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1、2023/7/12,Graphics Lab.PKU,1,第3章 图像和视觉基础,输入、输出设备成像变换和坐标变换像素间联系算术和逻辑运算,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,2,图像输出是指将由0、1组成的数字图像转化为可视图像,输出设备,1 输入、输出设备,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,3,图像输出包括图像的显示和图像的绘制图像显示指的是在屏幕上输出图像图像绘制通常指把图像画在纸上，也称硬拷贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝设备,图像输出设备有：显示器、阴极射线管（CRT）、打印机和绘图仪等。,2023/7/12,Graphics Lab.PK
2、U,4,（1）液晶显示器,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,5,液晶显示器的组成,液晶显示器LCD(Liquid Crystal Display)是由六层薄板组成的平板式显示器,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,6,液晶显示器基本原理,液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,7,组成：包括电子枪、聚焦系统、加速结构、偏转系统、荧光屏,（2）阴极射线管（CRT-
3、Cathode Ray Tube),2023/7/12,Graphics Lab.PKU,8,（3）喷墨打印机,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,9,（4）激光打印机,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,10,（5）静电绘图仪,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,11,半调输出技术是利用人眼的集成特性，对每个像素位置，在亮的区域打印的点小，而在暗的区域打印的点大。当点足够小，观察距离足够远时，人眼就不容易分开各个小点，而得到比较连续平滑的灰度图像。通过减少图像的空间分辨率来增加图像的幅度分辨率。,打印机和绘图仪采用的图像输出技术,2023
4、/7/12,Graphics Lab.PKU,12,图像输入是指将现实世界中的可视图像转化为计算机能识别的由0、1组成的数字图像，这一过程可理解为图像的数字化,输入设备,图像输入设备：数码相机、数码摄像机、扫描仪等。数码相机、数码摄像机有一个镜头，能数字化任一呈现给它的物体（包括实物和照片）扫描仪仅能数字化已有的模拟图像,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,13,1、数码相机,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,14,将景物捕捉到一个专用的半导体芯片(CCD芯片)，然后立即转换为数字图像，并用数字式的文件保存起来,数码相机工作原理：,2023/7/12,Gr
5、aphics Lab.PKU,15,2、摄像机,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,16,CCD摄像机的核心部件是CCD器件，它是由半导体器件组成一个面阵单元，每个半导体器件能够存储随景物变化而感受到的信号的电荷量，并能够在控制信号的作用下，将存储的电荷量按一定顺序输出，形成电视信号,CCD摄像机的基本原理：,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,17,3、扫描仪,2023/7/12,Graphics Lab.PKU,18,扫描仪工作原理：,完成光电转换，形成模拟图像,逐行移动扫描,模拟图像转为数字图像,2 成像变换和坐标变换,成像过程涉及三个坐标系统：世界坐
6、标系统 XYZ摄像机坐标系统 xyz图像平面坐标系统 xy,成像变换,根据相似三角形，空间点(X,Y,Z)所对应的图像平面中的点(x,y)之间的关系如下：,空间点(X,Y,Z)所对应的摄像机坐标系统中的点(x,y,z)之间的关系如下：,用于改变图像中物体的空间位置关系，包括图像的平移、缩放、旋转等,坐标变换,1、图像的平移,图像平移就是将图像中的所有点按照给定的平移量水平、垂直移动，图像平移只改变图像的位置，不改变图像的大小和形状,设(x0,y0)为原图像上的一点，图像水平平移量为tx，垂直平移量为ty，则平移后点(x0,y0)的坐标将变为(x1,y1),假设图像在x轴方向缩放比例为Sx，y轴
7、方向缩放比例为Sy，那么原图像中的点(x0,y0)所对应的新图像中的点(x1,y1)之间的关系如下：,2、图像的缩放,注:参数Sx、Sy1时,图像放大,参数Sx、Sy1时,图像缩小,其逆运算为：,3、图像的镜像,水平镜像：,垂直镜像：,旋转前:旋转后:(为顺时针旋转)其逆运算为：,4、图像的旋转,顺时针转45O,5、图像的转置,图像的转置是将图像的坐标和坐标互换：,复合变换又称级联变换，指对图形做一次以上的几何变换。,6、复合变换,解:设点(x,y)为线段上的任意一点,1.设点(x,y)为点(x,y)放大后的坐标,则:,例:对一线段先放大2倍(即Sx=Sy=2)，再平移tx=10,ty=0。,
8、解:2.设点(x,y)为点(x,y)经平移后的坐标,则：,如果对一线段先平移tx=10,ty=0,再放大2倍(即Sx=Sy=2)。则：,3 图像像素间联系,一幅二维图像可以用二元函数f(x,y)来表示，其中(x,y)表示2-D空间中一个坐标点的位置,f 代表图像在点(x,y)的某种性质。,图像中每个基本单元称为像素(pixel)，一幅图像的分辨率与其像素个数成正比。,3 图像像素间联系,图像中的像素是按某种规律排列的，像素之间的关系与其邻近像素组成的邻域有关,像素的邻域,定义 4邻域 设像素p的坐标为(x,y)，它有4个水平和垂直的邻近像素，坐标分别为(x+1,y),(x-1,y),(x,y+
9、1),(x,y-1)。这4个像素组成p的4邻域，记为N4(p)。,定义 对角邻域 像素p的4个对角邻近像素，坐标分别为(x+1,y+1),(x+1,y-1),(x-1,y+1),(x-1,y-1)。这4个像素组成p的对角邻域，记为ND(p)。,定义 8邻域 像素p的4个4邻域加上4个对角邻域合起来组成p的8邻域，记为N8(p)。,距离是描述像素之间关系的重要几何参数.,像素的距离,距离量度函数 设3个像素p,q,r的坐标分别为(x,y),(s,t),(u,v)，如果满足下面条件，则称函数D为距离量度函数。1.D(p,q)=0(当且仅当p=q时，D(p,q)0)；D(p,q)D(q,p)；3.D
10、(p,r)=D(p,q)+D(q,r).,欧氏距离：城区距离：棋盘距离：,设 p1(x1,y1),p2(x2,y2)为图像中的两像素，则几种常用的距离定义为：,(c)棋盘距离,不同的距离定义，其描述的区域形状也不同。,(a)欧氏距离,(b)城区距离,加法运算减法运算乘法运算除法运算,4 图像间算术和逻辑运算,算术运算,加法运算的定义C(x,y)=A(x,y)+B(x,y)主要应用举例减少在图象采集中产生的噪音生成图象叠加效果,加法运算,减少在图象采集中产生的噪声,对于原图象f(x,y),有一个噪声图象集 gi(x,y)i=1,2,.M其中：gi(x,y)=f(x,y)+ei(x,y)M个图象的
11、均值定义为：(x,y)=g0(x,y)+g1(x,y)+gM(x,y)/M 当：噪声ei(x,y)为互不相关，且均值为0时，上述图象均值将降低噪声的影响。,设有一幅混入噪声的图象 g(x,y)：g(x,y)=f(x,y)+e(x,y)其中：f(x,y)为原图象，e(x,y)为噪声图象,对于两个图象f(x,y)和h(x,y)的均值：g(x,y)=f(x,y)+h(x,y)/2会得到二次暴光的效果。,生成图象叠加效果,推广这个公式为：g(x,y)=f(x,y)+h(x,y)其中+=1 我们可以得到各种图象合成的效果，也可以用于两张图片的衔接,+,减法的定义 C(x,y)=A(x,y)-B(x,y)
12、主要应用举例去除不需要的叠加性图案检测同一场景两幅图象之间的变化,减法运算,设：背景图象b(x,y)，前景背景混合图象f(x,y)g(x,y)=f(x,y)b(x,y)g(x,y)为去除了背景的图象。,去除不需要的叠加性图案,-,设：时间1的图象为T1(x,y)，时间2的图象为T2(x,y)g(x,y)=T2(x,y)-T1(x,y),=,检测同一场景两幅图象之间的变化,乘法的定义C(x,y)=A(x,y)*B(x,y)主要应用举例用二值蒙板图象与原图象做乘法,乘法运算,X,与（AND）运算或（OR）运算异或（XOR）运算补（COMPLEMENT）运算,逻辑运算,逻辑运算只用于二值图像,与运算的定义 g(x,y)=f(x,y)AND h(x,y)主要应用：求两个子图像的相交子图,=,与运算,或运算的定义 g(x,y)=f(x,y)OR h(x,y)主要应用：合并子图像,=,或运算,异或运算的定义g(x,y)=f(x,y)XOR h(x,y)主要应用：获得相交子图象,异或运算,=,补运算的定义g(x,y)=NOT f(x,y)g(x,y)=255-f(x,y)主要应用举例获得一个阴图象获得一个子图像的补图像,补运算（求反运算）,=,获得一个阴图象,获得一个子图像的补图像,=,255-,
