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1、图 像 的 数 字 化 处 理 原 理 与 方 法 目 的 ： 1. 图 像 数 字 化 概 念 、 数 字 化 参 数 对 图 像 质量 的 影 响 、 数 字 化 器 性 能 评 价 。2. 图 像 灰 度 直 方 图 的 基 本 概 念 、 计 算 、 性质 及 其 应 用 。3.数 字 图 像 处 理 算 法 形 式 与 数 据 结 构 。 4.图 像 图 像 文 件 格 式 与 特 征 。 1 成 象 模 型f(x， y)-理 想 成 像 面 坐 标 点 （ x， y） 的 亮 度i(x， y)-照 度 分 量r(x， y)-反 射 分 量 ， 则 f(x， y) i(x， y) r
2、(x， y) 其 中 ： 0 i(x， y) ， 0 r(x， y)1 3-D客 观 场 景 到 2-D成 像 平 面 的 中 心 投 影 。物 方 点 空 间 坐 标 与 对 应的 像 方 点 坐 标 满 足 几 何透 视 变 换 关 系 （ 共 线 条件 ） 。 2图 像 数 字 化 图 像 数 字 化 是 将 一 幅 画 面 转 化 成 计 算 机 能 处 理 的 形 式 数 字 图 像 的 过 程 。 模 拟 图 像 数 字 图 像 正 方 形 点 阵 具 体 来 说 ， 就 是 把 一 幅 图 画 分 割 成 如 图 2.3.1所 示 的 一 个 个 小 区 域 （ 像 元 或 像
3、素 ） ， 并 将 各 小 区 域 灰 度 用 整 数来 表 示 ， 形 成 一 幅 点 阵 式 的 数 字 图 像 。 它 包 括 采 样 和 量 化 两个 过 程 。 像 素 的 位 置 和 灰 度 就 是 像 素 的 属 性 。 2.1采 样 将 空 间 上 连 续 的 图 像 变 换 成 离 散 点 的 操 作 称 为 采 样 。采 样 间 隔 和 采 样 孔 径 的 大 小 是 两 个 很 重 要 的 参 数 。 当 对 图 像 进 行 实 际 的 抽 样 时 ， 怎 样 选 择 各 抽 样 点 的间 隔 是 个 非 常 重 要 的 问 题 。 关 于 这 一 点 ， 图 像 包 含
4、 何 种程 度 的 细 微 的 浓 淡 变 化 ， 取 决 于 希 望 忠 实 反 映 图 像 的 程度 。 不 同 形 状 的 采 样 孔 径 2.2量 化 经 采 样 图 像 被 分 割 成 空 间 上 离 散 的 像 素 ， 但 其 灰 度 是 连 续的 ， 还 不 能 用 计 算 机 进 行 处 理 。 将 像 素 灰 度 转 换 成 离 散 的 整 数 值 的 过 程 叫 量 化 。 表 示 像 素 明 暗 程 度 的 整 数 称 为 像 素 的 灰 度 级 （ 或 灰 度 值 或灰 度 ） 。 一 幅 数 字 图 像 中 不 同 灰 度 级 的 个 数 称 为 灰 度 级 数 ，
5、用 G表示 。 采 样 方 式 :有 缝 、 无 缝 和 重 迭 一 般 来 说 ， ， g就 是 表 示 存 储 图 像 像 素 灰 度值 所 需 的 比 特 位 数 。 若 一 幅 数 字 图 像 的 量 化 灰 度 级 数 G=256=28级 ， 灰度 取 值 范 围 一 般 是 0255的 整 数 ， 由 于 用 8bit就 能 表 示 灰度 图 像 像 素 的 灰 度 值 ， 因 此 常 称 8 bit 量 化 。 从 视 觉 效 果 来 看 ， 采 用 大 于 或 等 于 6比 特 位 量 化 的灰 度 图 像 ， 视 觉 上 就 能 令 人 满 意 。 一 幅 大 小 为 M N
6、、 灰 度 级 数 为 G的 图 像 所 需 的 存 储空 间 ， 即 图 像 的 数 据 量 ， 大 小 为 M N g （ bit）gG 2 灰 度 级 数 就 代 表 一 幅 数 字 图 像 的 层 次 。 图 像 数 据的 实 际 层 次 越 多 视 觉 效 果 就 越 好 。 数 字 图 像 根 据 灰 度 级 数 的 差 异 可 分 为 ： 黑 白 图 像 、 灰 度 图像 和 彩 色 图 像 。黑 白 图 像 图 像 的 每 个 像 素 只 能 是 黑 或 白 ， 没 有 中 间 的 过 渡 ， 故 又 称为 二 值 图 像 。 二 值 图 像 的 像 素 值 为 0或 1。例
7、如 011 100 001I 灰 度 图 像 灰 度 图 像 是 指 灰 度 级 数 大 于 2的 图 像 。 但 它 不 包 含 彩色 信 息 。彩 色 图 像 彩 色 图 像 是 指 每 个 像 素 由 R、 G、 B分 量 构 成 的 图 像 ，其 中 R、 B、 G是 由 不 同 的 灰 度 级 来 描 述 。 00255 800255 240240255R 02550 160255255 801600G 255255255 24000 160800B 100220250 18050120 2001500I 2.3 量 化 参 数 与 数 字 化 图 像 间 的 关 系 数 字 化 方
8、 式 可 分 为 均 匀 采 样 、 量 化 和 非 均 匀 采 样 、 量 化 。 所 谓 “ 均 匀 ” ， 指 的 是 采 样 、 量 化 为 等 间 隔 方 式 。 图 像数 字 化 一 般 采 用 均 匀 采 样 和 均 匀 量 化 方 式 。 非 均 匀 采 样 是 根 据 图 象 细 节 的 丰 富 程 度 改 变 采 样 间 距 。细 节 丰 富 的 地 方 ， 采 样 间 距 小 ， 否 则 间 距 大 。 非 均 匀 量 化 是 对 图 像 层 次 少 的 区 域 采 用 间 隔 大 量 化 ， 而对 图 像 层 次 丰 富 的 区 域 采 用 间 隔 小 量 化 。 采
9、用 非 均 匀 采 样 与 量 化 ， 均 会 使 问 题 复 杂 化 ， 因 此 很 少采 用 。 图 像 的 质 量1.平 均 亮 度 2.对 比 度 是 指 一 幅 图 象 中 灰 度 反 差 的 大 小 。 对 比 度 =最 大 亮 度 /最 小 亮 度 3.清 晰 度 由 图 像 边 缘 灰 度变 化 的 速 度 来 描 述 。4.分 解 力 或 分 辨 率 一 般 来 说 ， 采样 间 隔 越 大 ， 所 得图 像 像 素 数 越 少 ，空 间 分 辨 率 低 ， 质量 差 ， 严 重 时 出 现像 素 呈 块 状 的 国 际棋 盘 效 应 ； 采 样 间 隔 越 小 ，所 得 图
10、 像 像 素 数 越多 ， 空 间 分 辨 率 高 ，图 像 质 量 好 ， 但 数据 量 大 。 量 化 等 级 越 多 ， 所得 图 像 层 次 越 丰 富 ， 灰度 分 辨 率 高 ， 图 像 质 量好 ， 但 数 据 量 大 ； 量 化 等 级 越 少 ， 图像 层 次 欠 丰 富 ， 灰 度 分辨 率 低 ， 会 出 现 假 轮 廓现 象 ， 图 像 质 量 变 差 ，但 数 据 量 小 。 但 在 极 少 数 情 况 下对 固 定 图 像 大 小 时 ， 减少 灰 度 级 能 改 善 质 量 ，产 生 这 种 情 况 的 最 可 能原 因 是 减 少 灰 度 级 一 般 会 增 加
11、 图 像 的 对 比 度 。例 如 对 细 节 比 较 丰 富 的图 像 数 字 化 。 2. 4 数 字 化 器 数 字 化 器 必 须 能 够 将 图 像 划 分 为 若 干 像 素 并 分 别 给 它 们 地址 ， 能 够 度 量 每 一 像 素 的 灰 度 并 量 化 为 整 数 ， 能 够 将 这 些 整 数写 入 存 储 设 备 。一 、 数 字 化 器 组 成A 采 样 孔 ： 保 证 单 独 观 测 特 定 的 像 素 而 不 受 其 它 部 分 的 影 响 。B 图 像 扫 描 机 构 ： 使 采 样 孔 按 预 先 确 定 的 方 式 在 图 像 上 移 动 。C 光 传 感 器 ： 通 过 采 样 孔 测 量 图 像 的 每 一 个 像 素 的 亮 度 。D 量 化 器 ： 将 传 感 器 输 出 的 连 续 量 转 化 为 整 数 值 。E 输 出 存 储 体 ： 将 像 素 灰 度 值 存 储 起 来 。 它 可 以 是 固 态 存 储器 ， 或 磁 盘 等 。 常 用 的 数 字 化 器 是 扫 描 仪 、 数 码 相 机 和 数 码 摄 像 机 。
数字图像处理-数字化与基本图像处理方法
