120、圖像數(shù)字化

圖像數(shù)字化是將一幅畫面轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能處理的形式——數(shù)字圖像的過程。

模擬圖像 數(shù)字圖像 正方形點(diǎn)陣

具體來說，就是把一幅圖畫分割成如上圖所示的一個個小區(qū)域（像元或像素），并將各小區(qū)域灰度用整數(shù)來表示，形成一幅數(shù)字圖像。它包括采樣和量化兩個過程。小區(qū)域的位置和灰度就是像素的屬性。

121、采樣

將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)的操作稱為采樣。采樣間隔和采樣孔

徑的大小是兩個很重要的參數(shù)。

當(dāng)對圖像進(jìn)行實(shí)際的抽樣時，怎樣選擇各抽樣點(diǎn)的間隔是個非常重要的

問題。關(guān)于這一點(diǎn)，圖像包含何種程度的細(xì)微的濃淡變化，取決于希望忠實(shí)反映

圖像的程度。

122、量化

經(jīng)采樣圖像被分割成空間上離散的像素，但其灰度是連續(xù)的，還不能用

計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值的過程叫量化。一幅數(shù)字圖像中不同灰

度值的個數(shù)稱為灰度級數(shù)，用G表示。一般來說，G=2∧g,g就是表示圖像像素灰度值所需的比特位數(shù)。一幅大小為M×N、灰度級數(shù)為G的圖像所需的存儲空間，即圖像的數(shù)據(jù)量，大小為M×N×g （bit）

黑白圖像:是指圖像的每個像素只能是黑或白，沒有中間的過渡，故又

稱為二值圖像。二值圖像的像素值為0或1。

灰度圖像:灰度圖像是指每個像素由一個量化的灰度值來描述的圖像。它不包含彩色信息。

彩色圖像:彩色圖像是指每個像素由R、G、B三原色像素構(gòu)成的圖像，

其中R、B、G是由不同的灰度級來描述的。

123、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系

數(shù)字化方式可分為均勻采樣、量化和非均勻采樣、量化。所謂“均勻”,

指的是采樣、量化為等間隔。圖像數(shù)字化一般采用均勻采樣和均勻量化方式。

非均勻采樣是根據(jù)圖象細(xì)節(jié)的豐富程度改變采樣間距。細(xì)節(jié)豐富的地方，

采樣間距小，否則間距大。

非均勻量化是對像素出現(xiàn)頻度少的間隔大，而頻度大的間隔小。采用非均勻采樣與量化，會使問題復(fù)雜化，因此很少采用。

一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素數(shù)越少,空間分辨率低,質(zhì)量差，

嚴(yán)重時出現(xiàn)像素呈塊狀的國際棋盤效應(yīng)；采樣間隔越小，所得圖像像素數(shù)越多，

空間分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大。

量化等級越多，所得圖像層次越豐富，灰度分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)

據(jù)量大；量化等級越少，圖像層次欠豐富，灰度分辨率低，會出現(xiàn)假輪廓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量變差，但數(shù)據(jù)量小。但在極少數(shù)情況下對固定圖像大小時，減少灰度級能改善質(zhì)量，產(chǎn)生這種情況的最可能原因是減少灰度級一般會增加圖像的對比度。例如對細(xì)節(jié)比較豐富的圖像數(shù)字化。

124、數(shù)字化器

數(shù)字化器必須能夠?qū)D像劃分為若干像素并分別給它們地址，能夠度量每

一像素的灰度并量化為整數(shù)，能夠?qū)⑦@些整數(shù)寫入存儲設(shè)備。數(shù)字化器組成

A． 采樣孔：保證單獨(dú)觀測特定的像素而不受其它部分的影響。

B． 圖像掃描機(jī)構(gòu)：使采樣孔按預(yù)先確定的方式在圖像上移動。

C． 光傳感器：通過采樣孔測量圖像的每一個像素的亮度。

D． 量化器：將傳感器輸出的連續(xù)量轉(zhuǎn)化為整數(shù)值。

E． 輸出存儲體：將像素灰度值存儲起來.它可以是固態(tài)存儲器,或磁盤等。

常用的數(shù)字化器是掃描儀和數(shù)碼相機(jī)。

二、掃描儀工作原理

掃描儀是圖像輸入設(shè)備。其工作步驟是:

1.將欲掃描的原稿正面朝下鋪在掃描儀的玻璃板上;

2.啟動掃描儀驅(qū)動程序后，安裝在掃描儀內(nèi)部的可移動光源通過機(jī)械傳動

機(jī)構(gòu)在控制電路的控制下帶動裝著光學(xué)系統(tǒng)和CCD的掃描頭與圖稿進(jìn)行相對運(yùn)動來

完成掃描。

3.照射到原稿上的光線經(jīng)反射后穿過一個很窄的縫隙，形成橫向光帶，又

經(jīng)過一組反光鏡，由光學(xué)透鏡聚焦并進(jìn)入分光鏡,經(jīng)過棱鏡和紅綠藍(lán)三色濾色鏡得到的RGB三條彩色光帶,分別照到各自的CCD上,CCD將RGB光帶轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">模擬電子信號,該信號又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="http://www.www27dydycom.cn/v/tag/8115/" target="_blank">數(shù)字電子信號。

4. 將數(shù)字電子信號傳送至計(jì)算機(jī)存儲起來。

掃描儀的類型有很多種，按掃描儀所掃描對象來劃分，可分為反射式和透

射式兩種。根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)，掃描儀可分為手持式、平板式和滾筒式等幾種。

手持式掃描儀

這種掃描儀誕生于1987年，是當(dāng)年使用比較廣泛的掃描儀品種，最大掃描

寬度為105mm,用手推動,完成掃描工作,也有個別產(chǎn)品采用電動方式在紙面上移動,稱為自走式掃描儀。手持式掃描儀掃描幅面太窄，難于操作和捕獲精確圖像，掃描效果也很差。1995 ~1996年，各掃描儀廠家相繼停產(chǎn)了這一產(chǎn)品，使手持式掃描儀退出了歷史的舞臺.

鼓式掃描儀

又稱為滾筒式掃描儀.鼓式掃描儀是專業(yè)印刷排版領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品。滾筒式掃描儀的結(jié)構(gòu)特殊，它的工作原理是把原圖貼放在一個有機(jī)玻璃滾筒上，讓滾筒以一定的速率圍繞一個光電系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，探頭中的亮光源發(fā)射出的光線通過細(xì)小的錐形光圈照射在原圖上，一個像素一個像素地進(jìn)行采樣。這種掃描儀的光學(xué)分辨率高、色深高、動態(tài)范圍寬，而且輸出的圖像普遍具有色彩還原逼真、陰影區(qū)細(xì)節(jié)豐富、放大效果優(yōu)良等特點(diǎn)。但它的體積大，價格也很高。

平臺式掃描儀又稱平板式掃描儀、臺式掃描儀，這種掃描儀誕生于1984年，是目前掃描儀的主流產(chǎn)品。它的掃描區(qū)域?yàn)橐粔K透明的平板玻璃，將原圖放在這塊玻璃平板上，光源系統(tǒng)通過一個傳動機(jī)構(gòu)作水平移動，發(fā)射出的光線照射在原圖上，經(jīng)反射或透射后，由接收系統(tǒng)接收并生成模擬信號，再通過A／D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，直接傳送到電腦，由電腦進(jìn)行相應(yīng)的處理，完成掃描過程。平板式掃描儀的掃描速度、精度、質(zhì)量很好，已得到了很好的普及。

125、圖像灰度直方圖

一、定義

灰度直方圖反映的是一幅圖像中各灰度級像素出現(xiàn)的頻率。以灰度級為橫坐

標(biāo)，縱坐標(biāo)為灰度級的頻率，繪制頻率同灰度級的關(guān)系圖就是灰度直方圖。它是圖像的一個重要特征，反映了圖像灰度分布的情況。如下圖是一幅圖像的灰度直方圖。頻率的計(jì)算式為 ：

二、計(jì)算

該圖像像元總數(shù)為8*8=64, i=[0,7]

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

三、直方圖的性質(zhì)

①灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置

,即丟失了像素的位置信息。

②一幅圖像對應(yīng)唯一的灰度直方圖，反之不成立。不同的圖像可對應(yīng)相同

的直方圖。

③一幅圖像分成多個區(qū)域，多個區(qū)域的直方圖之和即為原圖像的直方圖。

四、直方圖的應(yīng)用

①用于判斷圖像量化是否恰當(dāng)

②用于確定圖像二值化的閾值

③當(dāng)物體部分的灰度值比其它部分灰度值大時，可利用直方圖統(tǒng)計(jì)圖像中物

體的面積。

④ 計(jì)算圖像信息量H（熵）