分析信號(hào)的局部信息怎么辦