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系統學習數字影象處理之基礎

常用數字影象處理例項有:

伽馬射線成像,即由同位素衰變放射出伽馬射線,由伽馬射線收集儀收集的伽馬射線形成影象。

X射線:穿過物體時吸收量調製X射線的強度,最後能量落在膠片上,形成影象。

紫外線:能量轉換髮光

可見光:

微波:即雷達,反射到雷達的微波能量

無線電波:穿透物體,脈衝導致物體無線電響應脈衝,計算機確定這些訊號發生的位置和強度。

總體來說,人眼有兩類感光器,錐狀體大約600~700萬之間,對顏色高度敏感,這種視覺又成亮視覺,或者白晝視覺。還有一種,桿狀體,7500~15000W,無色彩感覺,對低照度敏感,稱為暗視覺或者微光視覺。我們用矩形陣列近似中央凹,即CCD。

由於晶狀體和成像圖的距離固定,因此人眼調焦是通過晶狀體加厚和變扁的方式來實現的。

人的視覺系統感知的亮度,與進入人眼的光的強度,成對數關係。在亮視覺中,人眼適應的光強範圍大約為10^6,但是視覺系統不能同時在一個動態範圍內工作,確切的說,它是通過改變其整個靈敏度來完成這一較大變動的,即亮度適應性現象視覺系統當前靈敏度級別稱為亮度適應級別,該級別範圍外的區域被識別為黑色,高的強度會把適應級別拉昇到高級別。在指定級別上,人眼識別強度變化的能力,由韋伯比確定,在低照明級別,亮度辨別較差,隨著背景照明增加而改善。

同時,感知亮度還存在馬赫帶,即過渡區存在毛邊。同時,感知區域的亮度並不簡單取決於其強度,同時,人眼還會有錯覺。

人眼感受一個物體的顏色由物體反射光的性質決定,一個物體在可見光譜的有限範圍內反射時會呈現各種顏色色調,灰度級通常用來表示單色光的強度。

除了頻率,描述彩色光源的質量還有三種基本量:發光強度,光通量,亮度。發光強度是光源流出的總能量,光通量是觀察者從光源感受到的能量,用流明數來度量。亮度是光感知的主觀描繪子,實際上不能度量,具體體現了強度無色的概念,注意,這裡描述的是光源質量。

針對影象的獲取,有單個感測器,條帶感測器,感測器陣列等方式,用函式來表示影象的時候,是為能量的入射分量函式和反射分量函式的乘積,即總能量,我們可以用強度表示,或者叫灰度。

經過感測器輸出的是連續的電壓波,要經過座標上的取樣和幅度上的量化,除了所用的離散級數外,量化所達到的精度強烈的依賴於取樣訊號的噪聲。我們實際中定義的影象屬於空間域,xy稱為空間座標。有不同的方法表示一幅影象,每種方法適用於不同的場合。

我們把灰度跨越的值域非正式的稱為動態範圍,即系統中最大可度量灰度與最小可檢測灰度比,上限取決於飽和度,下限取決於噪聲。而把最大和最小灰度差定義為對比度。有高的動態範圍,就有高的對比度,低對比度看上去像沖淡了灰度。

空間解析度定義,即每單位距離內的最大線對數量。而每單位距離點數是印刷和出版業中常用的影象解析度的度量。美國,這一度量通常用dpi表示。解析度必須依附於空間定義,影象大小本身不會告訴我們多少內容。

等偏愛曲線,說明有大量細節的影象,可以採用較少的灰度級。

基本的影象內插方法有:最近鄰內插法,該方法複雜度最小,但引起的缺陷問題也會很嚴重,其次是雙線性內插,雙三次內插,他們在細節上,逐步提升,複雜度也在逐步提升。雙三次內插是商業影象編輯程式的標準內插方法,例如PS,CP。

影象的鄰接性,是指畫素P的周邊畫素與畫素P的關係(注意,鄰接性只是描述兩個畫素的位置關係),為了區分8鄰接導致的二義性,引入混合鄰接。如果影象區域內所有畫素之間存在一個通路(即不僅位置相鄰,且相鄰畫素的灰度值存在近似),則兩個畫素在S中是連通的。利用連通性,我們定義區域為連通集,即只有一個連通分量。要注意的是,畫素距離和通路無關。選擇m鄰接時,兩點間的Dm距離用點間的最短通路定義。

我們通過影象的算數運算,得到一些效果,例如相加降噪,相減增加差別,相乘或者相除來矯正陰影。

灰度影象的並集操作是定義為相應畫素對的最大值,交集則為最小值。補集則為常數與畫素之間的差。

仿射變換中,可以使用兩種方法來使用仿射變換,一種是前向對映,即掃描輸入影象的畫素,並直接計算出輸出畫素點,但注意多個輸入畫素可能被對映到一個輸出畫素,也可能多個輸出畫素沒有輸入畫素點。另外一種是反向對映,即掃描輸出畫素位置,並在每一個位置使用反變換(即仿射變換的逆運算)計算出輸入影象的相應位置,然後內插是用最近的輸入畫素之一決定輸出畫素的灰度值的。