物理图像信息的相关知识续

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1、会计学1物理图像信息的相关知识续物理图像信息的相关知识续图像噪声图像噪声图像噪声图像噪声“不可预测不可预测”，只能用概率统计方法来分析，因此可以，只能用概率统计方法来分析，因此可以将图像噪声看成是多维随机过程，采用随机过程的方法描述。将图像噪声看成是多维随机过程，采用随机过程的方法描述。即用概率分布函数和概率密度分布函数来建立图像噪声模型即用概率分布函数和概率密度分布函数来建立图像噪声模型第1页/共30页图像噪声的分类图像噪声的分类按产生原因按产生原因分分外部噪声：系统外部干扰从电磁波或者经电源外部噪声：系统外部干扰从电磁波或者经电源 串进系统内部而引起的噪声。如电气串进系统内部而引起的噪声。

2、如电气 设备、天体放电引起的噪声设备、天体放电引起的噪声内部噪声内部噪声由光和电的基本性质引起的噪声：如由光和电的基本性质引起的噪声：如散粒噪声、热噪声、光量子噪声散粒噪声、热噪声、光量子噪声电器的机械运动产生的噪声电器的机械运动产生的噪声元器件材料本身引起的噪声元器件材料本身引起的噪声系统内部设备电路所引起的噪声系统内部设备电路所引起的噪声第2页/共30页统计观点分统计观点分平稳噪声：统计特性不随时间变化的噪声平稳噪声：统计特性不随时间变化的噪声非平稳噪声：统计特性随时间变化而变化的噪声非平稳噪声：统计特性随时间变化而变化的噪声按噪声幅度分布分按噪声幅度分布分高斯噪声：幅度按高斯分布高斯噪声

3、：幅度按高斯分布雷利噪声：幅度按雷利分布雷利噪声：幅度按雷利分布按噪声频谱分按噪声频谱分白噪声：频谱均匀分布的噪声白噪声：频谱均匀分布的噪声1/f噪声：频谱与频率成反比的噪声噪声：频谱与频率成反比的噪声三角噪声：频谱与频率平方成正比的噪声三角噪声：频谱与频率平方成正比的噪声按噪声与信号的关系按噪声与信号的关系加性噪声：加性噪声：S(t)+n(t)乘性噪声乘性噪声: S(t)1+n(t)第3页/共30页图像噪声的统计模型图像噪声的统计模型噪声的统计模型可以用概率密度函数来描述噪声的统计模型可以用概率密度函数来描述1）高斯噪声（正态噪声）高斯噪声（正态噪声）高斯噪声的概率密度函数高斯噪声的概率密度

4、函数22()21( )2z uP zeZ表述灰度值，表述灰度值，u表示表示z的平均值或者的平均值或者期望值，期望值， 表示标准差，表示标准差， 表示方差表示方差2图像处理中应用最广泛的一种图像噪声模型图像处理中应用最广泛的一种图像噪声模型第4页/共30页2）瑞利噪声）瑞利噪声瑞利噪声的概率密度函数瑞利噪声的概率密度函数2()2()( )0z abza ezaP zbza概率密度的均值和方差分别为概率密度的均值和方差分别为4ab2(4)4b距原点的位移和其图形的基本形状向右变形，对于近似其曲线距原点的位移和其图形的基本形状向右变形，对于近似其曲线的直方图比较适用的直方图比较适用第5页/共30页3

5、）伽马噪声）伽马噪声概率密度函数概率密度函数10( )(1)!00bbaza zezP zbz其中其中a0，b为正整数，！表示阶乘，概率为正整数，！表示阶乘，概率密度函数的均值和方差分别为密度函数的均值和方差分别为ba22ba该函数是对标准伽马函数一种近似该函数是对标准伽马函数一种近似第6页/共30页4）指数噪声）指数噪声指数噪声概率密度函数指数噪声概率密度函数0( )00azaezP zz其中其中a0，概率密度函数的均值和方差分别为，概率密度函数的均值和方差分别为1a221a第7页/共30页5)均匀噪声模型均匀噪声模型1( )0azbP zba其他概率密度函数的均值和方差分别为概率密度函数的

6、均值和方差分别为ab222(b-a)12均匀噪声概率密度函数均匀噪声概率密度函数第8页/共30页6）脉冲噪声（椒盐噪声）脉冲噪声（椒盐噪声）脉冲噪声概率密度函数脉冲噪声概率密度函数( )0abPzaP zPzb其他第9页/共30页不同的图像噪声模型在图像处理中应用不同的场合不同的图像噪声模型在图像处理中应用不同的场合高斯噪声主要来源于电子电路和由低照明度或高温带来的高斯噪声主要来源于电子电路和由低照明度或高温带来的传感器噪声传感器噪声瑞利噪声是图像范围内特征化噪声现象瑞利噪声是图像范围内特征化噪声现象指数噪声和伽马噪声常常在激光成像和雷达成像中产生指数噪声和伽马噪声常常在激光成像和雷达成像中产

7、生脉冲噪声主要表现在成像中的短暂停留，如电视图像中的脉冲噪声主要表现在成像中的短暂停留，如电视图像中的雪花点状噪声雪花点状噪声第10页/共30页图像质量评价图像质量评价图像质量评价是图像信息工程的基本技术之一，图像各种图像质量评价是图像信息工程的基本技术之一，图像各种处理后的结果都要求有一个合理的图像质量评价方法处理后的结果都要求有一个合理的图像质量评价方法图像质量图像质量图像保真度：描述被评价图像与标准图像的偏离程度图像保真度：描述被评价图像与标准图像的偏离程度图像可懂度：表示图像能向人或者机器提供信息的能力图像可懂度：表示图像能向人或者机器提供信息的能力评价方法评价方法图像可懂度：定量测量

8、很困难图像可懂度：定量测量很困难图像保真度图像保真度客观保准度准则客观保准度准则主观保真度准则主观保真度准则第11页/共30页客观保真度：被评价图像与标准图像之间的均方根误差或被客观保真度：被评价图像与标准图像之间的均方根误差或被 评价图像的均方根信噪比评价图像的均方根信噪比客观保真度准则客观保真度准则设标准图像为设标准图像为 ，被评价图像，被评价图像 ，其中，其中x，y为为0, 1, 2,N-1,对对x和和y的误差的误差e(x,y)可以定义为可以定义为( , )f x y( , )f x y( , )( , )( , )e x yf x yf x y两幅图像的均方误差可表示为两幅图像的均方误

9、差可表示为11222001 ( , )( , )NNxyef x yf x yN2rmsee均方根误差均方根误差第12页/共30页将被评价图像看作是标准图像与噪声的叠加将被评价图像看作是标准图像与噪声的叠加( , )( , )( , )f x yf x ye x y被评价图像的均方信噪比可以表示为被评价图像的均方信噪比可以表示为1120011200( , )() ( , )( , )NNxymsNNxyf x ySNRf x yf x y相应的均方根信噪比相应的均方根信噪比()()msrmsSNRSNR第13页/共30页另一种常用的图像客观保真度另一种常用的图像客观保真度峰值均方误差峰值均方误

10、差11220021 ( , )( , )NNxypmsf x yf x yNeA其中其中A为为f(x,y)的最大幅值的最大幅值第14页/共30页主观保真度准则主观保真度准则主观保真度：有一批专家主观评估图像质量打分，并将他们主观保真度：有一批专家主观评估图像质量打分，并将他们 的评估结果进行平均得到的评估结果进行平均得到分类分类绝对评价绝对评价相对评价相对评价绝对评价：由观察者根据一些事先规定的评价尺度或者自己的绝对评价：由观察者根据一些事先规定的评价尺度或者自己的 经验对被评价图像提出质量判断经验对被评价图像提出质量判断 P37主观保真度绝对评价尺度主观保真度绝对评价尺度相对评价：由评估专家

11、将一批图像由好到坏进行分类，也就是对相对评价：由评估专家将一批图像由好到坏进行分类，也就是对 图像进行相互比较得出好坏并给出分数图像进行相互比较得出好坏并给出分数 常用常用“群优度尺度群优度尺度” P37相对评价尺度相对评价尺度第15页/共30页第16页/共30页第17页/共30页从上图中可以看出：从上图中可以看出：可见光的波段在电磁波谱中只占有相对较窄的波段，波长大体可见光的波段在电磁波谱中只占有相对较窄的波段，波长大体分布在分布在380780nm之间之间在可见光的波段内，随着波长的增长，使人产生紫、蓝、青、在可见光的波段内，随着波长的增长，使人产生紫、蓝、青、绿、黄、橙红等颜色感觉绿、黄、

12、橙红等颜色感觉人眼的锥体细胞可以分为人眼的锥体细胞可以分为3个主要感觉类别：红、绿、蓝，个主要感觉类别：红、绿、蓝，65%的锥体细胞对红光敏感，的锥体细胞对红光敏感，33%的细胞对绿光敏感，的细胞对绿光敏感，2%的细胞对的细胞对蓝光敏感蓝光敏感第18页/共30页锥体细胞吸收光谱的特性锥体细胞吸收光谱的特性人类视网膜中有三种不同的光敏感性视色素，每种锥体细胞人类视网膜中有三种不同的光敏感性视色素，每种锥体细胞色素对光谱不同位置的敏感度不同，它们光谱吸收的峰值分色素对光谱不同位置的敏感度不同，它们光谱吸收的峰值分别在别在430nm、540nm、570nm左右，对应的分别是红、绿、左右，对应的分别是

13、红、绿、蓝三个波段。蓝三个波段。光谱上大多数颜色都可以用红（光谱上大多数颜色都可以用红（Red）、绿（）、绿（Green）、）、蓝（蓝（Blue）三种单色加权混合产生，基于）三种单色加权混合产生，基于R、G、B三基三基色的颜色表示称为色的颜色表示称为RGB颜色模型颜色模型三基色原理三基色原理第19页/共30页颜色的基本属性颜色的基本属性分类分类彩色（有色）系列：除了白色系列以外的各种颜色彩色（有色）系列：除了白色系列以外的各种颜色非彩色系列：黑色、白色及其两者之间的深浅不同的灰色非彩色系列：黑色、白色及其两者之间的深浅不同的灰色颜色的颜色的基本属性基本属性亮度（亮度（brightness）：光

14、波作用于感受器所发生的）：光波作用于感受器所发生的 效应，其大小由物体反射系数决定，系数越大，效应，其大小由物体反射系数决定，系数越大， 物体亮度越大，反之越小物体亮度越大，反之越小色调（色调（hue）：由物体反射光线中占优势的波长决定是）：由物体反射光线中占优势的波长决定是 彩色的最重要的属性，决定颜色本质的基本属性彩色的最重要的属性，决定颜色本质的基本属性色饱和度（色饱和度（saturation）：一个颜色的鲜明程度，饱）：一个颜色的鲜明程度，饱 和度越高，颜色越深，在物体反射光组成中，白和度越高，颜色越深，在物体反射光组成中，白 色光越少，色饱和度越大色光越少，色饱和度越大第20页/共3

15、0页彩色模型彩色模型在某些标准下用通常可以接受的方式简化彩色规范在某些标准下用通常可以接受的方式简化彩色规范本质上是坐标系统和子空间的规范，位于坐标系统中的每个本质上是坐标系统和子空间的规范，位于坐标系统中的每个颜色都由单点表示颜色都由单点表示彩色模型彩色模型RGB模型模型CMY模型模型HSI模型模型CIE-XYZ模型模型YIQ模型模型第21页/共30页RGB模型和模型和CMY模型模型用直角坐标系中的单位立方体来表示用直角坐标系中的单位立方体来表示RGB模型，单位立方体模型，单位立方体中的任意一点表示一种颜色中的任意一点表示一种颜色国际公认的国际公认的RGB表色系统的三基色的波长分别为表色系统

16、的三基色的波长分别为700.0nm、546.1nm、435.8nm标准白光的标准白光的RGB光通量光通量 按以下比例混合按以下比例混合RGB、:1:4.5907:0.0601RGB 将光通量为将光通量为1lm（流明）的红光，（流明）的红光，4.5907lm的绿光和的绿光和0.0601的的蓝光作为三基色的单位基色量用（蓝光作为三基色的单位基色量用（R）、（）、（G）、（）、（B）表示）表示任何一种具有一定亮度的彩色光的光通量为任何一种具有一定亮度的彩色光的光通量为( )( )( )( )CR RG GB B主要应用在彩色监视器和彩色视频摄像机主要应用在彩色监视器和彩色视频摄像机第22页/共30页

17、不考虑光的亮度，只考虑光的色度时，可用不考虑光的亮度，只考虑光的色度时，可用R、G、B三者三者之间的比例表示之间的比例表示RrRGBGgRGBBbRGB1rgb第23页/共30页CMY模型：由青（模型：由青（Cyan）、品红（）、品红（Magenta）、黄（）、黄（Yellow）三种基色建立的模型三种基色建立的模型主要用来描述绘图和打印彩色输出的颜色主要用来描述绘图和打印彩色输出的颜色RGB颜色模型是一个由黑到白的过程，称为增色处理颜色模型是一个由黑到白的过程，称为增色处理CMY颜色模型是一个由白道黑的过程，称为减色模型颜色模型是一个由白道黑的过程，称为减色模型打印机处理除了打印机处理除了CM

18、Y外，还需要黑色，称为外，还需要黑色，称为CMYK彩色模型彩色模型显然，显然，RGB与与CMY间的关系间的关系111CRMGYB 第24页/共30页CIE-XYZ模型模型1931年国际照明委员会规定了一种新的颜色表示系统，定义年国际照明委员会规定了一种新的颜色表示系统，定义为为CIE-XYZ模型模型XYZ颜色模型将彩色光表示为颜色模型将彩色光表示为()( )( )CX XY YZ ZX、Y、Z表色系统需要满足的条件表色系统需要满足的条件:1) 三色比例系数均大于零三色比例系数均大于零2) Y的数值正好是彩色光的亮度的数值正好是彩色光的亮度3) 当当X=Y=Z时仍然表示标准白光时仍然表示标准白光

19、第25页/共30页RGB与与XYZ模型的关系式模型的关系式()2.76891.75171.1302( )1.00004.59070.0601( )0.00000.05655.5943XRYGZB色度坐标色度坐标XxXYZYyXYZZzXYZ1xyz第26页/共30页NTSC-YIQ彩色模型彩色模型美国国家电视系统委员会采用的一种颜色模型美国国家电视系统委员会采用的一种颜色模型优点：可以保证彩色电视和黑白电视的兼容，即可以用彩色优点：可以保证彩色电视和黑白电视的兼容，即可以用彩色电视收看黑白电视图像电视收看黑白电视图像YIQ与与RGB间的转换关系间的转换关系0.2990.5870.1140.5960.2740.3220.2110.5230.312YRIGQB 采用采用PAL电视制式时电视制式时0.2220.7070.071YRGB第27页/共30页HSI（HSV）彩色模型）彩色模型选择颜色的基本属性色调（选择颜色的基本属性色调（Hue）、色饱和度（）、色饱和度（Saturation）、）、光强（光强（Intensity）（明度值（）（明度值（Value）来建立彩色模型）来建立彩色模型该模型非常适合彩色图像处理和计算机视觉中的应用该模型非常适合彩色图像处理和计算机视觉中的应用第28页/共30页第29页/共30页