图像数字化
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
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。
图像的数字化教案
图像的数字化【教材分析】在现行高中信息技术必修部分《信息技术基础》中，关于图像信息的内容在第五章《图像信息的采集与加工》，学习内容主要涉及到图像的类型和格式以及图像的采集与加工。
而在普通高中信息技术课程标准（2019年版）中，对必修部分进行了大的改变，必修部分分为数据与计算和信息系统与社会两个模块。
新课标在对涉及图像等多媒体信息具体内容中要求，在具体感知数据与信息的基础上，描述数据与信息的特征，知道数据编码的基本方式。
因此，根据课标要求，现行教材选修《多媒体技术应用》中的《图像的数字化》的内容提到必修部分来。
通过学习本部分内容，让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。
【学情分析】学生在前一章节中对不同类型的信息已经有了感性的认知，对于图像已经知道常见的图像格式，也知道位图和矢量图，在《汉字处理技术》中已经初步认识到计算机是用二进制来表示信息的，对于字形码的编码方式有了一定的了解。
但是，汉字编码是对单色字形的编码，道理比较浅显，而图像色彩一般较复杂；并且学生更愿意实践操作，不愿意在计算机课上去理解与记忆。
【设计思路】1、通过教师创设情境，联系计算机编码方式。
2、通过单色-二度灰色图像编码的实践探究，产生认知冲突，发现问题，学习新知。
3、由复杂图像的编码为学生设置认知冲突，从而分析归纳数字化过程。
4、通过计算图像，巩固图像数字化过程的理解，并且比较，理解压缩编码的含义整体上采用“实践探索——发现问题——解决问题——归纳总结——拓展提升”的思路。
【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中，发现问题、分析问题，解决问题（2）通过色彩丰富图像的编码任务，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。
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。
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。
图像的数字化表示
文档仅供参考，如有不当之处，请联系改正。
巩固与练习
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总结：
X方向旳像素点
辨别率
Y方向旳像素点
色彩深度（单色图（1位）、两位灰 度图、8位灰度图、24位彩色图）
图像旳大小
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图像旳分类
由许多点构成旳点阵图，我们称为位图（bitmap），构成位图旳点称 为像素（Pixel）。位图与我们生活中旳手工“十字绣”很相同。
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像素旳数字化
图像特点？ 图像中每个像素旳特点？ 每个像素怎样用二进制表达？
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800×600×16÷8÷1024÷1024 ≈0.916MB
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一种时间为2分钟，辨别率为640*480，24位色彩旳数字无 声视频。假如视频以25帧/秒旳速度播放，则这段视频要播放 旳数据量大约（不压缩）是（）。
A、2636.72MB B、21093.75M C、21.97MB D、2764.8MB
提问：
16色位图（64格*64格）旳存储容量？ 256色位图（64格*64格）旳存储容量？ 24位位图（1024*768）旳存储容量？
24X1024X768/8=2MB
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从上面旳计算我们能够得到：
位图文件大小旳计算： 文件旳字节数＝图像辨别率×图像量化位数（二进制颜色位数）/8
图片文件大小旳计算
一幅图片，图像辨别率是640×480,32位 色彩，那么这幅画面所占据旳数据量是 多少？
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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。
那么，实际记录下的就是第三行差值。
但恢复数据时，用前面一个值加上差值，就是当前的色彩值，只要有第一位的基础值，后面的色彩值就可以滚雪球式的一个个求出来。
用差值来记录色彩，只是简单地进行了很多个减法运算，在还原时再加回来，数据并没有一丁点的损失，因此被称为无损压缩，如果把很少的差值彻底丢弃，在还原时把一个格子
的色彩信息代表了周围很多格子的色彩，则压缩率更高，但格子之间的微小差别就丢失了，这种方法属于有损压缩。
位图是每个格子都独立记录的，因此数据量很大，这就是bmp格式，而经过了上述的预测差值运算后，就变成了有损压缩格式，jpg格式就是其中之一。
画质基本相同的两幅图，jpg格式的数据量要比bmp小得多。
jpg是有损压缩的，但画质的损失非常小。
Jpg格式是很智能的，例如对上面有大面积相似色彩的山水照给予较大的压缩率，而对非常热闹的人群照给予较小的压缩率。
上面说的只是静态的图像，而视频图像压缩得更大，一秒钟视频会切换几十张画面，而这些画面的绝大部分都是相同的，采集是每幅都是独立采的，生成的avi格式的数据量是很大的，不仅每幅画面本身可以压缩，更重要的是幅与幅之间也可以压缩，这就形成了数据量小得多的mpeg格式。
也可以采用压缩率更高的rm格式，rm格式的画质比mpeg差得不多，但数据量却小了很多倍，更方便在网上传输。
不同的视频，幅与幅之间的相似度是不同的，韩剧的相似度很大，甭说一秒了，甚至几分钟内演员都坐在沙发上聊，除了嘴巴外每幅画面都基本一样，对这种视频可以采用较大的压缩率，而对动感性很强的武打片，则采用较小的压缩率，这种格式就是rmvb。
跟rm格式不同的是，它的压缩率是可变的，vb就是可变比特率的意思。
rmvb比rm更先进，相同数据量的rmvb视频会比rm视频清晰，而相同清晰度的视频，rmvb格式的数据量会更小。
一旦进行了有损压缩，数据缺失了，画质就很难复原了，但这也并不是不可能，这里面有个关键的概念–先验信息。
例如这张民国美女黑白照片的嘴唇，要压缩成这个灰度，右侧的彩色图例中有五种可能，但通过先验信息（先验信息也就是我们以前已经知道了的知识）知道，美女的嘴唇不可能是绿的、蓝的和紫的，只能是右下的红色，把它还原成红色就对了。
钢琴和弦的每一小组乐音都是由不超过五个纯音符的组合，这些排列组合的总数还是不少的，但好在根据先验信息我们知道，只有极少数的组合是经常出现的，绝大多数的组合是基本不会出现的，如果我们得到了一组模糊不清的组合，它跟经常出现的某个组合与基本不会出现的某个组合的相似度一样，那我们就毫不犹豫地认定它就是那个经常出现的组合。
当然，实际上它不是那个经常出现的组合，而是那个基本不会出现的组合，这种可能性也是不能排除的，就好比那个民国美女真的长了一副蓝嘴唇一样，我们依靠先验信息做的判断就杯具了，但这是没办法的事。
现在的核磁共振技术在短时间内只能获得比较粗糙的图像，但我们知道被照器官的每一小块部分与相邻部分的相关性是很强的，而且我们对这些器官也具有很多先验信息，这就可以帮助我们像还原民国美女图那样，在粗糙的图像上还原出高画质的图像，可信度还可以做得非常高。
在对图象进行数字扫描和处理的过程中，需要对图象处理系统和图象处理要求有一个详细的了解。
一、所需要的工具和软件
1、扫描仪：在选择扫描仪时,一定要将原稿类型、最终图像用途，与扫描仪的扫描仪特征参量：动态密度范围，扫描的幅面，分辨率和扫描软件及透射稿扫描的能力结合考虑。
2、数字相机：在选择数字相机时，只须这些设备可以记录静态平面图象就可以了。
同时，一个更重要的问题就是考虑数字相机的分辨率问题。
3、拷贝机：现在有一种连接计算机的拷贝机也可以用于图象的数字化过程。
这种拷贝机所起的就是扫描仪的作用。
4、色彩管理系统：在进行数字化图象时，如果有色彩管理系统的帮助，我们就可以得到直观生动的所见即所得效果.但是屏幕色域与显示器色域毕竟存在差别，所以要对这点加以注意。
5、文件格式:对文件格式,要考虑以什么样的文件格式存储才适合后工序及其他软件的使用.
6、存放设备：用什么样的存储设备进行存储.是使用软盘，可移动硬盘，磁带，MO，CD-ROM，DVD还是其他存储形式.
二、考虑图像数字化和处理过程中的特征设置问题
1、选择怎样的方式从RGB色彩空间转换成CMYK色彩空间呢?
是在扫描过程中直接转换还是使用图像处理软件进行呢?如果使用的是高档的扫描仪或是专业从事印前开发的公司生产的扫描仪,可以使用直接在扫描过程中的色空间转换形式;但是对于低档扫描仪的色彩转换,最好选择好的图象处理软件进行色彩转换.
并且在RGB向CMYK转换时，一定要考虑纸张、油墨和印刷机的印刷特征。
2、怎样设置扫描分辨率才算正确呢？
图像的扫描分辨率的设置一般有一个计算方法:就是使用最终印刷加网的线数乘以图象的放大倍率,再乘以1.5-2之间的某个值的因子,所得的数就可做扫描分辨率使用了.
在对文字和线条进行处理时,为避免锯齿，所设的分辨率一般远高于图像的扫描分辨率。
等大的线条或文字分辨率在600-1200dpi之间.
在设置分辨率时,还要注意一个原则:就是如果计算的分辨率超过了扫描仪的最大光学分辨率,则只能使用最大光学分辨率扫描进行.如果文字或线条图象的分辨率达不到要求,那么可以使用插值的方法给予弥补.但是,连续调图象只能控制图象的缩放倍率,否则可能出现马赛克效果.
3、碰到双色调的图象该如何处理?
4、图像尺寸是否正确？
5、图像的各种转换,如:尺寸变化，裁切处理、旋转变化和组图象组合过程,最好先在图像编辑软件中完成。
否则会在输出时,影响输出速度和内存的使用。
6、图像是否压缩？
一般用于印刷的图象是不可以压缩的，因为图象的压缩会造成图象细节的损失．但是，在TIFF文件存储时，可以使用一种叫做LZW的无损压缩格式,这种压缩不会对图象的细节损失.然而它也不提倡使用.因为,在加网或输出过程中,可能会出现对这种压缩格式的不支持现象,从而是输出出现问题.
7、有阶调变化的图像复制效果如何？
我们可以尽量使用相关软件的图象调整功能对图象进行修正,以适应印刷效果的需要.但是,从一般程度上说,原稿质量直接决定着输出质量的好坏.
8、线条看上去效果如何？
对于线条稿来说,最基本的质量因素就是自身密度和边界清晰度的问题.这直接影响到它在拷贝转移中的质量效果.并且,还要注意,作为图象的线条稿和文字稿的分辨率不得低于600dpi。
9、图像的清晰度是否足够？
扫描仪和各种数字化设备在处理图像过程中会对图象有柔化作用，所以,处理完的图象要进行锐化过程。
锐化效果如何，在屏幕不太容易看出来。
所以，要进行一段时间的试用，找出规律。
有一种通用的方法：将图象在屏幕上放大到两倍的效果，然后在锐化后观察图象的边界轮廓是否出现硬边效果。
如果正好出现硬边效果，一般就认为清晰度强调量合适了。
10. 其他的注意和考虑的问题
扫描的动态密度范围越大，那么可以捕获的图象细节就会越多。
所以在扫描图象的时候，要注意扫描仪的选择。
如果没找到较好质量的扫描仪或自己对处理的图象质量没有把握，最好将活件送到专门的印务中心进行处理。
在选择存储图象的设备时，一定要保证与计算机系统的兼容性。
如果配有色彩管理系统，活件开始前，请对扫描设备、屏幕和打样设备进行校正。