视觉与图像课件.ppt

1、1.1.视觉的特性视觉的特性可见光的波长范围为可见光的波长范围为380nm780nm，大多，大多数自然光都是由不同波长的光组合而成。数自然光都是由不同波长的光组合而成。红 橙 黄 绿 青 蓝 紫，波长减小。v 视觉是人类最丰富的信息来源视觉是人类最丰富的信息来源 三基色原理三基色原理(RGB)视觉、图像与显示视觉、图像与显示视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知可见光的波长范围为380nm780nm，大多数自然光都是由不同波长的光组合而成。人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞，另外还有一种在光功率极端低的条件下才起作用的杆状体细胞，因此颜色只存在于眼睛和大脑中。颜色是视觉系

2、统对可见光的感知结果。红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同，因此不同组成成分的可见光就呈现出不同的颜色。视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线（各个波长的光的强度相等）视觉系统对颜色的感知视觉系统对颜色的感知上面的颜色响应曲线表明，人类眼睛对蓝光的灵敏度远远低于对红光和绿光的灵敏度。亮度响应曲线表明人眼对波长为550nm左右的黄绿黄绿色最为敏感。颜色的三要素：色调：反映颜色的类别 饱和度：反映颜色的深浅或纯度，越深越鲜艳。亮度：是光作用于人眼时引起的明亮程度的 感觉，红光最暗，黄绿光最亮。人眼对亮度比对颜色敏感。大量

3、试验表明，人的眼睛能分辨128种不同的色调，1030种不同的饱和度，而对亮度非常敏感。人眼大约可以分辨35万种颜色。视觉特性视觉特性视觉的时间域响应特性视觉的时间域响应特性让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉。如果闪烁频率足够高，人眼看到的则是一个恒定的亮点。闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界临界闪烁频率闪烁频率，经测定为46HZ。电影播放过程中，每秒投射24幅画面，每幅画面投射过程中用机械挡光阀遮挡一次，这样就得到了48HZ的闪烁频率。视觉的暂留性：眼睛的响应速度1/201/10秒 要保持画面中物体运动的连续性，要求每秒钟摄取的画面数约为24帧30帧左右

4、。2.2.图像及其主要技术参数图像及其主要技术参数图像及点阵图像图像及点阵图像 人类视觉系统感知的信息形式图像 点阵图像：灰度灰度 像素：点阵图像中的每个点。像素越多，图像越清晰。灰度：每个像素的明亮程度。一般用一个整数值来表示，其值越大表示该像素越亮。灰度级：将灰度由暗到明分成不同的等级。灰度等级越 多，图像越逼真。不同灰度级的图象质量不同灰度级的图象质量256级灰度图像级灰度图像不同像素个数的图象质量不同像素个数的图象质量图像的像素越多，相同大小的图像的分辨率也就越高，即图像越清晰。彩色图象彩色图象RGBRGB（red-green-bluered-green-blue）形）形式式图象的对比

5、度图象的对比度指一幅图象中灰度反差的大小。对比度越大，图像明暗越分明，图像就越清晰。对比度图像中的最大亮度/最小亮度一、直方图概念：一、直方图概念：灰度直方图是灰度值的函数，描述的是一幅图像中各种灰度值的像素个数。其横坐标是像素的灰度值（一般为0到255），纵坐标是图像中具有该灰度值的像素个数。1234566432211664663456661466231364661234565456214图像灰度分布直方图灰度值灰度值象象素素个个数数多个峰值对应不同的灰度分布多个峰值对应不同的灰度分布：图像中较暗区域，对应灰度直方图中灰度级低的部分 图像中较亮区域，对应灰度直方图灰度级高的部分 在低灰度级别

6、和高灰度级别处出现明显的两个峰值说明图像 明暗分明灰度值0黑色、灰度值255白色图像偏暗图像偏暗图像偏亮图像偏亮图像对比度的动态范围小图像对比度的动态范围小图像图像对比度的对比度的动态范围适中动态范围适中 分辨率：显示屏分辨率：指显示屏上能够显示出的像素个数。若在单位面积的显示屏上能够显示出的像素越多，说明 该显示屏的分辨率就越高，显示的图像质量也就越高。（如：640480，1024 768）图像分辨率：指组成一副图像的像素密度，一般用单位 长度上包含像素的个数来衡量。常用单位为DPI（dots per inch），即每英寸长度上包含多少个像素。像素分辨率：一个像素的长、宽比。即像素的大小。像

7、素深度：指存储每个像素所用的二进制位数。单位：bpp(bits per pixel)1bpp：黑、白二值图像 16bpp：增强色，R,G,B各取5bpp 24bpp：真彩色，R,G,B各取8bpp相关的主要技术参数相关的主要技术参数 图像的数据量：存储图像时所需的字节数 计算公式：B=(hw c)/8 h：垂直像素数 w：水平像素数 c：像素深度例：一幅图像的像素个数为：640 480，每个像素的深度为：24bpp，则该图像存储时的数据量为 921600 Byte.调色板：颜色查找表 24bpp，16M种颜色覆盖人眼能区分的色彩 24bpp图像空间大 人眼不能同时区分16M种颜色 降低颜色深度

8、，8bpp,16bpp，但不够表示16M种颜色 建立颜色查找表，每种颜色一个序号，调色板动态图像动态图像 视觉暂留形成动态 1/201/10秒 动态图像特性 时间连续，实时 数据量大，帧与帧相关 技术参数 帧速：每秒2430帧，如：视频 图像质量：压缩后质量下降 数据量：压缩、减低帧速、缩小画面尺寸图象文件的存储格式图象文件的存储格式BMPBMP位图格式位图格式 最典型的应用是Windows的画笔。应用广泛，缺点：无损压缩，占用磁盘空间较大，多应用在单机上，不受网络欢迎。GIFGIF格式格式 Graphics Interchange Format的缩写，最多存储256色，是经过压缩的格式，磁盘

9、空间占用较少，一个GIF文件可以存放多幅图像，在Internet上广泛地应用。JPEGJPEG格式格式 Joint Photographic Experts Group的缩写 是对静止灰度或彩色图像的一种压缩标准，使用有损压缩方式时,可节省大量的空间 Internet上广泛应用TIFFTIFF格式格式（Tagged Image Format File）是一种独立于操作系统和文件系统的格式 被所有绘画、图象编辑和页面排版程序所支持 几乎所有桌面扫描仪都可以生成 TIFF 图象视觉媒体常见文件格式视觉媒体常见文件格式 图形图像 图像：GIF,BMP,JPG/JPEG 图形：3DS,DXF,PNG

10、动画 SWF FLC GIF 视频 AVI MOV MPEG RM宽度：宽度：271高度：高度：300颜色：颜色：2大小：大小：9.9 KB宽度：宽度：271高度：高度：300颜色：颜色：4大小：大小：19.8 KB图片对照比较：图片对照比较：宽度：宽度：271高度：高度：300颜色：颜色：256大小：大小：79.4 KB宽度：宽度：271高度：高度：300颜色：真彩色颜色：真彩色大小：大小：238.2 KBCRT显示器的工作原理阴极射线管显示器 组成：显像管、电路板、机壳 显像管：电子枪、阴罩板（阴栅板）、荧光粉显示显示 阴罩式显像管SONY 荧光屏：涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三原

11、色荧光粉点，相邻的呈三角形排列的三原色荧光粉点组成一组，形成一个彩色像素。由于点之间距离太小人眼分辨不出单个地点，看成一个点像素。阴罩：荧光屏与电子枪之间的薄板，上有上百万个小圆孔阴罩孔，每个小孔对应荧光屏上一个彩色像素。电子枪：产生三束电子束，每条电子束受显卡的RGB视频信号的电压控制，三条电子束通过同一阴罩孔轰击对应的一个彩色像素中红、绿、蓝三原色荧光粉点。点距：将距离最近的三原色荧光点用直线链接起来，得到一个正三角形，其边长为点距。隔行扫描(interlaced scanning)逐行扫描(non-interlaced scanning)电子枪的扫描方式电子枪的扫描方式行频、场频、帧频行

12、频、场频、帧频显示器的主要技术指标 点距 分辨率：水平方向和垂直方向像素个数的乘积 场频：垂直扫描频率，单位时间刷新屏幕的次数 行频：水平扫描频率 单位时间内电子束扫描屏幕的行数。扫描方式 逐行扫描 带宽：显示器频率响应范围 带宽(分辨率X场频)/过扫描系数(约0.7)质量认证 TCO：瑞典制订，高品质 TCO92,95,99 CE：欧盟安全认证 CCEE：中国电工产品 安全认证影响分辨率因素 点距 阴罩板上的孔越多组成画面的点越多，画面越清晰 行频 场频85HZ时 1024X768，行频768X85X1.0669KHZ 1280X1024，行频1024X85X1.0692KHZ 行频高，显示

13、器负担大，加快其老化 场频 60HZ时闪烁，高于85HZ时无闪烁 最大分辨率一般指场频60HZ下的分辨率 640X48085HZ没问题，但1600X120085HZ难 场频越高，图像稳定性越好 与显示器尺寸有关 显示器最大最佳像素点有效尺寸/(点距X0.87)17英寸显示器，点距0.28mm 水平有效尺寸320mm/(0.28X0.87)=1314点 垂直有效尺寸240mm/(0.28X0.87)=985点 最佳分辨率1280X1024，太高并不好 分辨率增大，图像、文字变小，增加眼睛负担彩色电视制式彩色电视制式NTSC彩色电视制的主要特性是：(1)525行/帧,30帧/秒(2)高宽比：电视画

14、面的长宽比为4:3(3)隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场(4)在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信息，因此只有485条线的可视数据。(5)每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微秒(6)颜色模型：YIQ(7)美国、加拿大等大部分西半球国家，及日本、韩国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式。彩色电视制式彩色电视制式倒相正交平衡调幅制PAL制式电视信号的特性：(1)625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧)(2)每场中有25行作为场回扫，所以每帧中只有575行是有效行。(3)高宽比(aspect ratio)：4:

15、3(4)隔行扫描，2场/帧，312.5行/场(5)颜色模型：YUV(6)西欧、中国和朝鲜等国家采用这种制式。数字电视数字电视数字电视的定义：数字电视（DTV），是指从电视节目采集、录制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数字传输技术的新一代电视技术。它可以划分为 3大部分：信源部分（发送端）、信道部分（传输/存储过程）和信宿部分（接收端）。数字电视数字电视数字电视分类 数字电视系统业务可以按照其活动的图像比特率的大小，粗略划分为标准清晰度数字电 视（SDTV）和高清晰度数字电视（HDTV）。SDTV和HDTV的数字电视业务都可以应用于不同的 领域和场合，以满足广大消费者多层次的需要。它们两者将

16、长期共存。数字电视数字电视数字电视比原来的模拟电视，有以下优点:高清晰度的电视画面：可以可与DVD相媲美（最低：1280720，最高：19201080）。优质的音响效果：伴音可以达到CD质量。丰富的节目内容，有线网的带宽利用率更高。抗干扰功能力强，画面更稳定。扩展功能多：机顶盒除了一些基本功能外，还有许多扩展功能如上网、点播、股票查询、在线交易、远程教育等。高清晰度电视高清晰度电视原则上讲，HDTV是由它所能提供的画面质量定义的。分辨率:HDTV画面水平和垂直的像素目都差不多是常规系统的2倍。垂直方向的高清晰度是由1 000多行的扫描线获得的。大约为传统5倍的视频带宽使灰度层次更加丰富，再加上

17、有一些带宽用于单独传输色彩值，使得总带宽就是现有彩色电视系统的58倍。宽高比:HDTV画面的指定宽高比为16:9=1.777。采用高清晰显像管，点节距（即荧光点的大小）应小于毫米；观看距离:由于人眼分辨细节的能力是有限的，所以观看细节更丰富的HDTV画面，观看距离要更近一些。中国数字电视进度表中国数字电视进度表2000年和2001年是我国数字电视广播试验年，在北京、上海、深圳三个城市进行数字广播试验；2002年，具有独立知识产权的中国数字电视系统标准将获最终确定；2003年将在全国更大范围内进行数字电视商业广播试验；2005年全国四分之一的电视台将发射和传输数字电视信号；2010年我国计划全面

18、实现数字广播电视；2015年停止模拟广播电视的播出，数字电视基本上成为我国电视播放主力。液晶显示器等离子体板显示器显示器的比例显示器的尺寸计算和面积选择最合适的显示器常见的显示器常见的显示器LCD液晶显示器液晶显示器液晶：加热时透明液态，冷却时结晶颗粒态LCD组成 玻璃，透明电极，偏光板，晶体管 液晶分子新型显示技术展望新型显示技术展望FED：CRT的平板化 场发射显示，与CRT同宗，但象LCD一样薄 发展 1990年，法国LETI公司首先研制成功了15cm单色FED。目前法国PixTech公司已小批量生产了此类单色FED。1998年Motorola公司建成了新的全色FED生产线。美国Cand

19、escent公司也集资1.25亿美元建立生产线，生产15cm的FED。有专家预测，FED将会成为显示技术的主角。问题 成本和技术难度大 发光材料难以满足要求TFEL：挑战LCD 薄膜发光显示器件 寿命短PDP：大尺寸的未来 等离子体显示板 等离子电视 售价高电子纸：另类显示 低端市场 超轻、超薄、可折叠 适合人眼阅读 触摸屏是一种定位设备，用户用手向计算机输入坐标信息分类 触摸屏基本技术特性 透明特性：视觉效果 绝对坐标系统：每次定位与前次无关 检测与定位：传感器质量精度校准类别电阻电容红外表面声波清晰度较好一般很好分辨率4096X40964096X4096100X1004096X4096反应

20、速度10-20ms15-24ms50-300ms10ms寿命5百万次2千万次易坏5千万次 扫描仪基本工作原理与技术指标光电传感器 电荷耦合器件CCD 美国贝尔实验室1969年发明 感光单元，但只能感受光的强弱，不能分辨颜色 接触图像传感器CIS组成 光电传感器 机电同步机构 光学系统 通信接口电路工作原理 光线经反射后照到CCD上 分光镜将光线分成RGB三色，照到各自的CCD上 CCD将此RGB光信号转换成模拟电信号 安装在扫描仪上的CCD只有一排，其CCD像素数量为横向光学分辨率 通过步进电机移动扫描头，完成整个扫描，其每步移动的距离为纵向分辨率扫描过程示意图 原图的反射或透射光经分色镜作R

21、、G、B分离。由CCD阵列对每个像素点的RGB信息作二进制码的存储，获得的是点阵图文件。扫描仪的技术指标 分辨率 计量单位DPI：每英寸长度上分布的点数 光学分辨率：光电传感器的像素数 最高分辨率：软件插补算法后的分辨率 灰度等级与色彩深度 灰度等级：亮度，单色扫描时从白到黑的层次变化识别能力，一般256级灰度，8bit 色彩深度：每个像素分成RGB三基色，每个基色的灰度等级，24bit，36bit，48bit 扫描速度 预热时间 色彩再现能力：扫描后的色彩应均匀分类 扫描方式：手持，平面，滚筒，胶片 扫描幅面：A4，A3，A0 接口类型：SCSI，EPP，USB 光电传感器：CCD，CIS

22、反射和透射：反射式，透射式数码相机基本工作原理与技术指标数码相机基本工作原理与技术指标基本工作原理 核心部件：感光单元，CCD,CMOS 线性CCD和矩阵平面CCD数码相机的主要技术指标 分辨率 计量单位：像素数量 光学分辨率：CCD的像素数 最高分辨率：软件插补算法后的分辨率 色彩深度：与扫描仪类似 变焦：光学变焦，数码变焦存储介质 受体积限制，内置存储器不大 移动存储器：多种，4MB128MB文件格式：JPEG，GIF，PNG等与计算机相连 接口：SCSI，USB，串口 阅读适配器：专用输出 通过计算机打印输出 专用打印机 数码冲印虚拟现实，Virtual Reality,VR在Internet、军事、医学、教育、商业、娱乐甚至农业领域得到应用虚拟现实设备虚拟现实设备跟踪探测设备 实时测量虚拟现实(VR)用户的位置和方向 跟踪器和跟踪球 数据手套立体视觉设备 立体头盔 立体眼镜