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1、摄影摄像与图像处理,观察、认识、获取和处理图像 发现世界的美好 培养生活的情趣掌握必要的技能,第一章绪论,One picture is worth more than ten thousand words,人类从外界获得的信息约有75%来自视觉系统,picture：图象 Image：图像Photo：照片 我们介绍的图像是基于照片的图像，理解这些图像的获取过程、质量评价并努力改善之。,本课程的主要内容,认识相机了解人眼的视觉特点了解摄影的基本技艺并掌握重要的核心内容根据视觉特点与图像增强的原理，用Photoshop进行图像处理,相机与成像,照相机：就是一个不透光的盒子。是用感光材料反景物拍摄下来
2、的摄影器材。它的发明经历了漫长的岁月。我国对光和影像的研究，有着十分悠久的历史。早在公元前四百多年，我国的墨经一书就详细记载了光的直线前进、光的反射，以及平面镜、凹面镜、凸面镜的成像现象。到了宋代，在沈括所著的梦溪笔谈（1031至1095年）一书中，还详细叙述了“小孔成像匣”的原理。,在16世纪文艺复兴时期，欧洲出现了供绘画用的“成像暗箱”。在17，18世纪的欧洲，许多画家用暗箱来帮助他们绘制风光、建筑甚至肖像。一个典型的暗箱非常象现代的单镜头反光照相机。光线由镜头进入，在箱内经过一块镜子的反射，在上面的磨砂玻璃屏上呈现左右颠倒的实像。画家就是把一张很薄的纸铺在磨砂屏上，描下图形，以求达到最真
3、实的透视效果。,1839年法国画家达盖尔(Daguerre)发明了银版摄影法。同时，出现了世界上第一台真正的照相机。这是一台装有新月型透镜的伸缩木箱照相机,1900年美国生产了一台巨大的相机。芝加哥和沃顿铁道公司为了给他们新生产的豪华列车照一张完美的相片，定制了这架名叫“Mammoth”的相机。这架相机重达1，400磅，用500磅重的玻璃干板（感光材料），它的操作小组通常有15人；运输时需要一台专门设计的列车；拍出的4.5*8英尺照片一次需要用10加仑显影液。Mammoth只使用过一次，就从摄影史上消失了。,1888年，美国柯达公司的乔治.伊斯曼(George Eastman)发明了将卤化银乳
4、剂 均匀涂布在明胶基片上的新型感光材料-胶卷。同年，柯达公司推出了世界上第 一台装胶卷的照相机-柯达1号柯达公司以25美元的价格出售装好胶卷的相机。使用者拍完100张胶片，把相机寄回柯达公司，在那里胶卷被取出来并加工为照片。第一卷是免费加工的，为了得到第二卷胶片，使用者要寄给柯达公司10美元，就可以收到装好胶卷的相机，这钱还包括第二卷的加工费。,1913年，德国莱茈公司的巴纳克(Barnack)为测试电影胶片的感光度而试制了一 台小型相机-莱卡U型。这是世界上第一台使用35毫米胶片的相机，为摄影史拉开了新的一页。,莱卡I型-现代相机的鼻祖,旁轴相机双镜头反光相机单镜头反光相机,海鸥58-I-第
5、一台国产相机,海鸥4型双反相机-国产第一台120相机,凤凰DN66,美能达700SI,第一台数码相机,索尼在1981年推出的MAVICA数码相机试制机型,背面图使用软盘作为存储介质，无液晶屏幕,富士在1988年推出的DS-1P是一款使用了数字化存储媒体的产品具有专门的存储卡。,富士在1989年推出的DS-X首款被批量生产的数码相机产品,1992年卡西欧宣布数码相机将配备液晶显示屏，并且计划推出QV-10时展示的一款模型产品,卡西欧1991年推出的DC-90 这是后来推出QV-10的试验机型，一共制造了两台，一台叫做“热子”，另一台叫做“重子”主要是从发热量和重量的角度来命名的,这是非常有历史意
6、义的卡西欧QV-10，在1995年推出，具有液晶显示屏幕，镜头部分可以转动，很受欢迎。售价为65000日元，约合人民币4100元,索尼首次推出的普及型数码相机cybershot F1，这也是后来索尼比较知名的F88等机型的始祖。这种机身结构是一个相当经典的设计,宾得EI-C90，1997年推出的一款机型，液晶屏幕是可以拆卸的,奥林巴斯CAMEDIA C-1400L，1997年推出的一款数码单反相机，不过只有140万像素,上图是两款佳能的数码单反，分别是EOS D2000和EOS D6000，是佳能在1998年推出的。机身采用了佳能EOS 1N胶片单反。,尼康的E-3，是尼康1998年推出的具有
7、140万像素的数码单反相机,F505，索尼在1999年推出的一款cybershot数码相机产品，采用了弯折式机身设计。在后来的F707,F717上这一设计很受欢迎,尼康D系列始祖D1，1999年推出，售价65万日元，大约人民币4万元,1999年富士还推出了内置打印功能的FinPix PR21,索尼CD1000，2000年推出的使用CD-R盘片作为存储介质的数码相机,使用容量为120MB的超级软盘存储的松下RQ132S。2000年推出,早期的一些专业数码相机,目前的一些高端相机,徕卡中画幅数码单反S2 2009年7月31日，徕卡公司公布去年9月发布的自动对焦中画幅DSLRS2 定于今年10月开始
8、销售,徕卡S2具有自动对焦功能，定位于专业用户。其采用了3700万像素的30 x45mm光学传感器(传感器面积比全画幅还要大56%)，机身背面采用46万像素3.0英寸液晶显示器。徕卡S2的“S”体统利用全新的双快门技术，能够达到镜头叶片与高速闪光同步的速度(机身快门最高速度 1/4000秒)。支持DNG文件格式和SD卡/CF卡存储格式。并具有防水防尘特点。,Leica S2 Black，售价折合人民币179800元Leica S2-P Black(白金版)，售价折合人民币214600SUMMARIT-S 1:2.5/70 ASPH，售价折合人民币34800元SUMMARIT-S 1:2.5/7
9、0 ASPH CS，售价折合人民币45240APO-TELE-ELMAR-S 1:3.5/180，售价折合人民币51040元APO-TELE-ELMAR-S 1:3.5/180 CS，售价折合人民币58000APO-MACRO-SUMMARIT-S 1:2.5/120，售价51040APO-MACRO-SUMMARIT-S 1:2.5/120 CS，售价58000元SUMMARIT-S 1:2.5/35 ASPH，售价40600元SUMMARIT-S 1:2.5/35 ASPH CS，售价47560元Multifunction handgrip S(电池手柄)，售价9565元,哈苏H3DII-
10、50,198990元,感光器件CCD有效像素（万）5000最高分辨率（dpi）54127212传感器尺寸3648mm,相机的组成部分,镜头取景器光圈快门测光组件感光系统,镜头的作用：让景物在焦点平面位置（感光片上）形成清晰的影像。镜头成像原理：凸透镜聚光成像。取景器：观察被摄景物的装置。作用有3个。一是观察被摄景物；二是用于界定被摄景物的范围；三是用来确定对景物的取舍和安排画面的布局。,物距被摄物体至镜头中心的距离；像距镜头中心至所成影像间的距离。焦距：焦距由镜头中心到焦点的距离。来自无限远处的平行光线，经过镜头的折射，在镜头主轴上聚成一个清晰的点。这个点就是焦点。焦距长，成像大；焦距短，成像
11、小。镜头焦距增加，感光片所在位置获得的光量减少。（光的传播特性：传播距离增加，则光的亮度减弱）镜头通光量与光束直径成正比，与焦距成反比,光圈：能根据外界光线变化来调节通光孔大小的装置。现代相机光圈口径是可变的。可变的口径叫“相对口径”。大小用系数表示。有效口径：镜头的最大相对口径或称镜头的感光力(镜头最大通光能力)，它决定着镜头成像的明亮程度。它的比值越大，感光力越强。相对口径：可变的镜头口径。大小用f表示。f系数=焦距相对口径。光圈的两重作用：控制曝光量。控制景深范围。光圈越小，景深越大。,相机快门：控制曝光时间的装置。作用：控制光线在感光片上停留时间长短；抓取被摄对象的动态，使动体“凝固”
12、或使被摄体产生动感。相机快门分类：按构造和操作方式不同分3类。一是机械式。镜间快门；焦平快门。优缺点主要反映在快门速度和拍摄动体的变形上。二是电子式。三是程序式。焦平快门所带来的闪光同步速度的限制。在使用闪光灯时不能达到很高的快门速度。如快门速度太高，拍摄高速动体时会出现影像变形情况。,对焦（测距）：根据被摄景物远近调整镜头中心至感光片之间的距离。利用共轭关系原理。对焦方式：（1）连动测距式。（2）反光式。（3）后部磨砂玻璃式。（4）自动式。电子视测。超声波系统。红外线。眼控。,早期的相机是没有测光系统的，一般都是估计测光或者使用外置测光表，然后发展到了机身搭载测光表的方式，这种做法相当的不准
13、确，因为测光表所测到的读数只是它自己感受到的光量，而并非从镜头进入的光亮，随着电子技术的发展，CdS(硫化镉)测光元件已经可以缩小到装在机身里面的地步之后，终于出现了TTL(though the len，通过镜头)测光技术，由于是直接测量的镜头收集到的光线，测光的准确度大大提高了,感光材料,要获得凝固的图像，需要采用一些感光材料来记录照射的能量胶片CCD charge-coupled deviceCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor),图像传感器(a)单个图像传感器(b)线状图像传感器(c)传感器阵列,图像传感器元件(a)CCD图像传感器(b
14、)CMOS图像传感器及附件,传感器阵列成像,嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像(局部),第二章 认识图像与视觉特点,数码彩色图像的成像 三基色原理与混色人类视觉特点,（1）灰度图象(gray-scale),（2）二值图象（binary）,（3）彩色及多光谱图象(color),对于彩色图像：用三基色分别进行表示,图像形成模型,入射分量和反射分量,透射时用透射函数代替反射函数,i(x，y)的典型值：在晴朗的白天，太阳在地球表面产生的照度超过90 000lm/m2。在有云的情况下这个数值下降到10 000lm/m2，在晴朗的夜晚，满月的情况下大约为0.1lm/m2的照度。r(x，y)的典型值：黑天鹅绒
15、为0.01，不锈钢为0.65，白色墙为0.80，镀银金属为0.90，雪为0.93。,三基色原理,RGB与CMY(CMYK)1.相加混色与RGB空间混色法时间混色法生理混色法,红色+绿色=黄色 绿色+蓝色=青色 红色+蓝色=品红 红色+绿色+蓝色=白色,黄色、青色、品红都是由两种颜色相混合而成，所以它们又称相加二次色。另外：红色+青色=白色 绿色+品红=白色 蓝色+黄色=白色,当两种光按照适当比例混合得到白光时，称这两种光为互补光。所以青色、黄色、品红分别又是红色、蓝色、绿色的补色。,如果我们用相同强度的三基色混合时，假设得到白光的强度为100%，这时候人的主观感受是，绿光最亮，红光次之，蓝光最
16、弱。如果用Y表示景物的亮度，则通常有：,可以方便的将一幅彩色图像分解为三幅分别表示红、绿、蓝三色通道的图像,2.相减混色与CMY(CMYK)印刷机或彩色打印机就只能使用一些能够吸收特定的光波而反射其他光波的油墨或颜料，只能使用减色模型。油墨或颜料的3基色是青(Cyan)、品红(Magenta)和黄(Yellow)，简称为CMY 用等量的CMY三基色得到的黑色往往浓度不够，因此在印刷术中常加一种真正的黑色(black ink)，所以CMY又写成CMYK。,白色-红色=青色 白色-绿色=品红 白色-蓝色=黄色,颜料(青色+黄色)=白色-红色-蓝色=绿色 颜料(青色+品红)=白色-红色-绿色=蓝色
17、颜料(黄色+品红)=白色-蓝色-绿色=红色,(青色+黄色+品红)=白色-红色-蓝色-绿色=黑色,青色通道 品红通道 黄色通道 黑色通道,彩色三要素可用色调(色相)、亮度和饱和度三个物理量来描述色光，称为彩色三要素。色调和饱和度又称为色度。叫做HLS(色调、亮度、饱和度)原理。HLS是Hue(色调)、Luminance(亮度)、Saturation(饱和度)三个单词的首字母,色彩模型,RGB模型,CMY模型,HSI模型色调(Hue，也叫色相)、饱和度(Saturation或Chroma)和强度(Intensity或Brightness),数字图像,计算机中记录的图像都是离散的数字图像包括很多个点
18、，pixel每个点同时记录了红、绿、蓝三色三基色的幅值一般为0255,图像处理及应用,图像处理的应用,视觉特点,人眼的构造与基本作用,眼睛的基本构造,600万700万个锥状细胞，并集中分布在视轴和视网膜相交点附近的黄斑区内。锥状细胞的体积小且每个锥状细胞都连接一个神经末梢，因此，黄斑区对光有较高的分辨力，能充分识别图像的细节。锥状细胞既可以分辨光的强弱，也可以辨别色彩，光线充足时的视觉过程主要靠锥状细胞来完成，所以锥状视觉又称白昼视觉。其作用相当于数码相机中的电荷耦合元件CCD(charge-coupled device)。,7600万15000万个杆状细胞。体积大、数目多。由于它广泛分布在整
19、个视网膜表面上，并且若干个杆状细胞同时连接在一根神经上，因此，这条神经只能感受多个杆状细胞的平均光刺激，使得在这些区域的视觉分辨力显著下降，因此无法辨别图像中的细微差别，而只能感知视野中景物的总的形象,人眼视觉属性,人眼视觉范围,视觉分辨力,人眼的视觉分辨力,对比灵敏度、亮度辨别与亮度感觉,图像对比度是图像中最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之比。即,它表示图像中最大亮度与最小亮度相比的倍数。相对对比度Cr是图像中最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之差同Bmin之比。即,人眼分辨力与相对对比度的关系(a)相对对比度实验,Ic/I(实际就是相对对比度)称为韦伯比其中Ic是在背景照明为I的情况下可
20、辨别照明增量的50。Ic/I的大小意味着可辨别强度较小的百分比变化，当Ic/I值较小时表示亮度辨别能力好，反之，表示亮度辨别能力较差。,相对对比度结果曲线,如果背景照明保持恒定，并且代替闪光的其他光源的亮度从不能觉察到总可以被觉察间逐渐变化，一般观察者可以辨别总共12到24级不同强度变化。并不意味着一幅图像可以用这样小的强度数值来表现，因为当眼睛扫视图像时，平均背景在变化，这样，允许在每个新的适应水平上检测不同的增量变化。最后结果是眼睛能够辨别很宽的全部强度范围。,人眼感觉的亮度区域并不是简单地取决于光线的强度,同时对比现象,图2.6 马赫带效应,色觉,正常人能感受的色觉光谱范围约从420nm
21、到790nm，呈现在人的视觉中为紫色到红色，其间大约可以区别出16个色调。它们从长波一端向短波一端的顺序是：红色(700nm)，橙色(620nm)，黄色(580nm)，绿色(510nm)，蓝色(470nm)，紫色(420nm)等。此外，人眼还能在上述每两个相邻颜色范围的过渡区看到各种中间颜色。只要可见光的波长相差35nm，人眼即可分辨出来,物体可分为消色物体和有色物体,消色物体指黑、白、灰色物体，它对照明光线具有非选择性吸收的特性；其光谱成分也与入射光的光谱成分相同，如果用白色光照亮消色物体，则物体对观察者来说显示为白色，但是这种白色又与它的强度大小有关，用灰度级来描述单色光的强度，即从黑到灰
22、，最后到白。当有色光照射到消色物体上时，物体反射光颜色与入射光颜色相同。物体颜色呈加色法效应,有色物体指对照明光线具有选择性吸收特性的物体，即光线照射到有色物体上时，入射光中各种波长的色光不是等量的被吸收，有的被吸收得多，有的被吸收得少。白光照射到有色物体上，其反射或透射的光线与入射光线相比，在亮度减弱的同时，光谱成分也将改变，因而不再呈现白色，而是呈现出各种不同的颜色，比如用白光照到红色物体上时，该物体呈现红色。物体的颜色呈减色法效应 减色法常用CMYK模型表示,视觉适应性,明暗适应颜色适应距离适应,第3章 相机基本知识,一些术语,有效像素数：Effective Pixels 最高分辨率：p
23、pi、dpi及AAAXBBB变焦：光学变焦、数字变焦焦距：f=8-24mm，38-115mm(35mm equivalent)，广角，长焦LCD：,光圈：英文名称为Aperture。完整的光圈值系列如下：F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44，F64。上一级的进光量刚是下一级的二倍 曝光：英文名称为Exposure。包括：快门优先、光圈优先、手动曝光、AE锁等模式快门速度：与光圈组合形成各种效果,手动曝光模式：AE模式：全称为Auto Exposure。测光：多点、单点、平均、重点、区域曝光补偿：前后景反差大，雪地、逆光白平衡：自动、场景、
24、自定义色温：5400K，6500K，9300K,常见白平衡设定,钨丝灯所发出的光由于色温较低表现为黄色调，不同的路灯也会发出不同颜色的光，天然气的火焰是蓝色的，原因是色温较高。万里无云的蓝天的色温约为10000 K，阴天约为70009000 K，晴天日光直射下的色温约为6000 K，日出或日落时的色温约为2000 K，烛光的色温约为1000 K,1700 K:火柴光1850 K:蜡烛2800 K:钨灯(白炽灯)3350 K:演播室灯4100 K:月光5000 K:日光5500 K:电子闪光5770 K:有效太阳温度6420 K:氙弧灯6500 K:日光,白平衡，字面上的理解是白色的平衡。那什么
25、是白色?在了解白平衡之前还要搞清另一个非常重要的概念色温。所谓色温，简而言之，就是定量地以开尔文温度(K)来表示色彩,景深：景物清晰的范围 感光度：表示感光材料感光快慢的数值。负片：能够获得负性记录的感光胶片。反差：黑白（或色彩）对比关系的差异程度,层次：照片中从高调到暗调这一范围内密度变化的速率宽容度：正确再现景物亮度差异前提下允许曝光量变化范围的数值 偏光镜：滤除偏振光柔光镜：使光线变得柔和,数码相机分类,根据数码相机最常用的用途可以简单分为：单反相机，卡片相机，长焦相机和家用相机。单反数码相机指的是单镜头反光数码相机，这是单反相机与其它数码相机的主要区别。卡片数码相机并没有明确的概念，仅
26、指那些小巧的外形、相对较轻的机身以及超薄时尚的设计的小相机。长焦数码相机指的是具有较大光学变焦倍数的机型。家用机定义不是很清楚，一般对成像没有特别高的要求，主要用来拍摄人物的都可称作家用机。,单反相机,单反数码相机指的是单镜头反光数码相机，即Digital数码、Single单独、Lens镜头、Reflex反光的英文缩写DSLR。目前市面上常见的单反数码相机品牌有：尼康、佳能、宾得、富士、索尼等。主要特点：可以交换不同规格的镜头；都定位于数码相机中的高端产品，感光元件远远大于普通数码相机，每个像素点也就能表现出更加细致的亮度和色彩范围,卡片数码相机,优点：时尚的外观、大屏幕液晶屏、小巧纤薄的机身
27、，操作便捷。缺点：手动功能相对薄弱、超大的液晶显示屏耗电量较大、镜头性能较差。,长焦数码相机,代表机型为：美能达Z系列、松下FX系列、富士S系列、柯达DX系列等。长焦数码相机主要特点和望远镜的原理相似，通过镜头内部镜片的移动而改变焦距。当我们拍摄远处的景物或者是被拍摄者不希望被打扰时，长焦的好处就发挥出来了。另外焦距越长则景深越浅,索尼NEX-5C,复古相机富士X100,理光CX2,徕卡M9 7750美元,数码相机常用配件,接环 滤镜 附加镜 三脚架/独脚架 摄影包 清洁工具 快门线 遮光罩 闪光灯存储卡,相机的组成部分,镜头取景器光圈快门测光组件感光系统,（三）相机的基本知识,镜头的作用：让
28、景物在焦点平面位置（感光片上）形成清晰的影像。镜头成像原理：凸透镜聚光成像。取景器：观察被摄景物的装置。作用：一是观察被摄景物；二是用于界定被摄景物的范围；三是用来确定对景物的取舍和安排画面的布局。,适马APO 70-200mm F2.8 EX DG OS HSM镜头,适马8-16mm F4.5-5.6 DC HSM镜头,佳能百微,100mm微距镜头EF 100mm f/2.8L IS USM MACRO,尼康AF70-300mm F/4.5-5.6G,物距被摄物体至镜头中心的距离；像距镜头中心至所成影像间的距离。焦距：由镜头中心到焦点的距离。来自无限远处的平行光线，经过镜头的折射，在镜头主轴
29、上聚成一个清晰的点。这个点就是焦点。焦距长，成像大；焦距短，成像小。镜头焦距增加，感光片所在位置获得的光量减少。（光的传播特性：传播距离增加，则光的亮度减弱）镜头通光量与光束直径成正比，与焦距成反比,光圈：能根据外界光线变化来调节通光孔大小的装置。英文名称为Aperture。完整的光圈值系列如下：F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44，F64。上一级的进光量刚是下一级的二倍 光圈的两重作用：控制曝光量。控制景深范围。光圈越小，景深越大。,景深：影像相对清晰的范围。景深的长短取决于三个因素：镜头焦距、相机与拍摄对象的距离、所用的光圈。景深与以
30、上三者的关系是：焦距越长，景深越短；焦距越短，景深越长距离越近，景深越短，距离越远，景深越长光圈越大，景深越短，光圈越小，景深越长,相机快门：控制曝光时间的装置。快门的标法为：1 2 4 8 15 30 60 125 250 500 1000 2000 4000 8000，实际速度为所标数字的倒数。相信两级快门速度的日光量相关一倍，“B”门或“T”门为慢门；作用：控制光线在感光片上停留时间长短；抓取被摄对象的动态，使动体“凝固”或使被摄体产生动感。快门速度：与光圈组合形成各种效果,曝光补偿：前后景反差大，雪地、逆光白平衡：自动、场景、自定义色温：5400K，6500K，9300K景深：景物清晰
31、的范围 感光度：表示感光材料感光快慢的数值。层次：照片中从高调到暗调这一范围内密度变化的速率偏光镜：只允许一个极化方向的光通过柔光镜：柔化光线,有效像素数：Effective Pixels最高分辨率：ppi、dpi及AAAXBBB变焦：光学变焦、数字变焦焦距：f=8-24mm，38-15mm(35mm equivalent)，广角，长焦LCD：液晶显示器,其他概念,相机基本概念及操作,1.镜头 镜头的分类：标准镜头：镜头焦距与底片对角线基本相等，视角接近人眼的视角，大约在50度。短焦距镜头（广角镜头）：镜头焦距小于底片对角线的镜头，其视角大于人眼视角。广角镜头的视角在70度至90度长焦距镜头（
32、望远镜头）：镜头焦距大于底片对角线的镜头，其视角小于人眼视角。超广角镜头的视角在100度至135度；视角超过135度的称鱼眼镜头。一般说来视角约为180度。,焦距由镜头中心到焦点的距离。来自无限远处的平行光线，经过镜头的折射，在镜头主轴上聚成一个清晰的点。这个点就是焦点。135相机标准镜头焦距为35-50；长焦镜头的焦距为50以上（80；200mm）；广角镜头焦距（35以下；28）有35、28、24、20；超广角镜头焦距有17、14；鱼眼镜头焦距有9、7.5。,长焦的作用：(望远镜头)一是用于远距离拍摄，另外在新闻摄影“偷拍”或抓拍时，和被拍摄对象可以保持较远距离，以免惊动被拍摄者，能抓取自然
33、、生动的形象。,广角镜头优点：视角大、拍摄范围广，可以在较近距离内拍摄大场面，还能夸张纵深感。缺点：拍摄时，景物的近大远小现象会有所夸张，变形也严重。,变焦距镜头：镜头的焦距可根据拍摄需要，在一范围内变动。原理是在镜头中间装有一组能活动的镜片，用变焦环来控制。一般就先调焦后变焦,微距镜头：就近距离拍摄小物体的需要面设计的，可以拍出与原物大小或比原物还大些的影像。用于翻拍小物体或小影像，或拍局部细节。,2.曝光控制曝光：来自被摄物体的光线，通过照相机的镜头会聚成影像，落在胶片的感光乳剂层上，引起光化学效应生成潜影，这就是摄影的感光，也叫曝光。曝光不足 不能正确纪录景物暗的部位的影纹；曝光过渡不能
34、正确纪录景物明亮部位的影纹。曝光量与通过镜头的光线的多少和光线在底片上停留的时间（即快门控制）的乘积成正比。曝光公式：E（曝光量）I（光照度）*（停留时间）I值可以用光圈F来代替运算,影响感光的因素有4点：1）感光片的感光度（首要因素，感光度是感光 片对光线敏感程度的标定）；2）光线变化（包括5点：光线的照射方向、一天 中时间的变化、天气的变化、季节的变化、地 域的变化）；3）景物本身的反射能力；4）滤光镜的因数（如果加滤光镜）；5）倒易率的影响。（快门速度过快或过慢）,内置测光（TTL）系统的测光方式有5种测光：多点、单点、平均、重点、区域1）平均测光式（将取景范围内的景物亮度进行平均，不分
35、主次。在景物亮度平均时或相关不大时，这种测光方式能保证曝光正确，如主体与背景间亮度差异太大，则会使主体曝光出现误差。2）重点测光式（对主体的主要部位进行测光，保证不管在何种光线条件下或无论主体与背景亮度差异如何，主体能获得正确曝光）；,中央重点测光式（在取景器中央部位有一圆圈，但范围较大，能保证主体的正确曝光，但应注意 取景的变化，避免总是把主体放在画面的正中央 的机械均衡式的构图）；3）矩阵测光式（又称分区测光式/区域测光）；4）多点测光式。5）单点测光,自动曝光模式：P、S、A和M模式模式P（程序自动）：相机自动调整快门速度和光圈以获得最佳曝光模式S（快门优先自动）：用户选择快门速度；相机
36、选择光圈以达到最佳效果（Tv模式）模式A（光圈优先自动）：用户选择光圈；相机选择快门速度以达到最佳效果（Av模式）模式M（手动）：用户控制快门速度和光圈感光度优先模式A-DEP模式：自动获取大景深的模式,全自动曝光模式（同时考虑景深、快门、白平衡、色彩饱和度等）场景模式：人像：拍摄具有柔焦背景效果的人像。风景：保持风景照中的细节 近摄：为花朵、昆虫和其他细小物体拍摄生 动的特写照片 运动：在动态运动拍摄中定格动作 夜间人像：拍摄微暗背景下的人像。推荐使用 三脚架以避免由于光线不足而产生的模糊。,3.景深：景深：调焦过程中，对焦物体前后形成了一个清晰区域，这个清晰区域的范围就是景深范围，这种现象
37、叫景深现象。（影像相对清晰的范围。）景深的长短取决于三个因素：镜头焦距、相机与拍摄对象的距离、所用的光圈。景深与以上三者的关系是：焦距越长，景深越短；焦距越短，景深越长 距离越近，景深越短，距离越远，景深越长 光圈越大，景深越短，光圈越小，景深越长获得最大景深的方法：短焦距镜头小光圈远距离拍摄；获得最小景深的方法：长焦距镜头大光圈近距离拍摄,4.聚焦目前，数码相机的聚焦方式有手控聚焦和自动聚焦两种。这两种方式都需要在镜头上切换，即在镜头后段左处上的AF 和MF之间调整。AF 英文自动聚焦Automatic Focus的缩写。MF 英文手控聚焦Manual Focus的缩写,5.感光度调整在传统
38、胶卷相机上ISO代表感光速度的标准，在数码相机中ISO定义和胶卷相同，代表着CCD或者CMOS感光元件的感光速度，ISO数值越高就说明该感光材料的感光能力越强。ISO的计算公式为S=0.8/H（S感光度，H为曝光量）。从公式中我们可以看出，感光度越高，对曝光量的要求就越少。,弱光神机 尼康D3S,机身：尼康D3S 镜头：AF-S 尼克尔 600mm f/4G ED VR 曝光：A模式，1/5000秒，f/4 白平衡：自动 感光度：ISO 12800 优化校准：标准,曝光：A模式，1/50秒，f/4 白平衡：阴天 感光度：ISO 12800 优化校准：标准,深夜，两只幼熊开始相互搏斗，这一刻发生
39、得非常快。,第五章 构图基础,基本法则,完整主体突出平衡留白,平衡式构图,对角线构图,九宫格构图,也叫井字构图，将被摄主体或重要景物放在“九宫格”交叉点的位置上。“井”字的四个交叉点就是主体的最佳位置。一般认为，右上方的交叉点最为理想，其次为右下方的交叉点。但也不是一成不变的。这种构图格式较为符合人们的视觉习惯，使主体自然成为视觉中心，具有突出主体，并使画面趋向均衡的特点。,小品式构图,通过近摄等手段，并根据思想把本来不足为奇的小景物变成富有情趣、寓意深刻的幽默画面的一种构图方式。具有自由想象、不拘一格的特点。本构图没有一定的章法。,垂直式构图,曲线构图,S型构图,框架式构图,斜线式构图,放射
40、式构图,X形构图,对分式构图,构图分析,第7章图像增强,目的：改善图像的质量。对某种具体的、特定的应用有益。预处理,图像的降质与退化改善方法：图像增强图像恢复图像增强的方法：,数字图像处理与分析基础,点运算,(1)线性灰度变换,s=T(r)=kr+b其中r为输入点的灰度值，s为相应输出点的灰度值,0,M-1,s,L-1,S=kr+b,r,如果记输入图像的灰度为f(x,y)，输出图像的灰度为g(x,y)，则点运算可以表示为：,更直观的表示为：,线性灰度变换效果比较,分段线性变换,分段线性变换,(b)图像拉伸,(c)图像二值化,非线性单调点变换,对数扩展和指数扩展的变换曲线,三类函数,1）增加中间
41、范围象素的灰度级而只使暗象素和亮象素作较小改变。2）降低较亮或者较暗物体的对比度来加强灰度级处于中间范围的物体的对比度。（中间斜率大于1，两端斜率小于1）3）压低中间灰度级处的对比度而在较亮和较暗部分的对比度将加强。（中间斜率小1，两端斜率大于1）,指数变换,s=cy c和y为常数。当1时，具有扩展低亮度区、压缩高亮度区的效果；当1时，性能正好相反，具有压缩低亮度区、扩展高亮度区的效果。而当c=1时，输出正比与输入，图像无变化。“校正”（伽马校正），CRT显示器,显示器校正,直方图的修正,灰度直方图的定义灰度直方图是反映一幅图像各灰度级与各灰度级像素出现的频率之间的关系。以灰度级为横坐标，纵坐
42、标为灰度级的频率，绘制同灰度级频率的关系图就是直方图。直方图的频率计算公式为：,1、灰度直方图的更严谨定义,灰度级0,L-1，灰度直方图用离散函数h(rk)表示rk为第k级灰度，nk是图像中具有灰度级rk的像素数目，0kL-1，0nkn-1，n为图像总的像素数目。归一化的直方图：,图像及其灰度直方图,图像及其灰度直方图,2、性质,图像灰度分布规律的反映与视觉感受有一致性给定图像的直方图唯一，给定直方图对应的图像不唯一反映整体，不反映细节,直方图变换（histogram Transform）,直方图变换中的基本关系,f：输入灰度，g：输出灰度，f=0:黑;f=255:白;f,g0,255.变换式
43、：g=T(f)，Pf(f)、Pg(g)概率密度函数T单值、单调、不减。,直方图变换,累积分布函数,C(f)表示输入图像灰度的累积分布函数,令,则,1、直方图均衡化,期望输出图像概率密度函数是均匀分布的,直方图均衡化效果,直方图规格化（1）,直方图规格化（2）,直方图规格化（3）,组合灰度变换效果与直方图变化,图像的平滑,领域平均4邻域8邻域空间域低通滤波,四邻域与八邻域,空间滤波器均值滤波器,均值滤波器是一种贝叶斯最优滤波器算术均值 像素点和的1/N几何均值像素点积的N次幂,非线性（排序统计）滤波器（1）,1：中值滤波器，其他的排序统计滤波器（matlab中用nrfiltdemo）排序统计滤波
44、器是非线性的，并通过给邻域中的象素排序来工作。中值滤波器可以消除比它的尺度小一半的物体，而保留较大的物体。它对于既保留边缘又要去噪声的任务很有用。稀疏分布的模板能减少大尺度的中值滤波器所需的计算时间。,非线性（排序统计）滤波器（2）,1、中值滤波器2、最大最小值滤波器3、中点滤波器：最大值和最小值的均值4、修正后的均值滤波器：去掉最大最小值邻域一定范围点以后的均值。（去掉最高分和最低分的均值）对椒盐噪声比较有效！,非线性（排序统计）滤波器（3）,中值,最小值,噪声,最大值,原图,算术均值,噪声,中值,阿尔法滤波,几何均值,数字图像处理与分析基础,均值去噪,如果存在随机噪声e(x,y),则,将M
45、个图像相加求平均得到一幅新图像，即：,那么可以证明它们的期望值为：,加噪图像 4幅图像平均结果 8幅图像平均结果 16幅图像平均结果,图像的锐化（sharpening filter）,针对图像模糊的原因而去模糊的方法：复原消除图像的一般模糊的增强方法称为“图像锐化”目的：加强图像的目标边界和图像细节前提：图像有较高信噪比方法：微分、梯度，加强高频分量的作用,离散空间差分法,边缘特征：空域灰度有较大起落；频域高频分量。边缘点：其两边象素的灰度级有显著的不同，一个在较亮的区域内部，一个在外部，边缘点位于这样的一对邻点之间。边缘：阶跃边缘、屋顶状边缘（灰度从增加到减少的变化转折点）,梯度算子（gra
46、dient）,性质:1)Gf(x,y)最大增加率的方向;2)|Gf(x,y)|=(f/x)2+(f/y)21/2,差分代替微分前向差分定义：fi=fi+1-fi,nfi=n-1 fi+1-n-1 fi,后向差分定义：fi=fi-fi-1,nfi=n-1 fi-n-1 fi-1,fi=fi+1/2-fi-1/2,nfi=n-1 fi+1/2-n-1 fi-1/2,1、基于一阶微分的算子,梯度定义为,模值和方向分别为：,近似形式,（1）,（2）,（3）,(1)g(x,y)=Gf(x,y),if Gf(x,y)T;else f(x,y).(T 0)(2)g(x,y)=LG,if Gf(x,y)T;e
47、lse f(x,y).(3)g(x,y)=Gf(x,y),if Gf(x,y)T;else LB(4)g(x,y)=LG,if Gf(x,y)T;else LB,锐化/增强处理,（4）Roberts算子,（5）Sobel算子,目的：克服噪声、条纹的增强,（6）Prewitt算子,模板形式,处理效果比较,2、二阶微分Laplacian算子,拉普拉斯（Laplacian）算子，二阶偏导数的和。是一个标量，具有各向同性的性质。其离散计算形式定义为：,典型的Laplacian模板,比较一阶微分算子和二阶微分算子去模糊的能力,结论,沿着斜坡，一阶微分都不为零，二阶微分的非零值只出现在斜坡的起始处与终点处
48、。斜坡在图像中对应边缘特征，因此一阶微分增强后图像的边缘区较宽，而二阶微分的边缘较细。这一特点使得它在图像的边缘检测算子中得到更多应用。脉冲对应图像中的椒盐噪声，二阶微分放大噪声的能力很强。细线对应高斯噪声模糊，二阶微分去模糊能力很强。一阶微分对阶跃信号响应强烈，且是单响应。二阶微分对阶跃信号产生双响应。因此二阶微分用于边缘提取时要考虑正负性。总之在图像增强，如去图像模糊时，二阶微分算子的效果更好一些。一阶微分则在图像边缘提取中更常用。,锐化算子一般形式,线性锐化算子的卷积核（模板）中，应该以差分为主,三种常用滤波器高通,锐化小结,锐化/空域高通滤波器，具有去模糊、增强图像边缘与细节特性的功能
49、；空域高通滤波器能实现高频增强的原因是微分运算，离散图像中由差分实现；一阶微分算子的阶跃边缘检测能力更强；在细线的增强以及去聚焦模糊等应用中二阶微分算子的效果更好；空域高通滤波器在增强信号的同时对噪声的放大也很严重，因此要结合平滑滤波设计复合型的算子才能在使用中取得较好的效果。,同态增晰,属于频域处理图像照明函数X反射函数(前者在低频段，后者在高频段)过程：对数变换傅立叶变换图像频谱与同态滤波函数相乘傅立叶反变换指数变换,同态滤波,因为一般照度分量在空间域变化缓慢，而反射分量在不同物体的交界处是急剧变化的，所以图像对数的傅立叶变换中的低频部分主要对应照度分量，而高频部分主要对应反射分量。那么H
50、(u,v)就会一方面削弱低频而另一方面增强高频，最终结果是既使图像的动态范围压缩又使图像各部分之间的对比度增强。,彩色图像增强,伪彩色增强真彩色增强,伪彩色与假彩色,伪彩色（pseudo color）非彩色图像（灰度、二值）人为映射成彩色图像索引图像增强显示分辨率假彩色（false color）真彩色图像处理后颜色失真艺术效果,伪彩色处理空域法,1.密度分层法:if f(x,y)Nk,then f(x,y)=Ck.Ck：R、G、B按某种比例合成的颜色;Nk：第K个灰度区间.,图4-28 多灰度伪彩色分割示意图,图4-29 伪彩色变换,伪彩色增强效果,f(x,y),red,green,blue,
