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长治医学院CH2图像与视觉系统主讲：毕浩宇2012.82长治医学院Ch2图像与视觉系统2.1图像2.1.1有关光学的预备知识2.1.2图像的概念2.1.3图像信息的分类2.2视觉基础2.2.1人眼与视觉2.2.2颜色视觉3长治医学院2.1.1有关光学的预备知识光学理论中用到的主要术语及计量单位：1)发光强度I(Intensity)光源发光的功率称为发光强度烛光（CandlePower，c）1c是指标准蜡烛发出的光。标准蜡烛是由鲸脑油制成，重1/6磅，燃烧率为120各令（1各令＝0.0648克）的蜡烛。坎德拉（Candle,cd）1cd就是“全辐射体”加热到铂的熔点（2024K）时从1cm2表面面积发出的光的1/60。在实际应用中可以认为1c＝1cd。4长治医学院光学理论中用到的主要术语及计量单位：2)光通量Φ光通量是每秒钟光流量的度量，其单位是流明（lm）。流明是指与1cd的光源相距的单位距离，与入射光相垂直的单位面积上每秒钟流经的光流量叫1lm。2.1.1有关光学的预备知识5长治医学院3)照度E（Illumination）入射到某表面的光通量密度称为该表面的照度。用每单位面积的流明数来表示。•公制单位：勒克司（lx）1lx=1lm/m2辐透（phot）1phot=1lm/cm2•英制单位：英尺·烛光1英尺·烛光＝1lm/ft2•一般换算关系如下：1英尺·烛光1流明/英尺2＝10.76lm/m2=10.76lx2.1.1有关光学的预备知识6长治医学院•4)反射反射系数ρ＝表面反射的流明数/入射到该表面的流明数•5）透射透射系数τ＝物质透射的流明数/入射到该表面的流明数2.1.1有关光学的预备知识7长治医学院6）亮度——物体表面发光的量度。光可以由一个面光源直接辐射出来，也可以由入射光下的某表面反射出来。•亮度的衡量单位，主要有A、B两组A组是以每单位面积上的发光强度来表示的；B组是以每单位面积上发出的光通量来表示的。二者可以换算。2.1.1有关光学的预备知识8长治医学院亮度的衡量单位：•A组：使用坎德拉为单位尼特1尼特＝1坎德拉/米2（cd/m2）熙提1熙提＝1坎德拉/厘米2（cd/cm2）；1熙提＝104尼特•B组：使用流明数为单位亚熙提1亚熙提＝1流明/米2（lm/m2）朗伯L1朗伯＝1流明/厘米2（lm/cm2）；1朗伯＝104亚熙提。2.1.1有关光学的预备知识9长治医学院光学理论中的SI单位（国际单位），见下表：被测量SI单位缩写被测量SI单位缩写发光强度（I）坎德拉cd照度（E）勒克司lx光通量（Φ）流明lm亮度（L）坎德拉/米2Cd/m22.1.1有关光学的预备知识10长治医学院2.1.2图像的概念•Image:是指用镜头等科技手段得到的视觉形象，一般来讲可定义为“以某一技术手段被再现于二维画面上的视觉信息”。通俗的说就是指那些用技术手段把目标（Object）原封不动的一模一样的再现的图像。它包含用计算机等机器产生的景物。•图像处理应是ImageProcessing2.1.2图像的概念11长治医学院图像最普遍的数学表达式为：•I＝f(x,y,z,λ,t)其中(x,y,z)是空间坐标，λ是波长，t是时间。I是图像的强度。这样一个表达式可以代表一幅活动的、彩色的、立体图像。•I＝f(x,y)——静止的、平面的、单色的图像一幅平面图像可以用二维亮度函数来表示。0f(x,y)∞2.1.2图像的概念12长治医学院f(x,y)可以看成由两个分量组成：•i(x,y)表示照射分量，由光源的性质来确定，单位用照度来度量，即lm/m2或lx；•r(x,y)表示反射分量，取决于景物中的物体I＝f(x,y)＝i(x,y)×r(x,y)式中：0i(x,y)∞；0r(x,y)12.1.2图像的概念13长治医学院举例：i(x,y)的典型值•晴朗的日子，太阳在地球表面造成的照度为9000英尺·烛光，也就是96840勒克司或者96840流明/平方米。•当天空有云时，太阳在地球表面造成的照度为1000英尺·烛光，也就是10760勒克司；•晴天的夜晚而且是满月的情况下，地球表面的照度为0.01英尺·烛光＝0.1076勒克司；•一般照明充分的房间内照度为100英尺·烛光＝1076勒克司2.1.2图像的概念14长治医学院举例：r(x,y)的典型值•黑天鹅绒0.01•不锈钢0.65•白色墙0.80•镀银金属0.90•白雪0.982.1.2图像的概念15长治医学院•符号信息—文字、符号、图形等表示的具体的或抽象的事物•景物信息—能给人以主观感觉但并不取决与人本身的客观场景信息•情绪信息—依赖于受信者的图像信息，它不仅能给人以直观的感觉，而且能以其特殊的艺术内容刺激人的感官，使受信者“触景生情”2.1.3图像信息的分类从图像所携带的信息的种类出发分类：16长治医学院•TV型的自然风景—肖像、风景画、建筑物图片等•空间摄影照片和地球资源探测图片•电子显微镜照片和标准的显微镜照片•文本—指通过打印或手记的记号图像•图样—通常就是简单的由线段和图形构成的单色二值图像•专用图像—如：X射线照片、微波照片、超生波图像等2.1.3图像信息的分类从图像的应用角度出发分类：17长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉人眼视觉18长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉人眼视觉感光细胞(photoreceptorcells)：•杆状细胞(rod)：单色夜视，约有7500万到15000万个，分布在视网膜表面•锥状细胞(cone)：彩色视觉，约有600万到700万个，它们主要位于视网膜的中间部分19长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉•人的视觉系统能够适应光强度的级别的范围是很宽的，由夜视阈值到强闪光之间的光强度的级别约为1010级；•背景亮度会影响到对目标亮度的感觉；•同时对比度（SimultaneousContrast）在相同亮度的刺激下,由于背景亮度不同,人眼所感受到的主观亮度不同20长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉SimultaneousContrastTherounddotsareallexactlythesamecolorgray.Imerelycreatedtheoneontheextremerightandthencopiedittoeachofthedarkerrectangles.Clearly,thelightnessofthebackgroundeffectsthewayinwhichweperceivethecentergraydot.Thiseffectiscalledsimultaneouscontrast.Again,ascanbeseeninotherdemonstrations,theperceptionofthiskindofdisplayisaresultoflateralinteractions.21长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉SimultaneousContrastThecircularareaineachquadrantintheleftfigureisexactlythesamecolor.Thedifferentappearanceisduetothesurroundandthelateralinteractionsthatoccur.OntherightImerelychangedthebackgroundcolorssothattheyareallidentical.Youcannowseethatthecircularareasare,indeed,identical.Thisphenomenoniscalledsimultaneouscolorcontrast.22长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉SimultaneousContrast23长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉平行线24长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉乾坤转25长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉波涛荡漾26长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉无中生有的点27长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉28长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉缪勒莱耶错觉29长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉30长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉31长治医学院2.2.1人眼与亮度视觉32长治医学院2.2.2颜色视觉•光的三基色：红(Red)，绿(Green)，蓝(Blue)•彩色视觉特性:亮度(Brightness)—感受到的光强度色调(Hue)—表示颜色饱和度(Saturation)—与色调的纯度有关33长治医学院2.2.2颜色视觉颜色模型•RGB模型•HIS模型H:hue色调S:saturation饱和度I:intensity强度，明度•CYM系统cyan(青)，yellow(黄)，magenta(红紫)•CYMK系统CYM+black34长治医学院2.2.2颜色视觉35长治医学院2.2.2颜色视觉36长治医学院2.2.2颜色视觉37长治医学院TermsPhotoreceptorcells:感光细胞Rod:杆状细胞Cone:锥状细胞Retina:视网膜SimultaneousContrast:同时对比度Brightness:亮度Hue:色调Saturation:饱和度38长治医学院Thankyouforyourattention谢谢