图像的数字化表示(精选)
《图像的数字化》说课稿
说 重 点 、难 点
重点：理解图像编码的基本方式和了解图像数字化过程
难点：图像色彩深度与颜色数之间的关系
说教法与学法
讲授法、分组教学法、自主探究
分组教学
讲授法
多媒体展示
自主探究
说教学策略
解决问题的策略 避免平铺直叙地讲解，将深奥、 抽象的知识溶解在贯穿课堂的 学生对纯理论的内容不感 实 践 活 动 中 ， 以 Excel 表 格 的 兴趣 “图像编码”让学生从理论和 实践的相互交融中深切感受知 识的魅力。 将 excel 表格作为研究对象，并 图像色彩一般较复杂，研 制作模型图作为教具。使复杂 究起来比较麻烦 抽象的问题简单化、具体化。
说 教 学 过 程----总 结 展 望
总结：
1.回顾这节课，我们了解了图像数字化的过程、通过体验探索了图像编码 的基本方式、通过计算比较了解了图像数据量的计算方法并且了解到文件大小
与分辨率、色彩深度还有编码方式都有关系。
2.归纳梳理图像数字化过程，理解图像数字化是各类图像处理的基础。 3.利用电子教室的在线考试功能，提供课堂自测，要求学生3分钟完成并 查看结果。
学生真正体会到计算机是如何具体地表示与存储图像的。在整个
教学中，在汉字编码知识了解的基础上，后续还有音频、视频等 多媒体信息的数字化的学习，因此，起到承前启后的作用，对编 码思想与编码方式的理解进行巩固和加深，并为音视频编码的理 解打下基础，这对于后面要学习音频和视频的数字化可以起到知 识迁移的作用。
意在计算机课上去理解与记忆。
说教学目标
1、知识与技能目标 （1）理解图像编码的基本方式
（2）理解图像颜色数与色彩深度之间的关系
（3）了解图像数字化过程 （4）能够计算图像数据量的大小 （5）知道压缩编码的思想 2、过程与方法 （1）体验不同颜色图案的编码过程，发现问题、分析问题，解决问题 （2）通过彩色图像的编码任务，分析解决问题的条件，以计算机的身份思考图像数字化过程。 （3）通过具体图像的计算，并且通过具体数据的对比，发现问题，分析疑惑，最终得出结论。 3、情感态度价值观 （1）在探究实验中，培养勇于实践，严谨实施的科学态度。 （2）逐步养成勤于思考，自主解决问题的习惯
图形图像数字化表示
⑴与图像质量密切相关的因素：图像分辨率
图像分辨率是指单位面积（或长度）的像素数。其单位是DPI （dots per inch），意思是每英寸上的像素数。
分辨率为 72 dpi
分辨率为300 dpi
• 例如：
• 72dpi分辨率的1英 寸× 1英寸图像
• 包 含 总 共 5184 （72*72）像素；
bmp
jpg
21
22
23
24
11
影响数字化图形、图像显示效果的因素
1、显示分辨率大于实际的图像分辨率时， 就会产生图像模糊的情况 2、图像分辨率大于显示分辨率时，就只能 显出图像的一部分
显示器越大，分辨率也自然就越大 19寸（参考） 方屏:1024X768; 宽屏:1440X900 显示器都有个它支持的分辨率范围，高的 分辨率会造成显示器显象管无法承担，反 而造成屏幕发钭，变10形等情况
1. 存储容量小
2.图像与分辨率无关
3.图像放大或缩小不失真
• 缺点 • 用途
1.用数学方程式来描述图像，运算比较复杂 2.图像色彩比较单调
基于矢量的程序特别适用于广告、标识设计和工点组成的点阵图，我们称为位图（bitmap），构成 位图的点称为像素（Pixel）。位图与我们生活中的手工 “十字绣”很相似。
特点 3.用数学方程式来描述图像，运 放大或缩小易产生失真
算比较复杂
3.存储容量大
4.图像色彩比较单调 5.多由绘图软件绘制得到
常用 CorelDraw 、 Flash
工具
4.一般通过扫描仪扫描图像、 数码相机拍摄现场等来获 得
PhotoShop、 画图
FireWorks、 ACDsee
格式 Swf fla
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。
数字图像处理 第2章 图像的数字化与显示
（2.20）
2.3.3 空间与灰 度级分辨率
对一幅图像，当量化级数Q一定 时，采样点数 M×N 对图像质量有着显 著的影响。采样点数越多，图像质量越 好；当采样点数减少时，图像越小，图 上的块状效应就逐渐明显。
图像的采样与数字图像的质量
图像的量化与数字图像的质量
量化级数越多，图像质量越好，当量化级数越少时，图像质量越 差，量化级数最小的极端情况就是二值图像，图像出现假轮廓。
2.2 图像场取样
2.2.1 取样和量化的基本概念
数字化包括取样和量化两个过程 ：
取样(sampling)：对空间连续坐标(x, y)的 离散化 量化(quantization)：幅值 f (x, y)的离散化
（a）连续图像
（b）数字化结果
图2.1 图像的数字化过程
(a)
(b)
图2.2 采样网格 (a) 正方形网格; (b) 正六角形网格
截止频率。
u U c , v Vc u U c , v Vc
（2.8）
其中 U c , Vc 对应于空间位移变量x和y的最高
则当采样周期
x, y满足
（2.9）
1 u s 2U c x 1 vs 2Vc y
此时，通过采样信号 f ( mx, ny ) 能唯一地恢 复或重构出原图像信号f (x,y)。该条件称为 Nyquist采样定理。
• 2.3.1
•
标量量化
标量量化：将数值逐个量化 。 例：假设抽样信号的范围是0~5 V，将它分为8等
分，这样就有8个量化电平，分别是5/8 V，10/8 V，15/8 V，…，35/8 V。 对每一个采样将它量化为离它最近的电平。 在量化后，为了能在数字信号处理系统中处理 二进制码，还必须经过编码操作。
图像的数字表示
1. 3 数字图像的数学表示可把一幅图像的数学表示方法分为确定性表示或随机性表示，通常针对不同问题选用不同方法[5]。
1. 3. 1 确定性表示图像的实质是记录了“物体（图像源）辐射能量的空间分布”。
图像函数表示一幅连续图像：),,,,(t z y x F I λ= 5－D ：一幅活动的、彩色的、立体图像Multispectral Image其中I 表示图像强度或亮度；,,,z y x 表示空间坐标；t ,λ分别表示光波波长和时间。
),,(z y x F I = 3－D ：立体、单色图像),,,(t y x F I λ= 4－D ：平面、彩色、活动图像),,(t y x F I = 3－D ：平面、单色、活动图像),(y x F I = 2－D ：静止的、平面、单色图像 连续图像(,,,,)F x y z t λ隐含了四项约束：（1）0(,,,,)F x y z t A λ≤≤光强是实数，非负，有界的，且最大的亮度不能超过一实数A 。
（2）x xy yz zL x L L y L L z L −≤≤+−≤≤+−≤≤+ 实际图像系统和成像尺寸是有界的。
对二维情况，把模型设在一个矩形区域内易于连续图像的数字化。
（3）T t T −≤≤实际的观察时间是有限的。
（4）图像函数应在定义域内出现。
对多光谱图像（如彩色图像或遥感图像），观察到的象场为光谱函数(,,,)F x y t λ对光谱响应()i s λ的加权积分：∫∞==0)(),,,(),,(λλλd s t y x F t y x F I i（若是单色图像，F 仅与空间和时间相关）)(λi s 为第i 个光谱像的光谱响应（即第i 个传感器的光谱响应）。
交通导航用来检测藏匿于人衣物下的武器。
被动式毫米波成像系统获得的图像都很模糊，图像增强是很重要的工作。
）检测识别多光谱卫星（如美国的测地卫星）：拍摄地球上的特定地区，得到的图像有黑白图片，有的能显示一些地球特性；可以确定海岸线附近的浅水区或武器装备经过的地方；每当地面上出现干扰，就会引起频谱改变，把多光谱计算机图像加以比较，通过计算机增强数据，显示出这些改变。
数字图像处理期末试卷及答案
XXXX 学院2020-2021学年学期期末考试卷课程《数字图像处理》考试时间: 120 分钟班级姓名学号一. 填空题（每空1分, 共20分）1.________是指由外部轮廓线条构成的矢量图, 即由计算机绘制的直线、圆、矩形、曲线、图表等。
2.图像根据色彩分为: 彩色图像、___________和___________。
3.对一幅连续图像f(x,y)在二维空间上的离散化过程称为___________，离散化后的采样点称为___________。
4.图像分辨率包括___________和___________两部分, 它们分别由采样点数和灰度级来控制。
5.普通彩色图像中, 一个像素需要24比特构成, R、G、B各占______个比特, 可能的颜色数有______种。
6.RGB模型, 也叫______、______、______模型, 广泛用于彩色显示器, 高质量彩色摄像机中。
7.在HSI空间中, 彩色图像包含色调、___________和___________三个分量。
8.______________是一种线性的积分变换, 常在将信号在时域（或空域）和频域之间变换时使用, 在物理学和工程学中有许多应用。
9.灰度变换是数字图像增强技术的一个重要的手段, 目的是使图像的__________动态范围扩大, 图像的__________扩大, 图像更加清晰, 特征越发明显。
10.图像的退化由系统特性和__________两部分引起。
11._____________是利用图像数据的冗余进行压缩，可完全恢复原始数据而不引起任何失真，压缩率受冗余度的理论限制。
1. ________目的是改善图像质量, 使图像更加符合人类的视觉效果, 从而提高图像判读和识别效果的处理方法。
A.图像增强B.图像变换C.图像分割D.图像复原2. ________是指当观察目标和背景时, 会感到背景较暗的目标物较亮, 而背景较亮的目标物则较暗。
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总结：
图 像 的 大 小
11
X方向的像素点
分辨率
Y方向的像素点
色彩深度（单色图（1位）、两位灰 度图、8位灰度图、24位彩色图）
图像的数字化表示（精选）
图片文件大小的计算
一幅图片，图像分辨率是640×480,32位 色彩，那么这幅画面所占据的数据量是 多少？
计算过程：
640×480×32÷8÷1024÷1024
图像的数字化表示
1
图像的数字化表示（精选）
图像的分类
矢量图，在数学上定义为一系列由线连接的点，它具有颜色、形状、轮廓、 大小和屏幕位置等属性。即使随意改变其大小，也不会失真。这些特征使 基于矢量的程序特别适用于广告、标识设计和工业辅助设计。基于矢量的 绘图同分辨率无关，它们可以按最高分辨率显示到输出设备上。
2位深度图像
图像有几种颜色的像素？ 每个像素能否用一位二进表示？为什么？
每个像素如何用二进制表示？
5
图像的数字化表示（精选）
灰度图像
8位灰度图像
表示这幅图像的每个像素应该 用几位二进制数表示？
颜色列表中最黑的颜色怎样用二 进制表示，最白的颜色怎样 用二进制数表示？
6
图像的数字化表示（精选）
彩色图像
≈1.2MB
1Byte=8bit
1KB=1024Byte
1MB=1024KB
1GB=1024MB
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图像的数字化表示（精选）
一张图片，分辨率是800×600，16位色彩，那么 这幅图的数据大小是多少？
800×600×16÷8÷1024÷1024 ≈0.916MB
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图像的数字化表示（精选）
一个时间为2分钟，分辨率为640*480，24位色彩的数字无 声视频。如果视频以25帧/秒的速度播放，则这段视频要播放 的数据量大约（不压缩）是（）。
图像分辨率= （x方向的象素数×y方向的象素数）
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图像的数字化表示（精选）
巩固与练习
图像
尺寸 总像素数 色彩深度 该图像占用多少位存储空间？ 该图像大小为多少B(字节)？ 该图像大小为多少KB？ 该图像大小为多少MB
一个1G的U盘能够存储多少幅这样的图像
3648*2736 24
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图像的数字化表示（精选）
提问：
16色位图（64格*64格）的存储容量？ 4X64X64/8=2KB
256色位图（64格*64格）的存储容量？ 8X64X64/8=4KB
24位位图（1024*768）的存储容量？ 24X1024X768/8=2MB
8
图像的数字化表示（精选）
从上面的计算我们可以得到：
位图文件大小的计算： 文件的字节数＝图像分辨率×图像量化位数（二进制颜色位数）/8
24位彩色图像
RGB分别表示什么？ 彩色图像的每个像素是怎样呈现出来的？
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图像的数字化表示（精选）
位图的存储（计算）
64*64
“观”分成64X64的点阵，其中黑色的点在计算机中用0表示，白色的点 用1表示，每个点对应位图的1个像素，所以存储容量计算： 1x64x64=4096(bit) 4096(bit)/8=512(byte)
A、2636.72MB B、21093.75M C、21.97MB D、2764.8MB
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图像的数字化表示（精选）
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图像的数字化表示（精选）
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图像的数字化表示（精选）
图像的分类
由许多点组成的点阵图，我们称为位图（bitmap），构成位图的点称 为像素（Pixel）。位图与我们生活中的手工“十字绣”很相似。
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图像的数字化表示（精选）
像素的数字化
图像特点？ 图像中每个像素的特点？ 每个像素如何用二进制表示？
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图像的数字化表示（精选）
灰度图像