图像信号数字化

❖I=f(x,y,t)
❖ 作为彩色活动图像，就要考虑不同光 的波长，根据三基色原理，任何一种彩 色可以分解为红、绿、蓝三种基色。所
❖I=｛fr(x,y,t),fg(x,y,t),fb(x,y,t)｝
❖ 当图像内容不随时间变化时，我们称 之为静止图像。对黑白静止图像而言，
❖I=f(x,y)
❖ 通常我们将图像定义为矩形，这是由 于人眼的视野是有界的，因此图像在空
第二节 图像信号的数字化
一、
❖ 一幅黑白静止平面图像，比如 照片，其中各点的灰度值可以用 其位置坐标(x,y)的函数f(x,y)来描 述。
❖ 模拟图像数字化的基本过程包 括两个方面：采样和量化。
❖ 采样的实现只是完成了图像空间位置 的离散化，这时所得的信号还不是离散 信号，还需要将样点值的取值进行离散 化。
图4.1 图像通信和图像质量关系模型图
四、 图像质量的主观评价
❖1. 一般图像质量的主观评价
❖ 图像质量的主观评价就是以人作为图 像的观察者，对图像的优劣作出的主观 评定。
❖ 选择主观评价的观察者应考虑这样两 类人：一类人是未经过任何训练的所谓 “外行”观察者；另一类是训练有素的 所谓“内行”观察者。
❖H=－log2p
❖3. 平均码字长度 ❖4. 编码效率 ❖5. ❖6. 压缩比
三、 图像质量评价概述
❖ 图像质量的含义可以包括两个方面 ，一是图像的逼真度（Fidelity），另一 个是图像的可懂度（Intelligibility)。图 像的逼真度用来描述被评价图像与标准 图像的偏离程度；而图像的可懂度则是 用来表示图像能向人或机器提供信息的 能力。
图像信号数字化
第一节 图像信号及质量评价
一、 景象、图像和数字图像
❖ 一幅平面运动图像所包括的信息首先 表现为光的强度I（Idensity），它是随空 间坐标（x，y）、光线的波长(λ)和时间 (t) 而变化的，因此，图像函数可以写 成：
❖I=f(x,y,λ,t)
❖ 若只是考虑光的能量而不考虑光的波 长时，在视觉效果上只有黑白深浅之分 ，而无色彩变化，此时的图像称为黑白
二、 常用术语
❖1.❖ “信息”是我们经听到的一 个词，有些类似于“消息”。其实 ，“信息”与“消息”是很不同的 两个概念。消息是由符号、数字、 文字或语音组成的表达一定含义的 一个序列。
❖2.
❖ 信息是对事件不确定性的一种描 述，显然存在一个如何定量测量信 息的问题。消息中所含信息量的多 少显然与消息不确定性的程度有关 。
❖ 图像质量的主观评价一般可以 分为两种类型：绝对评价和相对评
些事先规定的评价尺度或自己的经 验，对被评价的图像提出的质量判 断。
❖2. 电视图像质量的主观评价
❖ QTV=f(X1，X2，X3，X4，X5，Xi，Xj， Xk)
❖ 在上式中，X1、X2、X3、X4、X5分别 是与杂波、回波、清晰度、对比度、亮 度相对应的变量。Xi、Xj、Xk分别是与观 察者类型、试验图像类型、观察条件相 对应的变量。
❖ (2) 占用频带较宽。与语音信息相比 ，占用的频带要大几个数量级。
❖ (3) 图像中各个像素是不独立的，其 相关性大。就电视画面而言，同一行中 相邻两个像素或相邻两行间的像素，其 相关系数可以达到0.9，而相邻两帧之间 的相关性比帧内的相关性还要大一些。
❖ (4) 处理后的数字图像需要人来进行 观察和评价，因此受人的因素影响较大 。
❖3.
❖ 信息熵冗余也称为编码冗余。
❖4.
❖ 图像中所包含的某些信息与人 们的一些先验知识有关
❖5.
❖ 在多数应用场合中，人眼常常就是图 像信息的最终接收者，如果能够充分的利 用人眼的视觉特性，就可以在保证所要求 的图像主观质量的前提下实现较高的压缩 比，这就是利用了视觉冗余度。
❖0≤x≤Lx；0≤y≤Ly
❖ 通常约定：图像的灰度值大，表示亮
❖0≤f(x,y)≤Bm
❖
❖ (1) 信息量大。如一幅256×256低分 辨率黑白图像，其数据量达到64kbit；对 高分辨率彩色512×512图像，数据量则 达786kbit；对24 bit真彩色静止图像，若 分辨率为1000×1000则会产生3Mbit的 数据量。
三、 量化
❖1.
❖ 均匀量化是一种最简单的量化。均 匀量化的量化区间是均匀化分的。经 过采样的图像，只是使其成为在空间 上离散的像素阵列，而每一个像素的 亮度值还是在某一个范围内的连续量 ，必须将它转化为有限个离散值并用 不同的码字来代替才能成为数字图像 。
❖2. 非均匀量化
❖ 从量化值的选取来看，qi是某一小区间所有 取值的代表值，是一个确定值。量化间隔取得 越大，引入量化误差越大。所以，当概率密度 p(z)较小时，所选取的量化区间的长度可以大 一些；若在某一段区间内概率密度p(z)大则所 选取的量化区间就应小一些。用这种方法来达 到统计意义上每个像素平均量化误差最小的目 的。也就是说，当p(z)不是常数时，量化区间 的选取长度是不一样的，这就是非均匀量化。
二、 采样
❖ 采样的主要问题是：图像f(x,y)的采样 密度选为多大，才不至于丢失原图像的 信息。
❖ 所谓理想采样是指原图像信号与理想 抽样函数相乘所得的采样函数，这里的 理想抽样函数是一理想单位冲击脉冲阵 列。
图4.2 二维采样
(1)
❖ 为满足抽样定理的要求，要求抽样频 率fs大于二倍信号最大频率fc。为严格限 制信号带宽，在采样前一般要加前置滤 波器。
第三节 数字图像编码及几种 常见的编码方法
一、 图像压缩编码的必要性和可能性
❖1.
❖ 一幅拍摄于教室的照片，其背景是一 堵墙，那么图像的某些区域是均匀着色 的，或称为高度相关的，对图像中书桌 也是一样。这种情况称为空间相关或空 间冗余。
❖2.
❖ 设想拍摄于教室的视频录像， 可以注意到各帧之间的差别很小 ，因为在工作时人移动较少。这 种情况称为时间相关或时间冗余 。
(2)
❖ 在实际应用中的采样信号并不是理想 的冲击函数，实际的脉冲都是有一定宽 度的，这就会引入高频失真。这就是所 谓的孔径效应。
(3)
❖ 在恢复成原图像信号时，要用 到接收滤波器，由于在实际中不可 能有理想滤波器，在恢复图像信号 时必将产生某种程度的噪声，这种
(4)
❖ 对图像信号的采样是在固定的 时间周期内进行的，抽样脉冲的间 隔周期是由时钟信号来控制的。