03-計(jì)算機(jī)圖形、圖像技術(shù)

計(jì)算機(jī)圖形、圖像技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形、圖像技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形分為兩大類(lèi)──位圖圖像和矢量圖形

矢量圖形，是由叫作矢量的數(shù)學(xué)對(duì)象所定義的 直線(xiàn)和曲線(xiàn)組成的。矢量根據(jù)圖形的幾何特性 來(lái)對(duì)其進(jìn)行描述，矢量圖形與分辨率無(wú)關(guān)。

位圖圖象，也叫作柵格圖象。位圖圖象是用小 方形網(wǎng)格（位圖或柵格），即人所共知的象素 來(lái)代表圖象，每個(gè)象素都被分配一個(gè)特定位置 和顏色值。位圖圖象與分辨率有關(guān)，換句話(huà) 說(shuō)，它包含固定數(shù)量的象素，代表圖象數(shù)據(jù)。色度學(xué)色度圖坐標(biāo)軸中心點(diǎn)和邊界點(diǎn)任一顏色的表示顏色模型

RGB模型

HIS模型色度學(xué)三基色紅（R）綠（G）藍(lán)（B）三補(bǔ)色品紅（M，magenta，紅加藍(lán)）青（C，cyan，綠加藍(lán)）黃（Y，yellow，紅加綠）圖像的RGB顏色模型絕大部分可見(jiàn)光譜可用紅、綠和藍(lán)(RGB)三色光按不同比例和強(qiáng)度的混合來(lái)表示。在顏色重疊的位置，產(chǎn)生青色、品紅和黃色。因?yàn)镽GB顏色合成產(chǎn)生白色，它們也叫作加色。將所有顏色加在一起產(chǎn)生白色──就是說(shuō)，所有光被反射回眼睛。加色用于光照、視頻和顯示器。例如，顯示器通過(guò)紅、綠和藍(lán)熒光粉發(fā)射光線(xiàn)產(chǎn)生彩色。RGB色彩模式使用RGB模型為圖像中每一個(gè)像素的RGB分量分配一個(gè)0~255范圍內(nèi)的強(qiáng)度值。例如：純紅色R值為255，G值為0，B值為0；灰色的R、G、B三個(gè)值相等（除了0和255）；白色的R、G、B都為255；黑色的R、G、B都為0。RGB圖像只使用三種顏色，就可以使它們按照不同的比例混合，在屏幕上重現(xiàn)16777216種顏色圖像的RGB顏色模型圖像的CMYK顏色模型CMYK模型以打印在紙張上油墨的光線(xiàn)吸收特性為基礎(chǔ)，白光照射到半透明油墨上時(shí)，部分光譜被吸收，部分被反射回眼睛。理論上，青色(C)、品紅(M)和黃色(Y)色素能合成吸收所有顏色并產(chǎn)生黑色。由于這個(gè)原因，這些顏色叫作減色。圖像的CMYK顏色模型

因?yàn)樗写蛴∮湍紩?huì)包含一些雜質(zhì)，這三種油墨實(shí)際上產(chǎn)生一種土灰色，必須與黑色(K)油墨混合才能產(chǎn)生真正的黑色。將這些油墨混合產(chǎn)生顏色叫作四色印刷。圖像的CMYK顏色模型相加混色RGB相減混色CMY生成的顏色000111黑001110藍(lán)010101綠011100青100011紅101010品紅110001黃111000白相加色與相減色關(guān)系顏色模型的空間表示顏色模型關(guān)系示意顏色的三個(gè)基本特征量亮度：與發(fā)射率有關(guān)色調(diào)：與波長(zhǎng)有關(guān)飽和度：與光譜純度有關(guān)色度圖色度圖0.800.20.8xy520nm700-770nm紅藍(lán)綠NTSCPAL紫色度圖色度圖色度圖1，在色度圖中每點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一種顏色2，在色度圖中邊界上的點(diǎn)代表純顏色中心點(diǎn)處純度為零3，在色度圖中連接任意兩端點(diǎn)的直線(xiàn)上的各點(diǎn)表示將這兩端點(diǎn)所代表的顏色相加可組成的顏色。色度圖C：白色Q：橙色P：66%Qp顏色模型

RGB模型面向硬件設(shè)備

HIS或HSB模型面向彩色處理

H表示色調(diào)（hue）

S表示飽和度（saturation）

I表示亮度（Intensity或Brightness

）HSI模型坐標(biāo)紅色分量綠色分量藍(lán)色分量彩色原圖紅色分量綠色分量藍(lán)色分量彩色原圖H分量S分量I分量顏色模型轉(zhuǎn)換從RGB模型轉(zhuǎn)換到HIS模型顏色模型轉(zhuǎn)換從HIS模型轉(zhuǎn)換到RGB模型圖像的Lab顏色模型Lab模式是根據(jù)CommissionInternationaleEclairage（CIE）在1931年所制定的一種測(cè)定顏色的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建立的。于1976年被改進(jìn)，并且命名的一種色彩模式。

Lab顏色模型是有國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）于1976年公布的一種顏色模型，Lab顏色模型彌補(bǔ)了RGB和CMYK兩種色彩模式的不足。Lab顏色模型由三個(gè)要素組成，一個(gè)要素是亮度（L），a和b是兩個(gè)顏色通道。a包括的顏色是從深綠色（低亮度值）到灰色（中亮度值）再到亮粉紅色（高亮度值）；b是從亮藍(lán)色（底亮度值）到灰色（中亮度值）再到黃色（高亮度值）。因此，這種顏色混合后將產(chǎn)生具有明亮效果的色彩。圖像的Lab顏色模型Lab模式既不依賴(lài)光線(xiàn)，也不依賴(lài)于顏料，它是CIE組織確定的一個(gè)理論上包括了人眼可以看見(jiàn)的所有色彩的色彩模式。Lab模式彌補(bǔ)了RGB和CMYK兩種色彩模式的不足。

Lab模式所定義的色彩最多，且與光線(xiàn)及設(shè)備無(wú)關(guān)并且處理速度與RGB模式同樣快，比CMYK模式快很多。因此，可以放心大膽的在圖象編輯中使用Lab模式。而且，Lab模式在轉(zhuǎn)換成CMYK模式時(shí)色彩沒(méi)有丟失或被替換。因此，最佳避免色彩損失的方法是：應(yīng)用Lab模式編輯圖象，再轉(zhuǎn)換為CMYK模式打印輸出。

當(dāng)你將RGB模式轉(zhuǎn)換成CMYK模式時(shí)，Photoshop將自動(dòng)將RGB模式轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ab模式，再轉(zhuǎn)換為CMYK模式。在表達(dá)色彩范圍上，處于第一位的是Lab模式，第二位的是RGB模式，第三位是CMYK模式。圖像的Lab顏色模型A.B.C.D.光度=100（白）綠到紅分量藍(lán)到黃分量光度=0（黑）關(guān)于“溢色”在表達(dá)色彩范圍上，處于第一位的是Lab模式，第二位的是RGB模式，第三位是CMYK模式。關(guān)于“溢色”在表達(dá)色彩范圍上，處于第一位的是Lab模式，第二位的是RGB模式，第三位是CMYK模式。顏色模型的色域色域是一個(gè)色系能夠顯示或打印的顏色范圍。人眼看到的色譜比任何顏色模型中的色域都寬。在顏色模型中，L*a*b具有最寬的色域，它包括RGB和CMYK色域中的所有顏色。通常RGB色域包含能在計(jì)算機(jī)顯示器或電視屏幕（發(fā)出紅、綠和藍(lán)光）上所有能顯示的顏色。因而一些諸如純青或純黃等顏色不能在顯示器上精確顯示。顏色模型的色域CMYK色域較窄，僅包含使用印刷色油墨能夠打印的顏色。當(dāng)不能被打印的顏色在屏幕上顯示時(shí)，它們稱(chēng)為溢色──即超出CMYK色域之外。彩色空間的線(xiàn)性變換標(biāo)準(zhǔn)YIQ適用于NTSC彩色電視制式Y(jié)UV適用于PAL彩色電視制式Y(jié)CrCb適用于計(jì)算機(jī)用的顯示器為了使用人的視角特性以降低數(shù)據(jù)量，通常把RGB空間表示的彩色圖像變換到其他彩色空間。彩色空間變換有三種：彩色空間的線(xiàn)性變換標(biāo)準(zhǔn)YUV與YIQ模型在彩色電視制式中，使用YUV和YIQ模型來(lái)表示彩色圖像。在PAL彩色電視制式中使用YUV模型，Y表示亮度，UV用來(lái)表示色差，U、V是構(gòu)成彩色的兩個(gè)分量；在NTSC彩色電視制式中使用YIQ模型，其中的Y表示亮度，I、Q是兩個(gè)彩色分量。YUV/YIQ特點(diǎn)亮度信號(hào)(Y)和色度信號(hào)(U、V)是相互獨(dú)立的；彩色空間RGB-YUVY=0.299R+0.587G+0.114BU=﹣0.147R﹣0.289G+0.436BV=0.615R﹣0.515G﹣0.100B彩色空間RGB-YIQY=0.299R+0.587G+0.114B

I=0.596R﹣0.275G﹣0.321BQ=0.212R﹣0.523G+0.311B彩色空間RGB-YCrCb數(shù)字域中的彩色空間變換與模擬域的彩色空間變換不同。它們的分量使用Y、Cr和Cb來(lái)表示，與RGB空間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：Y＝0.299R＋0.578G＋0.114BCr＝(0.500R－0.4187G－0.0813B)＋128Cb=(－0.1687R－0.3313G＋0.500B)＋128圖像的種類(lèi)只有黑白兩中顏色的圖像稱(chēng)為單色圖像(monochromeimage)，它的每個(gè)像素的像素值用1位存儲(chǔ)，它的值只有“0”或者“1”，一幅640×480的單色圖像需要占據(jù)37.5KB的存儲(chǔ)空間。如果每個(gè)像素的像素值用一個(gè)字節(jié)表示，灰度值級(jí)數(shù)就等于256級(jí)，每個(gè)像素可以是0-255之間的任何一個(gè)值，一幅640×480的灰度圖像就需要占據(jù)300KB的存儲(chǔ)空間。圖像的種類(lèi)圖像的種類(lèi)彩色圖像(colorimage)可按照顏色的數(shù)目來(lái)劃分，例如256色圖像和真彩色(24bit顏色)等。彩色圖像的每個(gè)像素的R、G和B值用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示，一幅640×480

的8位彩色圖像需要307.2KB的存儲(chǔ)空間。一幅640×480的真彩色圖像需要921.6KB的存儲(chǔ)空間。許多24位彩色圖像是用32位存儲(chǔ)的，這個(gè)附加的8位叫做alpha通道，它的值叫做alpha值，它用來(lái)表示該像素如何產(chǎn)生特技效果。圖像的種類(lèi)16位色32位色圖像的三個(gè)基本屬性—分辨率顯示分辨率顯示分辨率是指顯示屏上能夠顯示出的像素?cái)?shù)目。圖像分辨率圖像分辨率是指組成一幅圖像的像素密度的度量方法。對(duì)同樣大小的一幅圖，如果組成該圖的圖像像素?cái)?shù)目越多，則說(shuō)明圖像的分辨率越高，看起來(lái)就越逼真。相反，圖像顯得越粗糙。圖像的三個(gè)基本屬性—像素深度像素深度是指存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的位數(shù)，它也是用來(lái)度量圖像的分辨率例如，一幅彩色圖像的每個(gè)像素用R，G，B三個(gè)分量表示，若每個(gè)分量用8位，那么一個(gè)像素共用24位表示，就說(shuō)像素的深度為24，每個(gè)像素可以是224=16777216種顏色中的一種。圖像的三個(gè)基本屬性—像素深度在用二進(jìn)制數(shù)表示彩色圖像的像素時(shí)，除R，G，B分量用固定位數(shù)表示外，往往還增加1位或幾位作為屬性(Attribute)位。例如，RGB5:5:5表示一個(gè)像素時(shí)，用2個(gè)字節(jié)共16位表示，其中R，G，B各占5位，剩下一位作為屬性位。在這種情況下，像素深度為16位，而圖像深度為15位圖像的三個(gè)基本屬性—像素深度用32位表示一個(gè)像素時(shí)，R，G，B分別用8位表示，剩下的8位常稱(chēng)為α通道(alphachannel)位，或稱(chēng)為復(fù)蓋(overlay)位、中斷位、屬性位。它的用法可用一個(gè)預(yù)乘α通道(premultipliedalpha)的例子說(shuō)明。假如一個(gè)像素(A，R，G，B)的四個(gè)分量都用規(guī)一化的數(shù)值表示，(A，R，G，B)為(1，1，0，0)時(shí)顯示紅色。當(dāng)像素為(0.5,1,0,0)時(shí)，預(yù)乘的結(jié)果就變成(0.5,0.5,0,0)，這表示原來(lái)該像素顯示的紅色的強(qiáng)度為1，而現(xiàn)在顯示的紅色的強(qiáng)度降了一半。用這種辦法定義一個(gè)像素的屬性在實(shí)際中很有用。例如在一幅彩色圖像上疊加文字說(shuō)明，而又不想讓文字把圖復(fù)蓋掉，就可以用這種辦法來(lái)定義像素，而該像素顯示的顏色又有人把它稱(chēng)為混合色(keycolor)。在圖像產(chǎn)品生產(chǎn)中，也往往把數(shù)字電視圖像和計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的圖像混合在一起，這種技術(shù)稱(chēng)為視圖混合技術(shù)，它也采用α通道。圖像的三個(gè)基本屬性真彩色、偽彩色與直接色真彩色(truecolor)

真彩色圖通常是指RGB8:8:8，即圖像的顏色數(shù)等于224，也常稱(chēng)為全彩色(fullcolor)圖像。圖像的三個(gè)基本屬性真彩色、偽彩色與直接色偽彩色(pseudocolor)

偽彩色圖像的含義是，每個(gè)像素的顏色不是由每個(gè)基色分量的數(shù)值直接決定，而是把像素值當(dāng)作彩色查找表(colorlook-uptable，CLUT)的表項(xiàng)入口地址，去查找一個(gè)顯示圖像時(shí)使用的R，G，B強(qiáng)度值，用查找出的R，G，B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱(chēng)為偽彩色。

使用查找得到的數(shù)值顯示的彩色是真的，但不是圖像本身真正的顏色，它沒(méi)有完全反映原圖的彩色。圖像的三個(gè)基本屬性真彩色、偽彩色與直接色直接色(directcolor)每個(gè)像素值分成R，G，B分量，每個(gè)分量作為單獨(dú)的索引值對(duì)它做變換。也就是通過(guò)相應(yīng)的彩色變換表找出基色強(qiáng)度，用變換后得到的R，G，B強(qiáng)度值產(chǎn)生的彩色稱(chēng)為直接色。它的特點(diǎn)是對(duì)每個(gè)基色進(jìn)行變換。

用這種系統(tǒng)產(chǎn)生顏色與真彩色系統(tǒng)相比，相同之處是都采用R，G，B分量決定基色強(qiáng)度，不同之處是前者的基色強(qiáng)度直接用R，G，B決定，而后者的基色強(qiáng)度由R，G，B經(jīng)變換后決定。因而這兩種系統(tǒng)產(chǎn)生的顏色就有差別。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用直接色在顯示器上顯示的彩色圖像看起來(lái)真實(shí)、很自然。直接色與偽彩色系統(tǒng)相比，相同之處是都采用查找表，不同之處是前者對(duì)R，G，B分量分別進(jìn)行變換，后者是把整個(gè)像素當(dāng)作查找表的索引值進(jìn)行彩色變換。圖像文件格式BMP圖像文件微軟公司提出，在Windows操作系統(tǒng)下使用的一種標(biāo)準(zhǔn)圖像格式，BMP位圖文件默認(rèn)的文件擴(kuò)展名是BMP或者bmp位圖文件可看成由4個(gè)部分組成：位圖文件頭(bitmap-fileheader)、位圖信息頭(bitmap-informationheader)、彩色表(colortable)和定義位圖的字節(jié)陣列。支持單色、16色、256色、真彩色圖像，一個(gè)文件存放一幅圖像，可以進(jìn)行無(wú)損壓縮，也可不壓縮圖像數(shù)據(jù)，非壓縮的BMP文件是一種通用的圖像文件格式，幾乎所有Windows應(yīng)用軟件都能支持。位圖文件頭：包含有關(guān)于文件類(lèi)型、文件大小(用字節(jié)為單位)、存放位置等信息。位圖信息頭：包含有位圖文件的大小、壓縮類(lèi)型和顏色格式。BMP位圖可以是沒(méi)有任何壓縮的位圖，或者是進(jìn)行壓縮的位圖。顏色格式說(shuō)明位圖所用的顏色數(shù)目，2/16/256/16777216種顏色。彩色表：彩色表中的元素與位圖所具有的顏色數(shù)相同。對(duì)于24-位真彩色圖像不使用彩色表，因?yàn)槲粓D中的RGB值就代表了每個(gè)像素的顏色。彩色表中的顏色按顏色的重要性排序，這可以輔助顯示驅(qū)動(dòng)程序?yàn)椴荒茱@示足夠多顏色數(shù)的顯示設(shè)備顯示彩色圖像。圖像數(shù)據(jù)陣列字節(jié)：緊跟在彩色表之后的是圖像數(shù)據(jù)字節(jié)陣列。圖像的每一掃描行由表示圖像的連續(xù)的像素字節(jié)組成，每一行的字節(jié)數(shù)取決于圖像的顏色數(shù)目和用像素表示的圖像寬度。掃描行是由底向上存儲(chǔ)的，陣列中的第一個(gè)字節(jié)表示位圖左下角的像素，而最后一個(gè)字節(jié)表示位圖右上角的像素。GIF圖像顏色數(shù)較少（不超過(guò)256色），文件特別小，壓縮比可調(diào)，適合網(wǎng)絡(luò)傳輸。由于顏色數(shù)量受到限制，GIF更適合用來(lái)做插圖、剪貼畫(huà)等，用于色彩數(shù)要求不高的場(chǎng)合。GIF圖象具有累進(jìn)顯示功能。GIF89a格式能夠支持透明背景（JPEG不支持）。目前網(wǎng)頁(yè)上有大量的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)GIF圖象。GIF圖像數(shù)據(jù)的交叉存儲(chǔ)行號(hào)像素交插遍次

0……1 1……4

2……33……44……25……46……37……48……19……410……311……412……213……414……315……416……117……418……3GIF圖像的累進(jìn)顯示GIF圖像的累進(jìn)顯示GIF支持透明背景

GIF圖象中的某個(gè)色彩，在瀏覽器顯示該圖像時(shí)被忽略而不被顯示出來(lái)。

效果是使圖像浮現(xiàn)在頁(yè)面上，增強(qiáng)了網(wǎng)頁(yè)的外觀。例動(dòng)態(tài)GIF圖象將數(shù)張圖片存成一個(gè)文件，從而形成動(dòng)畫(huà)效果

1、打開(kāi)第1張圖片；2、插入其他的圖片;3、調(diào)整每張圖片顯示的時(shí)間；4、設(shè)定重復(fù)次數(shù);5、

存儲(chǔ)為gif格式文件

TIF圖像文件是一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有許多圖像圖形應(yīng)用軟件支持這種文件格式，大量使用于掃描儀和桌面出版，可對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)損壓縮。支持單色、彩色圖像。常用的圖像文件要求：熟悉常用的圖象文件名了解它們有什么特性和適用的場(chǎng)合圖像技術(shù)數(shù)字圖像處理，計(jì)算機(jī)圖像處理廣義上是各種與圖像有關(guān)的技術(shù)的總稱(chēng)。包括：對(duì)圖像的各種加工基于加工結(jié)果的判斷決策和行為規(guī)劃為此進(jìn)行的硬件設(shè)計(jì)及制作圖像技術(shù)例如：圖像的采集，獲取，編碼，存儲(chǔ)和傳輸，合成和產(chǎn)生，顯示和輸出，變換，增強(qiáng)，恢復(fù)和重建，分割，目標(biāo)的檢測(cè)，表達(dá)和描述，特征的提取和測(cè)量，序列圖像的校正，3-D景物的重建復(fù)原，圖像數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，索引和抽取圖像的分類(lèi)，表示和識(shí)別，圖像模型的建立和匹配，圖像和場(chǎng)景的解釋和理解。（1）、幾何處理幾何處理主要包括座標(biāo)變換、圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、多個(gè)圖像配準(zhǔn)，全景畸變校正，扭曲校正，周長(zhǎng)、面積、體積計(jì)算等。（2）、算術(shù)處理算術(shù)處理主要對(duì)圖像施以＋、－、×、÷等運(yùn)算，雖然該處理主要針對(duì)像素點(diǎn)的處理，但非常有用，如醫(yī)學(xué)圖像的減影處理就有顯著的效果。（3）、圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)處理主要是突出圖像中感興趣的信息，而減弱或去除不需要的信息，從而使有用信息得到加強(qiáng)，便于區(qū)分或解釋。主要方法有直方圖增強(qiáng)、偽彩色增強(qiáng)法(pseudocolor)、灰度窗口等技術(shù)。（4）、圖像復(fù)原圖像復(fù)原處理的主要目的是去掉干擾和模糊，恢復(fù)圖像的本來(lái)面目。典型的例子如去噪就屬于復(fù)原處理。去模糊也是復(fù)原處理的任務(wù)。這些模糊來(lái)自透鏡散焦，相對(duì)運(yùn)動(dòng)，云層遮擋等。這些干擾可用濾波、逆濾波、同態(tài)濾波等方法加以去除。（5）、圖像重建重建處理是從數(shù)據(jù)到圖像的處理。也就是說(shuō)輸入的是某種數(shù)據(jù)，而處理結(jié)果得到的是圖像。該處理的典型應(yīng)用就是CT技術(shù)，CT技術(shù)發(fā)明于1972年，早期為X光CT，后來(lái)發(fā)展的有ECT、超聲CT、核磁共振（NMR）等。圖像重建的主要算法有代數(shù)法、迭代法、卷積反投影法等，其中以卷積反投影法運(yùn)用最為廣泛，因?yàn)樗倪\(yùn)算量小、速度快。

（6）、圖像編碼圖像編碼的研究屬于信息論中信源編碼范疇，其主要宗旨是利用圖像信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性及人類(lèi)視覺(jué)的生理學(xué)及心理學(xué)特性對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行高效編碼，即研究數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，以解決數(shù)據(jù)量大的矛盾。

一般來(lái)說(shuō)，圖像編碼目的有三個(gè)：①減少數(shù)據(jù)存貯量；②降低數(shù)據(jù)率以減少傳輸帶寬；③壓縮信息量，便于特征抽取，為識(shí)別作準(zhǔn)備。（7）、模式識(shí)別模式識(shí)別是數(shù)字圖像處理的又一研究領(lǐng)域。

実験

1t0＝0、t1＝1/29秒実験

2

t0＝0、t1＝1/10秒（8）、圖像理解圖像理解是由模式識(shí)別發(fā)展起來(lái)的方法。該處理輸入的是圖像，輸出的是一種描述。這種描述并不僅是單純的用符號(hào)作出詳細(xì)的描繪，而且要利用客觀世界的知識(shí)使計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)想、思考及推論，從而理解圖像所表現(xiàn)的內(nèi)容。圖像理解有時(shí)也叫景物理解。在這一領(lǐng)域還有相當(dāng)多的問(wèn)題需要進(jìn)行深入研究。成像變換和坐標(biāo)變換投影成像成像過(guò)程成像變換齊次坐標(biāo)透視變換坐標(biāo)變換灰度插值成像變換和坐標(biāo)變換投影成像將3-D客觀場(chǎng)景投影到2-D圖像平面成像過(guò)程三個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)世界坐標(biāo)系統(tǒng)XYZ

攝像機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)xyz

圖像平面坐標(biāo)系統(tǒng)x’y’成像變換和坐標(biāo)變換成像過(guò)程成像變換和坐標(biāo)變換透視變換成像變換和坐標(biāo)變換齊次坐標(biāo)笛卡爾坐標(biāo)：W=[xyz]T齊次坐標(biāo)：wh=[kXkYkZk]T

投影矩陣成像變換和坐標(biāo)變換齊次坐標(biāo)從齊次坐標(biāo)還原成笛卡爾坐標(biāo)成像變換和坐標(biāo)變換齊次坐標(biāo)成像變換和坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換變換后坐標(biāo)變換矩陣變換前坐標(biāo)坐標(biāo)變換通式成像變換和坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換平移變換尺度變換旋轉(zhuǎn)變換級(jí)連反變換成像變換和坐標(biāo)變換平移變換

oYX成像變換和坐標(biāo)變換尺度變換

oYX成像變換和坐標(biāo)變換旋轉(zhuǎn)變換

oYXoYXoYXoYXoYX成像變換和坐標(biāo)變換級(jí)連練習(xí)

平移矩陣放縮矩陣成像變換和坐標(biāo)變換級(jí)連

成像變換和坐標(biāo)變換反變換

攝像機(jī)校準(zhǔn)坐標(biāo)系不重合時(shí)的投影成像成像變換分解從世界坐標(biāo)到攝像機(jī)坐標(biāo)從攝像機(jī)坐標(biāo)到圖像平面坐標(biāo)內(nèi)部參數(shù)外部參數(shù)攝像機(jī)校準(zhǔn)

攝像機(jī)校準(zhǔn)坐標(biāo)系不重合時(shí)的投影成像

攝像機(jī)校準(zhǔn)成像變換分解從世界坐標(biāo)到攝像機(jī)坐標(biāo)從攝像機(jī)坐標(biāo)到圖像平面坐標(biāo)

內(nèi)部參數(shù)外部參數(shù)

攝像機(jī)校準(zhǔn)成像變換分解從世界坐標(biāo)到攝像機(jī)坐標(biāo)

旋轉(zhuǎn)矩陣平移矩陣攝像機(jī)校準(zhǔn)成像變換分解從攝像機(jī)坐標(biāo)到圖像平面坐標(biāo)

投影矩陣攝像機(jī)校準(zhǔn)成像變換分解內(nèi)部參數(shù)焦距λ外部參數(shù)攝像機(jī)朝向和空間位置參數(shù)

R（旋轉(zhuǎn)）,T（平移）？區(qū)分內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的意義

攝像機(jī)校準(zhǔn)作用可以幫助從2-D圖象坐標(biāo)推導(dǎo)客觀世界的3-D信息

可以幫助從3-D信息推導(dǎo)2-D圖象坐標(biāo)

攝像機(jī)校準(zhǔn)方法原理

R，T外部參數(shù)內(nèi)部參數(shù)XYZxyz攝像機(jī)校準(zhǔn)方法原理

Ch=AWh=PRTWh

級(jí)連矩陣P投影R旋轉(zhuǎn)T平移不存在攝像機(jī)校準(zhǔn)具體步驟1，獲得M≥6個(gè)具有已知世界坐標(biāo)（Xi,Yi,Zi）i=1，2…M的空間點(diǎn)（圖像中均可見(jiàn)）2，用攝像機(jī)得到對(duì)應(yīng)的象平面坐標(biāo)（xi，yi）3，把坐標(biāo)帶入（6組）

立體圖采集3-D成像光源采集器景物不同立體成像方式的特點(diǎn)雙目成像

立體圖采集3-D信息客觀世界是3-D的投影后圖像都是2-D的

2-D圖像隱含3-D信息幾何畸變，敏感度（陰影），紋理，表面輪廓，視差

立體成像三要素光源采集器景物三者的相互位置和運(yùn)動(dòng)情況

不同立體成像方式的特點(diǎn)

雙目成像模型：由兩個(gè)單目成像模型組合而成

基線(xiàn)雙目成像攝象機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)和世界坐標(biāo)系統(tǒng)重合象平面與世界坐標(biāo)系統(tǒng)的XY平面也是平行兩個(gè)鏡頭中心間的連線(xiàn)稱(chēng)為系統(tǒng)的基線(xiàn)B

雙目成像視差

D為視差雙目成像物距與視差的關(guān)系λ=0.05m，B=0.2mD=0.01m,Z=-0.95mD=0.1m,Z=-0.05m

近處的立體視覺(jué)比較強(qiáng)深度圖采集深度信息獲取方法基于飛行時(shí)間的深度圖獲取基于幅度調(diào)制波相位差的深度圖獲取結(jié)構(gòu)光獲取深度信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)深度與成像高度

深度圖采集深度信息獲取方法基于飛行時(shí)間的深度圖獲取

采用雷達(dá)測(cè)距的原理，測(cè)量光波從光源發(fā)出 經(jīng)被測(cè)物反射后回到傳感器所需的時(shí)間

基于飛行時(shí)間（timeofflight）的深度圖獲取一般使用點(diǎn)源，所以也稱(chēng)飛點(diǎn)法

測(cè)距的關(guān)鍵是精確地測(cè)量時(shí)間

如果要求空間距離分辨率為0.001m，則時(shí)間 分辨率要達(dá)到66

10–13s深度圖采集深度信息獲取方法基于幅度調(diào)制波相位差的深度圖獲取

深度圖采集結(jié)構(gòu)光獲取深度信息

利用照明中的幾何信息結(jié)構(gòu)光測(cè)距成像系統(tǒng)攝像機(jī)光源借助三角原理得到深度圖像

深度圖采集

光源成像圖鷹眼技術(shù)鷹眼技術(shù)：八部分辨率極高的快速黑白攝像機(jī)被安置在球場(chǎng)周?chē)Ｇ虻奈恢茫河密浖?duì)球場(chǎng)的各條邊線(xiàn)進(jìn)行校準(zhǔn)，使得網(wǎng)球運(yùn)行的軌跡被各部攝像機(jī)捕捉到后，能夠通過(guò)畫(huà)面呈現(xiàn)。采用3D技術(shù)來(lái)模擬網(wǎng)球，成像的依據(jù)是三部被架設(shè)計(jì)在“邊角位置”上的攝像機(jī)捕捉到的素材。影響生成過(guò)程：以2000楨/秒的速度從每部攝像機(jī)中索取影像，并傳輸給主控電腦。每楨畫(huà)面經(jīng)校準(zhǔn)后，確定網(wǎng)球的運(yùn)行路線(xiàn)，并且計(jì)算出球沿此軌跡運(yùn)行的落地彈跳點(diǎn)，保證誤差控制在3毫米以?xún)?nèi)。采樣和量化數(shù)字圖像空間離散化：采樣幅度離散化：量化表達(dá)圖像所需的數(shù)據(jù)量空間分辨率幅度分辨率計(jì)算公式

采樣和量化數(shù)字圖像空間離散化：采樣幅度離散化：量化

采樣和量化表達(dá)圖像所需的數(shù)據(jù)量空間分辨率:M×N幅度分辨率：G（f∈G）

數(shù)字圖像

圖像（水平）尺寸M：

圖像（垂直）尺寸N：

象素灰度級(jí)數(shù)G(k-bit)： 圖像所需的比特?cái)?shù)b：采樣和量化圖像質(zhì)量與數(shù)據(jù)量采樣級(jí)數(shù)的影響量化級(jí)數(shù)的影響兩者的綜合作用采樣級(jí)數(shù)的影響512*512512*512256*256128*12864*6432*3218*18量化級(jí)數(shù)的影響

256級(jí)64級(jí)16級(jí)8級(jí)4級(jí)2級(jí)兩者的綜合作用僅減少空間分辨率，圖中各區(qū)域的邊緣處看到棋盤(pán)模式，并在全圖看到像素粒子變粗的現(xiàn)象僅減小灰度級(jí)數(shù)，達(dá)到一定程度，會(huì)出現(xiàn)虛假輪廓同時(shí)減小空間分辨率和灰度級(jí)數(shù)，圖像質(zhì)量的退化比單獨(dú)變化空間分辨率或灰度級(jí)時(shí)要更快。圖像映射技術(shù)改善視覺(jué)效果映射：改變像素灰度，將(x,y)處的灰度f(wàn)映射為g

映射規(guī)則

1.

圖像求反 將原圖灰度值翻轉(zhuǎn) 2.

增強(qiáng)對(duì)比度 增強(qiáng)原圖各部分之間的反差

圖像映射映射：將f(x,y)中的每個(gè)像素灰度按EH

操作直接變換以得到g(x,y)

變換函數(shù)圖像映射色彩映射

映射(黑紅黃白)的效果圖像灰度映射映射：變換函數(shù)圖像求反圖像灰度映射映射：變換函數(shù)增強(qiáng)對(duì)比度圖像灰度映射映射：變換函數(shù)

變換函數(shù)表達(dá)式：課堂練習(xí)試給出：把灰度范圍[0,10）伸長(zhǎng)為[0,15），把范圍[10,20）移到[15,25），并把范圍[20,30]壓縮為[25,30]的變換方程。試給出把灰度范圍[0,10）伸長(zhǎng)為[0,15），把范圍[10,20）移到[15,25），并把范圍[20,30]壓縮為[25,30]的變換方程。設(shè)原灰度值為r，灰度分段線(xiàn)性變換后為z。3.對(duì)數(shù)變換c是常數(shù)

有時(shí)原圖的動(dòng)態(tài)范圍太大，超出某些顯示設(shè)備的允許的動(dòng)態(tài)范圍，如直接使用原圖，則一部分細(xì)節(jié)可能丟失。解決辦法是對(duì)原圖進(jìn)行灰度壓縮，使用對(duì)數(shù)變換。對(duì)數(shù)變換：s=clog(1+r)r≥03.對(duì)數(shù)變換c是常數(shù)

有時(shí)原圖的動(dòng)態(tài)范圍太大，超出某些顯示設(shè)備的允許的動(dòng)態(tài)范圍，如直接使用原圖，則一部分細(xì)節(jié)可能丟失。解決辦法是對(duì)原圖進(jìn)行灰度壓縮，如對(duì)數(shù)變換。對(duì)數(shù)變換：s=clog(1+r)r≥0ab(a)傅里葉頻譜,(b)取c=1,應(yīng)用了對(duì)數(shù)變換的結(jié)果作用：用來(lái)擴(kuò)展被壓縮的高值圖像中的暗像素。不過(guò)在很大程度上壓縮了圖像像素的動(dòng)態(tài)范圍。具體應(yīng)用是縮小傅氏變換的頻譜范圍。4.冪次變換冪次變換：s=crγc和γ

是正常數(shù)γ<1提高灰度級(jí)，在正比函數(shù)上方，使圖像變亮γ>1降低灰度級(jí)，在正比函數(shù)下方，使圖像變暗例：人體胸上部脊椎骨折的核磁共振圖像γ<1提高灰度級(jí)，使圖像變亮。c=1,γ=0.6,0.4,0.3γ

=0.4增強(qiáng)效果最好用冪次變換進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)4.冪次變換γ=5

例：航空地面圖像

γ>1降低灰度級(jí)，使圖像變暗c=1,γ

=3,4,5

γ=3

√γ=4

√4.冪次變換圖像的γ校正

數(shù)字圖像信息的獲取通常都是通過(guò)光電傳感器(如：CCD)來(lái)完成的。但是，由于傳感器的輸入輸出特性不是線(xiàn)性的。所以，如果不進(jìn)行校正處理的話(huà)，將無(wú)法得到好的圖像效果。

（同理，加洗照片不對(duì)顏色進(jìn)行校正配準(zhǔn)，效果都會(huì)略差一些）光電傳感器的輸入輸出特性設(shè)CCD的輸入（入射光強(qiáng)度）為L(zhǎng)，輸出（電流強(qiáng)度）為I，則有：當(dāng)我們得到信號(hào)I之后，必須對(duì)其進(jìn)行校正，使得后面處理的信息為L(zhǎng)或估計(jì)的近似L。圖像的γ校正γ校正方法圖像的γ校正實(shí)際中γ值的確定方法通常CCD的γ值在0.4~0.8之間。根據(jù)畫(huà)面對(duì)比度的觀察與分析，可以大致得到該設(shè)備的γ值（或依據(jù)設(shè)備的參考γ值）。46999546866808789507595801399821373360646820529260如果不進(jìn)行校正的話(huà)，會(huì)有11/25=44%的數(shù)據(jù)畸變嚴(yán)重。從上面的數(shù)據(jù)規(guī)律可以看出，會(huì)導(dǎo)致對(duì)比度的減小。圖像的γ校正光照強(qiáng)度未經(jīng)矯正的輸出值469995468668087895075958013999213633606569205292601399821373360646820529260γ=0.4校正后的誤差為計(jì)算誤差，是不得已的，可忽略的誤差圖像的γ校正γ=0.4矯正前矯正后光照強(qiáng)度圖像的γ校正5.位圖切割位平面切片位圖切割：設(shè)圖像每一個(gè)像素用8bits來(lái)表示，假想圖像由8個(gè)1bit平面組成，其范圍從最低的0平面到最高的位平面7。（位平面分割）：對(duì)圖像特定位提高其亮度的仍可提高圖像質(zhì)量。例：可設(shè)一個(gè)灰度值變函數(shù)，獲得位平面7的二值圖像（0-127→0，128-255→255）位面：將一幅圖中灰度值的每個(gè)bit看作一個(gè)二值的位面位圖切割作用：通過(guò)對(duì)特定位提高亮度，改善圖像質(zhì)量較高位（如前4位）包含大多數(shù)視覺(jué)重要數(shù)據(jù)較低位（如后4位）對(duì)圖像中的微小細(xì)節(jié)有作用分解為位平面，可以分析每一位在圖像中的相對(duì)重要性位圖切割一幅8比特分形圖像位圖切割1、圖象求反 2、增強(qiáng)對(duì)比度3、動(dòng)態(tài)范圍壓縮(對(duì)比拉伸) 4、灰度切割典型灰度映射用直接映射增強(qiáng)圖像6.直方圖均衡化借助直方圖的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)映射統(tǒng)計(jì)直方圖

1個(gè)1-D的離散函數(shù)，二維圖像的一維統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)直方圖提供了原圖的灰度值分布情況直方圖設(shè)置一個(gè)有L個(gè)元素的數(shù)組對(duì)原圖的灰度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)

6.直方圖均衡化①灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置,即丟失了像素的位置信息。②一幅圖像對(duì)應(yīng)唯一的灰度直方圖，反之不成立。不同的圖像可對(duì)應(yīng)相同的直方圖。③一幅圖像分成多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的直方圖之和即為原圖像的直方圖。6.直方圖均衡化直方圖的性質(zhì)圖像的視覺(jué)效果和其直方圖有對(duì)應(yīng)關(guān)系

6.直方圖均衡化圖像的視覺(jué)效果和其直方圖有對(duì)應(yīng)關(guān)系

6.直方圖均衡化均衡化基本思想變換原始圖的直方圖為均勻分布增加像素灰度值的動(dòng)態(tài)范圍從而增強(qiáng)圖像整體對(duì)比度。6.直方圖均衡化增強(qiáng)函數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足的兩個(gè)條件

（1）單值單增函數(shù)

g=E（f）0≤f≤L-1（2）變換前后灰度值動(dòng)態(tài)范圍一致

0≤f≤L-1

0≤g≤L-1累積直方圖6.直方圖均衡化改變直方圖需要一個(gè)增強(qiáng)函數(shù)6.直方圖均衡化6.直方圖均衡化7.直方圖規(guī)定化

將原始圖直方圖轉(zhuǎn)換為期望直方圖

直方圖均衡化：自動(dòng)增強(qiáng)效果不宜控制直方圖規(guī)定化：有選擇的增強(qiáng)給定需要的直方圖7.直方圖規(guī)定化

將原始圖直方圖轉(zhuǎn)換為期望直方圖原理和步驟 1.對(duì)原始圖的直方圖進(jìn)行灰度均衡化

2.規(guī)定需要的直方圖：計(jì)算能使規(guī)定的直方圖均衡化的變換

3.將原始直方圖對(duì)應(yīng)映射到規(guī)定直方圖

7.直方圖規(guī)定化直方圖規(guī)定化計(jì)算

7.直方圖規(guī)定化對(duì)應(yīng)規(guī)則單映射規(guī)則組映射規(guī)