SBN750842930-3 新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材电工程与自动化学 数容囪倒处理与分害础 第章章图像处理基础知识 黄爱民安向京骆力 中水水电出版社 国防科学 技术大学 NaLlona! University of Defense Technology
1 数字图像处理与分析基础 第三章 图像处理基础知识 黄爱民 安向京 骆力 中国水利水电出版社 新世纪电子信息与自动化系列课程改革教材 ISBN7-5084-2930-3
第三章图像处理基础知识 1、图像处理的视觉基础 々2、图像的数学模型 之3、图像质量评价 之4、对设计图像处理系统的影响 敌字像处理与分析基础
2 数字图像处理与分析基础 第三章 图像处理基础知识 1、图像处理的视觉基础 2、图像的数学模型 3、图像质量评价 4、对设计图像处理系统的影响
31图像处理的视觉基础 视觉生理视觉特性/视觉模型 之视觉基础/视觉应用 之它们与图像研究的关系见图3-1。 敌字像处理与分析基础
3 数字图像处理与分析基础 3.1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见图3-1
图3-1视觉研究与图像的关系 视觉研究 基础研究 应用研究 视环境的改善和视机能应用 小 视觉心理现象法则 理 (心理学) (照明工程学、人类工程学) 图像改善和评价(图像工程) 定 模 视觉信息加工机理 模拟视觉机能的信息处理 拟 (生理学) (信息工程、人工智能 技 术 敌字像处理与分析基础
4 数字图像处理与分析基础 图3-1 视觉研究与图像的关系 视觉研究 基础研究 视觉心理现象法则 （心理学） 视觉信息加工机理 （生理学） 应用研究 视环境的改善和视机能应用 （照明工程学、人类工程学） 图像改善和评价（图像工程） 模拟视觉机能的信息处理 （信息工程、人工智能 心 理 测 定 模 拟 技 术
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 々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。 敌字像处理与分析基础
5 数字图像处理与分析基础 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
02、画面组成和视觉心理 ↓3枧野—指眼球不动时所能见到的范围 口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。 々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。 口中心视力分辨率强,可以进行图像细节的认识。 口周边视力分辨率差,可以将视目标特征部分检出,利用 检出的目标图像特征去控制眼球运动 口另外周边视可以认识图像的全貌,而中心视只能认识图 像的一小部分 口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。 敌字像处理与分析基础
6 数字图像处理与分析基础 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
03、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 Roca -Sulzer微分效应,中枢神经的Crak- 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 々空间分辨力 口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 々时间分辨力 口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 口“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24H时,有闪烁感 敌字像处理与分析基础
7 数字图像处理与分析基础 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Roca—Sulzer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
03、视觉的时空频率分析 々人眼对画面静止部分的分辨率高于活动部分, 口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 々幅度分辨力 口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。 々对彩色图像的色调和饱和度的分辨力 口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(TUR,原CCR)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 々对立体图像的景深分辨力等 敌字像处理与分析基础
8 数字图像处理与分析基础 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
04、视觉生理和模型的研究 々视觉生理 口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 口插入单个细胞的微小电极, 口侧抑制现象、马赫效应等 口对大脑高级神经中枢的“思考过程”才刚 起步 敌字像处理与分析基础
9 数字图像处理与分析基础 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
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。 口搞清决定图像质量的主观因素,做出其总的结构模 型; 口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; 口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 口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 口开发自组织作用的综合研究,进一步建立发展“思 考过程”; 口研究视觉和行为的关系。 10 敌字像处理与分析基础
10 数字图像处理与分析基础 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