[OpenCV] Image Processing - Image Elementary Knowledge

"没有坚实的理论基础，实践只会浅尝于表面。"

这是两本打基础的书，没系统学过的话，怎么好意思说自己会CV。

该领域，兴军亮这个名字屡次出现，看来是计算机视觉领域国内的年轻才俊，向他学习！

2.1.1 几何基元

2D 点：

齐次坐标 (8,4,2)、(4,2,1)表示的都是二维点(4,2)。
[X Y H]→ = [x y 1]，这个过程称为归一化处理。在几何意义上，相当于把发生在三维空间的变换限制在H=1的平面内。
n+1维的齐次坐标中如果h=0，实际上就表示了n维空间的一个无穷远点。

仿射变换：

2D 直线：

多一维的意义其中之一便是：

转化为了极坐标的形式，一种数学技巧而已。

向量积算法：

3D 平面：

3D 直线：

　　直线上两点的线性组合：

/* 其他transform详见2.1 */

/* 2.2光度测定学的图像形成，不是人看的 */

/* 2.3类似，偏物理硬件原理，都是非必备知识 */

色度图

CIE 1931色度图是用标称值表示的CIE色度图，x表示红色分量，y表示绿色分量。E点代表白光，它的坐标为（0.33，0.33）；

环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长，其轮廓包含所有的感知色调。所有单色光都位于舌形曲线上，这条曲线就是单色轨迹，曲线旁标注的数字是单色（或称光谱色）光的波长值；自然界中各种实际颜色都位于这条闭合曲线内；RGB系统中选用的物理三基色在色度图的舌形曲线上。

但是，人类视觉系统对色彩的频率响应不如对亮度变化的相应。

YCbCr : Y'为颜色的亮度(luma)成分、而CB和CR则为蓝色和红色的浓度偏移量成份。

图像模式

1、位图模式

位图模式是1位深度的图像。它只是黑和白两种颜色。它可以由扫描或置入黑色的矢量线条图像生成，也能由灰度模式或双色调模式转换而成。其他图像模式不能直接转换为位图模式。

2、灰度模式

灰度模式是8位深度的图像模式。也就是2^8，2^8=256，在全黑和全白之间插有254个灰度等级的颜色来描绘灰度模式的图像。

所有模式的图像都能换成灰度模式，甚至位图也可转换为灰度模式。Photoshop几乎所有的功能都支持灰度模式。

3、双色调模式

双色调模式不是单个的图像模式，而是一个分类。它仅仅是单色调、双色调、三色调和四色调的一个统称。双色调模式只有一个通道。双色调模式和位图模式一样，也只有灰度模式才能转换。

4、RGB模式

RGB模式是数码图像中最重要的一个模式，Photoshop的全部功能都支持它，因为Photoshop就是以它为基础来开发的。显示屏上显示的颜色是RGB模式，电视屏幕也是RGB模式，所不同的它不是用数码而是用电平来描述的。扫描仪和数码相机都是捕捉RGB图像信息的。

RGB模式是相加的模式，当R、G、B的值都达到最大值时，三色合成便成白色。

RGB模式是24位颜色深度。它共有三个通道，每个通道都有8位深度。三个通道合成一起可生成1677万种颜色，我们也称之谓“真彩色”。

5、CMYK模式

CMYK模式是用来打印或印刷的模式，它是相减的模式，当C、M、Y三值达到最大值时，在理论上应为黑色，但实际上因颜料的关系，呈显的不是黑色，而是深褐色。为弥补这个问题，所以加进了黑色K。

由于加了黑色，CMYK共有四个通道，正因为如此，对于同一个图像文件来说，CMYK模式比RGB模式的信息量要大四分之一。

但RGB模式的色域范围比CMYK模式大。因为印刷颜料在印刷过程中不能重现RGB色彩。

CMY 和 RGB 为互补色。

C-青色：由G-绿色和B-蓝色合成，其中没有R-红色成份；

M-洋红：由R-红色和B-蓝色合成，其中没有G-绿色成份；

Y-黄色：由R-绿色和G-红色合成，其中没有B-蓝色成份；

CMYK模式不能转换为索引模式。

Photoshop的大部分功能不支持CMYK模式

6、Lab模式

Lab模式是24位颜色深度的图像模式，有三个通道。L通道是亮度通道（Lightness），a和b两个为色彩通道。它的特点在于：

（1）他的色域范围最广，它和RGB与CMYK模式的关系如下：

就色域范围而言 Lab > RGB > CMYK

（2）此模式下的图像是独立于设备外的，它的颜色不会因不同的印刷设备，显示器和操作平台而改变。由于它有以上的有点，当Photoshop把RGB模式和CMYK模式互相转换时，它成为中间模式，颜色信息就不会因以上两模式的色域范围不同而丢失。

a分量是由绿色向红色过度。

b分量是由蓝色向黄色过渡。

Lab模式不能转换为索引模式。

Photoshop的大部分功能不支持Lab模式。

7、索引颜色模式

索引颜色模式是8位颜色深度模式，它最多只能拥有256种颜色。

（1）每一副图像都各自拥有一张颜色表，而随图像不同，颜色表也不同。这一点是至关重要的。

（2）它的信息量小，又可制动画，所以它的图像和动画被广泛地用于网页制作上。

（3）它可制成透明图像，在网页使用。

在转换时，只有灰度和RGB两种模式，不能转换成索引颜色模式。

转换时只有两个选择是实用的：

（随样性）当图像颜色数大于256时，使用该选项，Photoshop会定做颜色表。实际当图像颜色小于256时，使用该选项，就用实际的颜色制作颜色表。

Photoshop完全不支持索引颜色模式。

8、多通道模式

多通道模式是把含有通道的图像分割成单个的通道。

CMYK模式转为多通道模式时，生成的通道为青色、洋红、黄色和黑色四个通道。

Lab模式转为多通道模式时，生成三个Alpha通道。

9、8位/通道和16位/通道

在灰度、RGB和CMYK模式下可以用每个通道16位深度来取代8位深度。那么，每个通道的颜色数从256色剧增到65536色，可生成更好的颜色细节。

目前，由于设备的不支持，16位/通道的图像不能被打印或印刷。

你是不是发现，右边动来动去的大黑点，在经过某个区域时消失了(大概在二十度左右，亲测)。

这是因为我们人眼的视觉有盲区。

总之，人眼感知与实际光照因为杆状体（暗环境感知）和椎状体（亮环境感知）的主导性不同而有一定的差异。

各种频率的光传播速度都一样,即光速。

但在介质中,不同频率的光线传播速度不同：

频率越高或波长越短的光线具有更高的能量，其受到介质电介性阻碍的影响更大，所以速度越慢。

扩展：关于伽马射线的原子核仨射线

首先我们看到图中的三条射线，下面我们进行初步认识

1. α射线是氦原子核，简称氦核流，它的速度可以达到光速的1/10，电离能力最强，穿透能力最差，在空气中只能前进几厘米，一张纸就可以挡住。
2. β射线是高速粒子流，速度很大，达光速的99％，穿透能力较强，很容易穿透黑纸，也能穿透几毫米厚的铝板，但是电离能力较弱。
3. γ射线呈电中性，电离作用小，但穿透能力非常强。可以穿透几十厘米厚的混凝土

感知光强度 (灰度级)：

入射分量乘以反射分量

离散灰度级数范围：[ Lmin, Lmax ] 之间的区域，统一化为[0, L-1]。

上限取决于饱和度，下限取决于噪声。上下限之差为对比度，即动态范围较大。

以下为图像矩阵。

图像缩放的内插算法

双线性内插

双三次内插 (商业标准内插方法)

相邻像素

数字图像处理中有4邻接、8邻接和m邻接三种关系。

在这个图中

8邻域中的中间的那个1可以有两条路到达右上角的那个1，这就是所说的二义性

这个情况在边缘检测里面是很不希望的。

而改成m邻域以后，中间的1像素和右上角的像素是8连通的却不是m连通的，这可以从m连通的定义得到。

因此，如果用M连通从中间的1到右上角的1就只有一条路。

/* 2.5.2 关于边界的问题，在此标记下 */

/* 2.5.3 距离度量可见KNN */

线性算子

图像相加

处理噪声图像，叠加后认为噪声相互抵消。

图像相减

增强图像之间的差。

图像相乘（相除）

阴影矫正。

线性变换域 (难点，傅立叶变换时重点研究)