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ISBN7-5084-2930-31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23.1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。 3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
2、理（信息工程、人工智能心理测定模拟技术41、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。52、画面组成和视觉心理 “”视野 指眼球不动时所能见到的范围p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
3、线移动。p中心视力分辨率强，可以进行图像细节的认识。p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。p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。p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。63、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 RocaSulzer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p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p对亮度的响应有时延和残留
4、，因而对景物亮度的变化也有分辨力，过快的变化无法分辨p“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。73、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，p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p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p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
5、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84、视觉生理和模型的研究 视觉生理p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p插入单个细胞的微小电极，p侧抑制现象、马赫效应等p对大脑高级神经中枢的 “思考过程 ” 才刚起步。9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。p搞清决定图像质量的主观因素，做出其总的结构模型；p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；p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；p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；p开发自组织作用的综合研究，进一步建立发展 “思考过程 ”；p研究视觉和行为的关系。10
