[人工智能]数字图像处理----第二章知识点总结

2 数字图像处理基础

内容重点：

1. 人类视觉系统特点
2. 光和电磁波，是许多图像来源的基础
3. 简单的图像模型
4. 取样和量化的概念
5. 像素间的关系、距离
6. 线性算子的概念

2.1 视觉感知要素

问：都说了用计算机处理离散化的图像，为什么还讨论视觉？

答：数字图像处理的基础：数学和概率统计表示方法；但人的主观视觉判断（直觉和分析）可能对数字图像处理技术的选择起核心作用。

2.1.1 人眼结构

1、晶状体-----透镜

构成：60%~70%的水，6%的脂肪和比眼睛中任何其他组织都多的蛋白质

问：为什么人眼敏感区域是可见光

答：晶状体吸收大约8%的可见光谱，对短波长光有较高的吸收率，在晶状体结构中，蛋白质吸收红外光和紫外光，并且过量会伤害眼睛。

2、视网膜-----成像屏

不完全等同于成像屏

两类光接收器：锥状体、杆状体

4、盲点：位置看不见东西因为没有光感应器

2.1.2 眼睛中图像的形成

眼睛的晶状体和普通光学透镜之间的主要差别在于人眼的适应性强。

晶状体的形状由睫状体韧带和张力来控制，

• 看远处时，晶状体变得相对比较扁平
• 看近处时，晶状体变得相对比较厚

当晶状体的折射能力由最小变到最大时，晶状体的聚焦中心与视网膜间的距离由17mm缩小到14mm

• 当眼睛聚焦到远于3mm的物体时，晶状体的折射能力最弱，f 约为17mm
• 当眼睛聚焦非常近的物体时，晶状体的折射能力最强

光接收器的相应刺激作用产生感觉，感觉把辐射能转变为电脉冲，最后由大脑解码颠倒成像。

2.1.3亮度适应和鉴别

1.人的视觉系统能适应的光强度级别范围宽，但同时鉴别的光强度级的总范围很小。主观亮度（即由人的视觉系统感觉到的亮度）是进入人眼睛的光强度的对数函数。

2.人的视觉绝对不能同时在一个范围内工作，确切地说，它是利用改变其整个灵敏度来完成这一大变动的，这就是所谓的亮度适应现象。与整个适应范围相比，能同时鉴别的光强度级的总范围很小。

3.对于任何一组给定条件，视觉系统当前的灵敏度级别叫做亮度适应级，比如:所有的刺激都是作为不可分辨的黑色来理解。

4、在任何特定的适应级，考虑人眼辨别光强度之间变化的能力的实验表明：

• 在低的照明级别，亮度辨别较差，视觉由杆状体执行
• 当背景照明增加时，亮度辨别得到有意义的改善，视觉由锥状体起作用

5、两个现象照明感觉亮度不是简单的强度函数而是对数函数

• 第一个现象基于视觉系统倾向不同强度区域边界周围的“欠调”或“过调”
• 第二个现象称为同时对比现象，即感觉的亮度区域不是简单的取决于强度。

（中心亮度一样，但是周围环境不同，所以我们感觉中心颜色不一样）

6.视觉错觉

在错觉中，眼睛充上了不存在的信息或者错误地感知物体的几何特点视觉错觉一特性尚未完全了解。

（明明是由一个一个圆形构成的图像，我们看起来却感觉是一个螺旋，扭在一起的东西）

（中心黄色圆圈一样大，但是我们看起来好像是右边的大）

6、电磁波谱可用波长、频率或能量来描述

E = hv

能量与频率成正比，因此，高频率（短波长）电磁波每光子携带更多的能量

能量：波长越短能量越高，对活体组织危害越大

可见光波段：越0.39~0.78（红色）、

每个波段不是突然终止，而是每一个波段混合平滑地过渡到下一个

人从一个物体感受到的颜色由物体反射光的性质决定的。某颜色物体发射该波段的波长的能量，而吸收其他波长的大部分能量。

7、三个基本量用于描述彩色光源：

• 辐射强度是从光源流出能量的总量，通常用瓦特（W）度量
• 光通量给出观察者从光源感受到的能量，用流明数度量，例如：远红外光的光通量几乎是零。
• 亮度是光感受的主观描绘，实际上不能测量，是描述彩色感觉的参数之一
• 灰度级用来描述单色光图像的亮度，因为它的范围从黑到灰，最后到白

8、在原理上如果可以开发出一种传感器，它克检测由一种电磁波谱发射的能量，就可以在那一波段上对感兴趣的事件成像。

“观看”一个物体的电磁波的波长必须小于或等于物体的尺寸。例如：水分子的直径是10的负10次方米，这样，要研究分子，我们需要一个能在远红外或软x射线范围发射的光源，而不能选择无线电波。

这个限制与传感材料的物理特性一起确立了成像传感器功能的基本限制。

2.3 图像感知和获取

图像由“照射”源和形成图像的“场景”元素对光能的反射或吸收相结合而产生的。

• 照射可能由电磁能源引起，如雷达。红外线或x射线能源
• 根据光源的性质，照射能量可以从物体反射或物体透射
• 照射也可以由非传统光源，如超声波，甚至由计算机产生的照射模式产生。