图像与图像通信概论.PDF

图像是人类接触世界、获取信息的最重要途径，也是现代通信系统中传输的主要内容 之一。图像通信已和语音通信、数据通信一起构成了现代通信的三大支柱，应用越来越广 泛。本章将介绍人眼的视觉特性、图像的相关概念、图像通信的分类及系统组成等内容。 1.1 人眼的视觉特性 光辐射刺激人眼时，将会引起复杂的生理和心理变化，这种感觉就是视觉。视觉是人 类最重要、最完美的感觉，也是人类获取信息的主要来源。据统计，在人类从外界获取的 信息中，70% 以上来自视觉。 人眼构造精妙绝伦，使人眼视觉具备了一系列无与伦比的特性。这些特性对于视频图 像处理具有重要的指导意义，也构成了视频图像通信的基本依据。 1.1.1 可见光 人们之所以能看到大自然的景物，首先是太阳光对大地照射的结果，离开阳光，地球 将是一个黑暗的世界。由物理学可知，光是一种电磁波，兼有波动特性和微粒特性。日光 是太阳上的热核反应所发出的多种波长范围的电磁辐射的一部分，这些电磁波混合在一起， 同时作用于人眼，便获得了白色光的感觉。当然，并不是一切波长的电磁波都能引起人眼 的视觉反应，只有波长在380～780 nm 的电磁波才能被人眼所感觉，通常把这部分电磁波 称为可见光。按波长由长到短的顺序排列的电磁辐射波谱如图 1-1 所示，依次是无线电波、 红外线、可见光、紫外线、X 射线和宇宙射线等。 图1-1 电磁辐射波谱 不同波长的光所呈现的颜色各不相同，随着波长的缩短，显现的颜色依次为红、橙、 黄、绿、青、蓝、紫。 只含有单一波长成分的光或所占波谱宽度小于5 nm 的光称为单色光，含有两种或两种 2 图像通信基础 以上单色光成分的光称为复合光。单色光所呈现的色称为谱色，复合光所呈现的色称为非 谱色。 太阳光是复合光，包含了自380 nm 至780 nm 所有波长的光，它刺激人眼引起的白色 是非谱色。实验表明，利用三棱镜可以把太阳光分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七个 范围的连续光谱，各彩色光的光谱范围见表 1-1。实验还表明，光具有可逆性，即可以用 同样的三棱镜将上述七个范围的彩色光重新聚合起来，还原为一束白光。 表 1-1 各色光的光谱范围 色光名称 紫 蓝 青 绿 黄绿 黄 橙 红 光谱范围/nm 390～430 430～470 470～500 500～530 530～560 560～590 590～620 620～780 能够辐射光的物体称为光源或发光体，而不能辐射光的物体则统称为非发光体。太阳 是最大的自然光源，是照亮大自然的光源之一。 能被人眼所感知的光归结起来有三种：直射光、透射光和反射光。由发光体产生并直 接刺激人眼形成光感的光称为直射光，如日光、照明光等都属于这一类。发光体所产生的 光，照射到透明或半透明物体上，被有选择地透射过来的光称为透射光。日常见到的墨镜、 滤色片等就是这样的物体。同样，发光体所发出的光，照射到物体上，被该物体有选择地 反射出来的光称为反射光。 就物体所呈现的颜色而言，发光体和非发光体是有区别的。对于发光体，它所呈现的 颜色是由其本身发出的光的光谱分布所决定的。对于那些本身不发光的非发光体，其颜色 是由照射它的光源的光谱分布及物体本身的反射或透射特性所决定的，亦即该物体在特定 光源照射下所反射或透射的一定可见光谱成分作用于人眼所引起的视觉效果。通常，非发 光体的颜色是指日光照射时所呈现的颜色。也就是说，自然界的不同景物，在日光照射下， 由于反射（或透射）了可见光谱中的不同成分而吸收其余部分，从而引起人眼的不同彩色 感觉。例如，一块红布，是因为该布中的颜料反射了日光中的红色光而吸收了其他各色光 才使其呈红色；一个白色的物体，之所以呈白色，是因为它对日光中所有波长的光，具有 同等的反射特性。如若不用日光照射，而是用其他照明光源照射非发光体，颜色就有可能 发生变化。例如，若以不含红光成分的绿色光源去照射红布的话，则会因吸收了绿色光而 使红布呈现暗黑色；同样，对于白色物体，若用红色光源去照射便会因为反射了红色光而 呈现红色，如用绿色光源照射则会因为反射了绿色光而呈现绿色。可见，非发光体的彩色 感