图像的数字化
数字图像处理第2章图像数字化
续图像的频谱与它的平移复制品重叠。
的高频分量混入到它的中频或低频部分，这种现象称为
混叠。在这种情况下，由函数的采样值重建的图像将产生失真。如图 2-1-4 所示，由于采样间隔不满足
奈奎斯特条件，采样图像的频谱在阴影区及其附近产生了混叠。当我们用图示的低通滤波器
取
出
重建图像时，将会带来两个问题：
(1) 图像信号损失了一部分高频分量，致使图像变得模糊。
像，但需要付出更大的存储空间作为代价。
连续图像
在二维空间域里进行采样时，常用的方法是对
进行均匀采样。取得各点的亮
度值，构成一个离散的函数 函数来表示，即
。若是彩色图像，则以三基色 R、G、B 的亮度作为分量的三维向量
1
相应的离散向量函数用(1.1.7)表示。
图 2-1-2 采样示意图(2) 评价连续图像经过采样获得数字图像的效果，采用如下一些参数。 图像分辨率是指采样所获得图像的总像素。例如，640×480 图像的总像素数为 307 200 个。在购买 具有这种分辨率的数码相机时，产品性能介绍上会给出 30 万像素分辨率这一参数。 采样密度是指在图像上单位长度所包含的采样点数。采样密度的倒数就是像素间距。 采样频率是指一秒钟内采样的次数。它反映了采样点之间的间隔大小。采样频率越高，丢失的信息 越少，采样后获得的样本更细腻逼真，图像的质量更好，但要求的存储量也就更大。 扫描分辨率表示一台扫描仪输入图像的细微程度。它指每英寸扫描所得到的点，单位是 dpi (dot per inch)。数值越大，表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量也越好。无论采用哪种评价 参数，实际上在进行采样时，采样点间隔的选取是一个非常重要的参数。
(a) 中央上升型
(b) 中央平稳型
图像数字化
图像数字化图像数字化是指将现实世界中的图像转换为数字形式的过程。
随着数字技术的发展，图像数字化已经在各个领域得到广泛应用。
本文将从图像数字化的定义、原理、应用及发展趋势等方面展开讨论。
一、图像数字化的定义在传统的摄影或绘画中，图像以物理形式存在，由各种颜色、形状、纹理等元素组成。
而图像数字化则将这些元素转化为数字信号，存储在计算机或其他数字设备中。
通过数字化，图像可以经过处理、分析、传输等一系列操作，为用户提供更多的功能和便利。
二、图像数字化的原理图像数字化的原理主要包括采样、量化和编码三个步骤。
首先，通过采样将连续的图像信号转换为离散的样本点；然后，通过量化将每个样本点的亮度值转换为数字信号；最后，通过编码将数字信号进行压缩和存储。
三、图像数字化的应用图像数字化的应用广泛涉及到图像处理、医学影像、虚拟现实、数字媒体等领域。
在图像处理中，数字化技术可以对图像进行增强、滤波、分割等操作，提高图像质量和分析效率。
在医学影像中，数字化使得医生可以更精确地观察病变部位，提高诊断水平。
在虚拟现实领域，数字化技术可以模拟出逼真的虚拟环境，给用户身临其境般的体验。
四、图像数字化的发展趋势随着计算机技术、人工智能等领域的飞速发展，图像数字化的应用也将不断拓展和深化。
未来，图像数字化可能会更注重图像质量的保真度和高清晰度，具有更强的实时性和交互性，同时也会更加便捷和智能化。
五、结语图像数字化作为数字技术的一项重要应用，正在深刻改变我们的生活和工作方式。
通过对图像数字化的理解和应用，我们可以更好地利用数字技术的力量，为社会发展和人类生活带来更多的可能性。
图像数字化的未来将更加丰富多彩，我们期待着它带来的更多惊喜和创新。
图像数字化
图像数字化是计算机图像处理之前的基本步骤，目的是把真实的图像转变成计算机能够接受的存储格式。
数字化过程分为采样与量化处理两个步骤，采样的实质就是要用多少点来描述一张图像，比如，一幅640×480的图像，就表示这幅图像是由307200个点所组成。
量化是指要使用多大范围的数值，来表示图像采样之后的每一个点。
这个数值范围包括了图像上所能使用的颜色总数，例如，以4个bits存储一个点，就表示图像只能有16种颜色，数值范围越大，表示图像可以拥有越多的颜色，自然可以产生更为细致的图像效果。
量化的结果是图像能够容纳的颜色总数。
两者的基本问题都是视觉效果与存储空间的取舍问题。
一个图像是如何数字化的呢？不妨从一张玩具鸭子图片说起。
首先要把图片打格子分成若干小块，每块用一个数字来表示一种颜色。
如果图像是纯黑白两色的，那每块只用1或0表示即可。
若图像是16色的，每块用4位二进数表示，因为2^4=16，即4位二进制有16种组合，每种组合表示一种颜色就行了。
真彩色位图的每个小块，都是由不同等级的红绿蓝三种色彩组合的，如图所示，每种颜色有2^8个等级，所以共有2^24种颜色，因此每小块需要24位二进制数来表示。
可见，数字图像越艳丽，则需要记录的二进制数就越多越长。
除此之外，打的格子越密，则一副图的总数据量就越大，此例中鸭子图片分成了11×14=154块，按真彩色位图来计算，则总数据量为154×24=3696比特。
这些小格子显然是太大了，不能表现图片的细节，实际中的格子要密得多，例如1024×768，这是大家都熟悉的显示分辩率。
看这张滑雪图，人体的色彩变化比较大，而天空和雪的色彩却非常单调，可以想象，代表每个小格颜色的数值也应该非常接近，图右下的原始数据是8个相邻格子的色彩数据，由于两个相邻格子的数据差异很小，所以可以用第一个格式数据当作第二个格子数据的预测值，经实际测量后，把真实值与预测值的差值求出来，并用这个差值来表示第二个格子的色彩。
图像数字化
1、图像数字化的过程有些什么内容，具体是如何实现的?图像数字化：是将一幅图像从其原来的形式转换为数字形式的处理过程。
要在计算机中处理图像，必须先把真实的图像（照片、画报、图书、图纸等）通过数字化转变成计算机能够接受的显示和存储格式，然后再用计算机进行分析处理。
图像的数字化过程主要分采样、量化与编码三个步骤。
[2]○1、采样：是的在一幅图像每个像素位置上测量灰度值。
图像采样采样的实质就是要用多少点来描述一幅图像，采样结果质量的高低就是用前面所说的图像分辨率来衡量。
简单来讲，对二维空间上连续的图像在水平和垂直方向上等间距地分割成矩形网状结构，所形成的微小方格称为像素点。
一副图像就被采样成有限个像素点构成的集合。
例如：一副640*480分辨率的图像，表示这幅图像是由640*480=307200个像素点组成。
如图“图像采样”所示，左图是要采样的物体，右图是采样后的图像，每个小格即为一个像素点。
采样频率是指一秒钟内采样的次数，它反映了采样点之间的间隔大小。
采样频率越高，得到的图像样本越逼真，图像的质量越高，但要求的存储量也越大。
在进行采样时，采样点间隔大小的选取很重要，它决定了采样后的图像能真实地反映原图像的程度。
一般来说，原图像中的画面越复杂，色彩越丰富，则采样间隔应越小。
由于二维图像的采样是一维的推广，根据信号的采样定理，要从取样样本中精确地复原图像，可得到图像采样的奈奎斯特（Nyquist）定理：图像采样的频率必须大于或等于源图像最高频率分量的两倍。
[2]○2．量化量化是指要使用多大范围的数值来表示图像采样之后的每一个点。
量化的结果是图像能够容纳的颜色总数，它反映了采样的质量。
例如：如果以4位存储一个点，就表示图像只能有16种颜色；若采用16位存储一个点，则有216=65536种颜色。
所以，量化位数越来越大，表示图像可以拥有更多的颜色，自然可以产生更为细致的图像效果。
但是，也会占用更大的存储空间。
两者的基本问题都是视觉效果和存储空间的取舍。
图像数字化原理
图像数字化原理
图像数字化原理是将连续变化的图像转换为离散的数字形式。
其基本原理是将图像分割成一个个小的像素单元，并将每个像素的亮度值转换为数字信号表示。
图像数字化总体流程包括采样、量化和编码。
首先是采样过程，将连续的图像信号按照一定间隔在水平和垂直方向进行采样，得到一系列离散的像素点。
采样过程的间隔决定了图像的分辨率，即每个像素点代表的实际空间的大小。
然后是量化过程，将每个采样点的亮度值转换为一组不同离散级别的数字。
通常使用的量化器是将连续的亮度范围划分成若干个等间隔的亮度级别，并将每个像素的亮度落在离散的亮度级别上。
量化的级别越多，图像的灰度级别就越丰富，图像的细节表达也更加清晰。
最后是编码过程，将每个量化后的采样点表示为二进制码。
这可以通过使用固定长度的二进制码来表示每个离散级别，或者使用变长编码方法来实现更高的数据压缩率。
常见的编码方法包括霍夫曼编码和熵编码等。
图像数字化原理的核心在于通过采样、量化和编码将连续的图像信号离散化表示，从而方便在计算机系统中进行存储、处理和传输。
图像数字化的流程的三个步骤
图像数字化的流程的三个步骤英文回答：
1. Image Acquisition:
The process of capturing an image from the real world. This can be done using a variety of devices, such as a digital camera, scanner, or webcam.
2. Image Preprocessing:
The process of preparing the image for further processing. This may involve operations such as noise removal, color correction, and image resizing.
3. Image Segmentation:
The process of dividing the image into its constituent parts. This can be done using a variety of techniques, such as thresholding, edge detection, and region growing.
中文回答：
1、图像采集:
将图像从现实世界中捕获的过程。
这可以使用多种设备来完成，例如数码相机、扫描仪或网络摄像头。
2、图像预处理:
为进一步处理准备图像的过程。
这可能涉及去除噪声、校正颜
色和调整图像大小等操作。
3、图像分割:
将图像划分为其组成部分的过程。
这可以使用多种技术来完成，例如阈值处理、边缘检测和区域增长。
第二章 图像的数字化
所以，要使数字图像保有一定的空间分辨 率，从而不丢失原连续图像所表达的信息， 图像采样间隔就必须依一定的规则选取合 图像采样间隔就必须依一定的规则选取合 适的值。 这个规则就是二维采样定理。 这个规则就是二维采样定理。
二维采样定理：如果二维信号f 二维采样定理：如果二维信号f (x, y)的二维傅立叶 y)的二维傅立叶 频谱F 频谱F (u, v)满足: v)满足: 其中,Uc、Vc为相应于空间位移变量x 其中,Uc、Vc为相应于空间位移变量x和y的最高截 至频率，则当采样周期△x、△y满足 至频率，则当采样周期△x、△y 奈奎斯特条件 时，用采样信号f 时，用采样信号f (m △x, n △y) m, n = -∞,…,∞,…,1,0,1,…,+∞ 能唯一地恢复出原信号f (x, y)。 能唯一地恢复出原信号f y)。
Байду номын сангаас
图像传感器 主要分为CCD、CMOS以及CIS传感器三种 。 主要分为CCD、CMOS以及CIS传感器三种 CCD即电荷偶合器件，可分为线型与面型两种，其中线 CCD即电荷偶合器件，可分为线型与面型两种，其中线 型应用于影像扫瞄器及传真机上；面型主要应用于数码相 机、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。 CMOS即互补金属氧化物半导体，分为被动式像素传感器 CMOS即互补金属氧化物半导体，分为被动式像素传感器 CMOS与主动式像素传感器CMOS，应用于数码相机、电 CMOS与主动式像素传感器CMOS，应用于数码相机、电 脑摄像头、可视电话、手机、视频会议、智能型保全系统、 汽车倒车雷达等。 CIS即“接触式图像传感器”，一般是以硫化镉作感光材 CIS即“接触式图像传感器”，一般是以硫化镉作感光材 料，清晰度不高，主要应用于扫描仪、复印机、传真机等
图像数字化
图像数字化图像数字化是一种将传统的模拟图像转换为数字形式的过程。
随着科技的飞速发展，图像数字化在各个领域得到了广泛应用，包括医学影像、数字艺术、遥感、安防监控等领域。
本文将探讨图像数字化的原理、方法以及在不同领域中的应用。
原理介绍图像数字化的原理主要涉及到采样、量化和编码三个步骤。
首先，图像在水平和垂直方向上进行采样，将连续的模拟信号离散化为一系列的采样点。
然后，对这些采样点进行量化处理，将其转换为数字信号。
最后，将数字信号编码为计算机可识别的形式，如二进制码流，以便存储和处理。
方法分类图像数字化的方法可以分为扫描式和传感器式两种。
扫描式的数字化方法是通过扫描器扫描传统的纸质图像或照片，将其转换为数字形式。
而传感器式的数字化方法则是通过数字相机等设备直接获取图像，不需要中间的扫描步骤。
在数字化过程中，常用的格式包括位图（Bitmap）、矢量图（Vector）和栅格图（Raster）。
不同的格式适用于不同的应用场景，如位图适用于照片和复杂图像，矢量图适用于图形和文档扫描，栅格图适用于动画和游戏制作。
应用领域解析医学影像在医学影像领域，图像数字化技术的应用已经成为临床诊断和治疗的重要手段。
医学影像数字化后可以方便存储和传输，以及进行数字图像处理和分析，有助于医生更准确地判断病情和制定治疗方案。
数字艺术数字艺术是指利用计算机和数字技术创作的艺术作品，其中图像数字化技术扮演着重要角色。
数字艺术家可以利用各种软件对图像进行处理和编辑，创作出各种形式的作品，如数字画作、动画和虚拟现实作品。
遥感遥感是利用航空器、卫星等远距离传感器对地球表面信息进行感知的技术。
图像数字化在遥感领域的应用可以用于地图绘制、资源调查、环境监测等方面，有助于实现精准农业、城市规划等应用。
安防监控在安防监控领域，图像数字化技术可以帮助监控中心对视频图像进行实时监测和录制。
数字化的监控系统可以实现智能识别、追踪等功能，有助于提高监控效率和准确性。
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假设有一幅黑白灰度的照片，因为它在水平于垂直方向上的灰度变化都是连 续的，都可认为有无数个像素，而且任一点上灰度的取值都是从黑到白可以有无 限个可能值。通过沿水平和垂直方向的等间隔采样可将这幅模拟图像分解为近似 的有限个像素，每个像素的取值代表该像素的灰度（亮度）。对灰度进行量化， 使其取值变为有限个可能值。
二、量化
量化是指要使用多大范围的数值来表示图像采样之后的每一个点。量化的结 果是图像能够容纳的颜色总数，它反映了采样的质量。
图像经过采样后，在时间和空间上离散化为像素。但采样所得的像素值，即 灰度值仍然是连续量。将采样所得的连续像素值转换为离散整数值的过程称为量 化。量化是图像幅度的数字化处理，即使连续信号的幅度用有限级的数码表示的 过程。量化在一定的准则下进行的，比如最小平方误差、人眼视觉特性的主观准 则等。量化的准则不同，将导致不同的量化效果[3]。
就被采样成有限个像素点构成的集合。例如：一副 640*480 分辨率的图像，表示 这幅图像是由 640*480=307200 个像素点组成。 如图所示，左图是要采样的物体，右图是采样后的图像，每个小格即为一个像素 点[2]。
采样间隔大小的选取依据原图像中包含的细微浓淡变化来决定。它决定了采 样后图像的质量，即忠实于原图像的程度。采样频率是指一秒钟内采样的次数， 它反映了采样点之间的间隔大小。采样频率越高，得到的图像样本越逼真，图像 的质量越高，但要求的存储量也越大。
在进行采样时，采样点间隔大小的选取很重要，它决定了采样后的图像能真 实地反映原图像的程度。一般来说，原图像中的画面越复杂，色彩越丰富，则采 样间隔应越小。由于图像基本上是采取二维平面信息的分布方式来描述的，所以 为了对它进行采样操作，需要先将二维信号变为一维信号，再对一维信号完成采 样。换句话说，将二维采样转换成两次一维采样操作来实现。根据信号的采样定 理，要从取样样本中精确地复原图像，可得到图像采样的奈奎斯特（Nyquist） 定理：图像采样的频率必须大于或等于源图像最高频率分量的两倍。即
应用
计算机图像数字化的发展在许多领域产生了重大影响。在现代医学影像学的 飞速发展过程中,计算机便可以在患者影像资料的无胶片管理和放射科的图像存 档以及传输系统(picture archiving and communication system,PACS)等方面发挥数 字化作用,极大地提高工作效率和工作质量,丰富诊断的内容和视觉,并使远程放 射学成为现实[4]。 为了探索脉动燃烧火焰图像的自身属性，实现火焰区域和特 征参数的提取，搭建了强迫式振荡火焰试验台。通过图像灰度特性和颜色特性的 细致分析，系统地研究了图像分割技术在脉动燃烧火焰图像中的应用，实现了火 焰特征参数的提取[5]。还有与土木工程结构试验中传统的图形处理方法相比，图 形数字化技术可以实现对结构整体位移、局部变形以及裂缝开展情况的实时、同 步、在线测试，并可方便地利用计算机对所采集的数据进行存储、传输和处理[6]。
结束语
经过近 90 年的发展，特别是第 3 代数字计算机问世后，图像数字化技术出 现了空前的发展，但存在一定的问题：在提高精度的同时着重解决处理速度的问 题,巨大的信息量和数据量和处理速度仍然是一对主要矛盾；软件的研究和开发 新的处理方法都需要增强，建立图像信息库和标准子程序。
图像数字化处理技术的未来发展方向大致可归纳为：图像数字化将开展实时 图像处理的理论及技术的研究，向高速、高分辨率、立体化、多媒体化、智能化 和标准化的方向发展；图像与图形相结合，将朝着三维成像或多维成像的方向发 展；硬件芯片方面，会将图像处理的众多功能固化在一个芯片上极大增强图像数 字化的效率；在新理论与新算法方面的研究也会有进一步的进展。
连续图像 f (x, y)
采样
采样图像 fs(m, n)
量化
数字图像 f (m, n)
图像的数字化过程
一、采样
采样的实质就是要用多少点来描述一幅图像，采样结果质量的高低就是用前 面所说的图像分辨率来衡量。简单来讲，对二维空间上连续的图像在水平和垂直 方向上等间距地分割成矩形网状结构，所形成的微小方格称为像素点。一副图像
经过这样采样和量化得到的一幅空间上表现为离散分布的有限个像素，灰度 取值上表现为有限个离散的可能值的图像称为数字图像。只要水平和垂直方向采 样点数足够多，量化比特数足够大，数字图像的质量就比原始模拟图像毫不逊色。
在量化时所确定的离散取值个数称为量化级数。为表示量化的色彩值（或亮 度值）所需的二进制位数称为量化字长，一般可用 8 位、16 位、24 位或更高的 量化字长来表示图像的颜色；量化字长越大，则越能真实第反映原有的图像的颜 色，但得到的数字图像的容量也越大。 量化分类： （1）标量量化：对每个像素做独立的量化。 （2）矢量量化：将多个像素组成一组，构成一个矢量，然后按组进行量化。Βιβλιοθήκη x0 2 xc y0 2 yc
将二维图像信号变换成一维图像信号最常用的方法是，首先沿垂直方向按一 定间隔，从上到下的顺序沿水平方向以直线扫描的方式，取出各个水平行上灰度
值的一维扫描信息，从而获得图像每行的灰度值阵列，即一组一维的连续信号。 然后再对一维扫描线信号按一定时间间隔采样得到离散信号。换句话说，图像采 样是通过先在垂直方向上采样，然后将得到的结果再沿水平方向采样两个步骤来 完成操作的。经过采样之后得到的二维离散信号的最小单位就称为像素(pixel)。
图像的数字化
专业：电子与通信工程 姓名：赵彬 学号：149030006
图像的数字化
引言
由于多媒体技术的快速发展，大量生动逼真的数字化图像给我们带来了巨大 乐趣，但是对数字图像的的基础知识了解很少。本文将将重点介绍图像的数字化 过程以及数字化过程所用到的一些方法。
原理
要把现实中的图像转化为计算机可以处理的图像，必须要把真实的图像转换 为计算机能够接受的显示和存储方式，然后再用计算机分析和处理[1]。将模拟图 像转变成数字图像的转换过程称为图像数字化，该过程可简单地分为：采样和量 化两个步骤。如下图所示：
参考文献
[1]肖毅 图像的数字化处理及其文件格式的特点 [2]陈炳权 刘宏立 孟凡斌 数字图像处理技术的现状及其发展方向 [3]何东健 数字图像处理 [4]赵波 计算机图像数字化与医学影像学之应用 [5]吴敏 图像数字化处理技术在脉动燃烧火焰研究中的应用 [6]薛伟辰 刘恩 图形数字化技术在土木工程结构试验中的应用