图像处理基础知识笔记14

120、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上图所示的一个个小区域（像元或像素），并将各小区域灰度用整数来表示，形成一幅数字图像。它包括采样和量化两个过程。小区域的位置和灰度就是像素的属性。

121、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。

122、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。一幅数字图像中不同灰

度值的个数称为灰度级数，用G表示。一般来说，G=2∧g,g就是表示图像像素灰度值所需的比特位数。一幅大小为M×N、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）

黑白图像:是指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。

灰度图像:灰度图像是指每个像素由一个量化的灰度值来描述的图像。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三原色像素构成的图像，

其中R、B、G是由不同的灰度级来描述的。

123、量化参数与数字化图像间的关系

数字化方式可分为均匀采样、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。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。

非均匀量化是对像素出现频度少的间隔大，而频度大的间隔小。采用非均匀采样与量化，会使问题复杂化，因此很少采用。

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图像的对比度。例如对细节比较丰富的图像数字化。

124、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。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和数码相机。

二、扫描仪工作原理

扫描仪是图像输入设备。其工作步骤是:

1.将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上;

2.启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移动光源通过机械传动

机构在控制电路的控制下带动装着光学系统和CCD的扫描头与图稿进行相对运动来

完成扫描。

3.照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成横向光带，又

经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜,经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带,分别照到各自的CCD上,CCD将RGB光带转变为模拟电子信号,该信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。

4. 将数字电子信号传送至计算机存储起来。

扫描仪的类型有很多种，按扫描仪所扫描对象来划分，可分为反射式和透

射式两种。根据其组成结构，扫描仪可分为手持式、平板式和滚筒式等几种。

手持式扫描仪

这种扫描仪诞生于1987年，是当年使用比较广泛的扫描仪品种，最大扫描

宽度为105mm,用手推动,完成扫描工作,也有个别产品采用电动方式在纸面上移动,称为自走式扫描仪。手持式扫描仪扫描幅面太窄，难于操作和捕获精确图像，扫描效果也很差。1995 ~1996年，各扫描仪厂家相继停产了这一产品，使手持式扫描仪退出了历史的舞台.

鼓式扫描仪

又称为滚筒式扫描仪.鼓式扫描仪是专业印刷排版领域应用最广泛的产品。滚筒式扫描仪的结构特殊，它的工作原理是把原图贴放在一个有机玻璃滚筒上，让滚筒以一定的速率围绕一个光电系统旋转，探头中的亮光源发射出的光线通过细小的锥形光圈照射在原图上，一个像素一个像素地进行采样。这种扫描仪的光学分辨率高、色深高、动态范围宽，而且输出的图像普遍具有色彩还原逼真、阴影区细节丰富、放大效果优良等特点。但它的体积大，价格也很高。

平台式扫描仪又称平板式扫描仪、台式扫描仪，这种扫描仪诞生于1984年，是目前扫描仪的主流产品。它的扫描区域为一块透明的平板玻璃，将原图放在这块玻璃平板上，光源系统通过一个传动机构作水平移动，发射出的光线照射在原图上，经反射或透射后，由接收系统接收并生成模拟信号，再通过A／D转换成数字信号，直接传送到电脑，由电脑进行相应的处理，完成扫描过程。平板式扫描仪的扫描速度、精度、质量很好，已得到了很好的普及。

125、图像灰度直方图

一、定义

灰度直方图反映的是一幅图像中各灰度级像素出现的频率。以灰度级为横坐

标，纵坐标为灰度级的频率，绘制频率同灰度级的关系图就是灰度直方图。它是图像的一个重要特征，反映了图像灰度分布的情况。如下图是一幅图像的灰度直方图。频率的计算式为 ：

二、计算

该图像像元总数为8*8=64, i=[0,7]

v0=5/64v1=12/64v2=18/64v3=8/64v4=1/64v5=5/64v6=8/64v7=5/64

三、直方图的性质

①灰度直方图只能反映图像的灰度分布情况，而不能反映图像像素的位置

,即丢失了像素的位置信息。

②一幅图像对应唯一的灰度直方图，反之不成立。不同的图像可对应相同

的直方图。

③一幅图像分成多个区域，多个区域的直方图之和即为原图像的直方图。

四、直方图的应用

①用于判断图像量化是否恰当

②用于确定图像二值化的阈值

③当物体部分的灰度值比其它部分灰度值大时，可利用直方图统计图像中物

体的面积。

④ 计算图像信息量H（熵）