02第二讲 数字图像的基础概念

2.2 图像数字化 2. 采样 (Sampling)
完成图像空间坐标的离散化,即把连续图像变成离散点的集 第 合。 二 讲 如何确定采样形状? 数 可选择的采样形状包括：正方形，正三角形，正六角形,… 字 图 为方便，一般用正方形点阵，但其缺点是相邻像元有两种度 像 量距离。 的 基 础 实现过程：沿着图像的X方向和Y方向每隔一定的平面间隔 概 念 ΔX、ΔY取一个点作为数字图像的像点。
2.2 图像数字化
空间坐标（X、Y）的数字化被称为图像采样 确定水平和垂直方向上的像素数M、N
第 二 讲 数 字 图 像 的 基 础 概 念
2.2 图像数字化 如何确定采样间隔（采样密度）?
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取样间隔小 空 间 分 辨 率
图像信息损失小
图像数据大
处理时间长
2.1 图像及其表示方法 针对不同类型的图像，实际中常采用如下不 同的描述方式：
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二值图像： 灰度图像： 立体图像： 彩色图像： 多波段图像：
{ f ( x, y )ห้องสมุดไป่ตู้ 0,1}
{0 f ( x, y) 2n 1, n 3或8} 0 ~ 7 0 ~ 255
2.3 数字图像的颜色和图像类型 灰度图像：
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2.3 数字图像的颜色和图像类型 2. 颜色： 一个物体反射或折射的光的一种特性，并且 是一种感觉特性。 所有颜色都可被看作三基色（红、绿、蓝） 的不同组合：R+B=M（紫）、B+G=C（青）、 R+G=Y(黄）。 彩色图像： 指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像， 其中RGB是由不同的灰度级来描述的。
2.2 图像数字化 1. 采用和量化的简单理解
有一个连续的正弦波，要进行离散化，最直接的方法是选 第 取一系列点来代替。这就是采样（取样、抽样） 二 在空间上用有限的取样点来代替无限的坐标值。 讲 数 字 采样后的数据依然有无限 图 像 个级别（空间位置离散，但数 的 基 据还是连续的）； 用有限的值来代替无限的 础 概 值称为量化。 念
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2.3 数字图像的颜色和图像类型
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2.3 数字图像的颜色和图像类型 RGB模式的图像有很多优点，比如图像处理 起来很方便，图像文件小。
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数字图像的颜色模式：除RGB外，还有CMYK、 HSB、CIElab 、灰度模式等模式；
2.3 数字图像的颜色和图像类型
第 二 讲 数 字 图 像 的 基 础 概 念
CMYK模式：CMYK也称作印刷色彩模式， 是一种依靠反光的色彩模式，和RGB类似，CMY是 3种印刷油墨名称的首字母：青色 Cyan、品红色 Magenta、黄色Yellow。而K取的是black最后一个字 母，之所以不取首字母，是为了避免与蓝色(Blue) 混淆。从理论上来说，只需要CMY三种油墨就足够 了，它们三个加在一起就应该得到黑色。但是由于 目前制造工艺还不能造出高纯度的油墨，CMY相加 的结果实际是一种暗红色。
内容回顾
图像； 图像技术； 图像处理； 图像处理的研究内容； 图像处理技术的应用。
内容回顾 图像：给定条件下被摄目标电磁波性质（反 射、辐射、透射）的一种表现形式。 图像技术包含三个层次 图像处理－－从图像到图像的过程 图像分析－－从图像到数据的过程 图像理解－－图像解释与知识推理
内容回顾 图像处理：利用计算机把原始图像（或图像 信息）处理成期望图像（或图像信息）的过程。 数字图像处理目的
对地观测卫星图像
亮度图
2.1 图像及其表示方法 二维连续图像 ：f (x, y)
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其中（x, y）表示图像平面坐标，f (x, y) 表示（x, y）处的图像属性值（亮度、彩色等）。 限制： （1）为实数、非负、有界 （2）图像系统和成像范围有限 （3）在有限时段内成像 （4）图像函数在定义域内连续 图像表示为连续函数有利于用图像处理技术的理 论研究
数字图像的获取方式： 直接获取：数码相机，传输型卫星； 扫描数字化。 图像数字化：把连续图像变成数字图像的过程。 它包括两步：采样和量化
2.2 图像数字化
模拟系统->模拟图像 数字系统->数字图像
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直 接 获 取 数 字 图 像 过 程
数字图像获取过程：a 照射(能)源，b 场景元素，c 成像系统，d 场景投影到 图像平面，e 数字化图像
Nyquist频率
就可以保证由图像取样值，圆满地恢复原图像 函数f (x , y),即保持了原图像的全部信息。
上式即为著名的采样定理
2.2 图像数字化 采样频率
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一秒钟内采样的次数；
反映了采样点之间的时间间隔大小；
采样频率越高，丢失的信息越少，采样 后图像的质量好
2.2 图像数字化
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图像采样与图像质量 （空间分辨率） 一幅1024×1024，8比特的图像 依次减少取样至32×32像素，图 像灰度级保持为256
2.2 图像数字化
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a 1024×1024，8比特图像，b 512×512还原至1024×1024 ，c 256×256，d 128×128，e 64×64，f 32×32
改善图像质量
增强图像定位精度 提高信息传输效率 减少图像信息存贮容量 建立图像信息库
第二讲 数字图像的基础概念
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2.1 图像及其表示方法；
2.2 图像数字化方法； 2.3 数字图像的颜色及类型； 2.4 数字图像的质量衡量。
2.1 图像及其表示方法 图像的本质是什么？
{ f L ( x, y), f R ( x, y)}
{ f i ( x, y)} i R, G, B
{ f i ( x, y)} i 1,2,, m
时间序列图像： { fi ( x, y)} i t1, t2 ,, tn
2.1 图像及其表示方法 数字图像：连续图像的图像坐标和属性值离散化；
2.2 图像数字化 量化等级（量化层数）G怎样选择？ 量化等级一般取： G 2n
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2.2 图像数字化 8位量化：充分考虑到人眼的识别能力之后， 目前非特殊用途的图像均为8bit量化，即用[0 255]描述“从黑到白”，0和255分布对应亮度 的最低和最高级别。
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是连续图像的一种近似。
二维离散图像 ：FM N f ( x, y)M N
通常，若对图像坐标进行均匀取样，可以一个二维矩阵来 表示。 数字图像表示更有利于应用矩阵理论对图像进行存储、处 理。
2.2 图像数字化
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2.2 图像数字化
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扫描数字化过程
a 连续图像
b 扫描线AB亮度分布
c 采样和量化 d 数字扫描线
2.2 图像数字化
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图像数字化：a 连续图像， b 图像采样和量化的结果
2.2 图像数字化
第 二 讲 数 字 图 像 的 基 础 概 念
2.2 图像数字化
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图像量化与
图像质量
e ~ f 以灰度级 为16，8，4和2 显示的图像
2.2 图像数字化
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2.2 图像数字化 图像量化与图像质量
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2.2 图像数字化 4、几个概念： 图像分辨率：指每单位长度上的像素，即直观看 到的图像的清晰与模糊程度，单位为ppi。另外，图 像的尺寸、图像的分辨率和图像文件的大小三者之 间有着很密切的联系。图像的尺寸越大，图像的分 辨率越高，图像文件也就越大，调整图像的大小和 分辨率即可以改变图像文件的大小。 输入分辨率：指图象被输入时，输入设备对图象 细节的分辨能力，即单位长度内所能获得的采样点 的个数，单位为dpi。 输出分辨率：指单位长度内输出设备所能输出的 点数，单位为dpi 。
p0, 0 p 1, 0 pM 1, 0
p0,1
p1,1 pM 1,1
p0, N 1 p1, N 1 pM 1, N 1
数字图像表示为矩阵
2.2 图像数字化
第 二 讲 数 字 图 像 的 基 础 概 念
数字图像表示为矩阵
f (0,0) f (1,0) f ( x, y ) 0 x Lx f ( M 1,0)
0 y Ly 0 f G
f (0,1) f (1,1) f ( M 1,1)


f (0, N 1) f (1, N 1) f ( M 1, N 1)
存贮量大
取样间隔大
图像数据量小
图像信息可能有损失
2.2 图像数字化 理论上已经证明：
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如果图像f (x , y)在x和y方向的最高空间频率 （即截止频率）分别为uc和vc，那么当图像的 取样间隔△x和△y满足下列条件时：
1 x 2uc 1 y 2vc
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2.3 数字图像的颜色和图像类型 1. 灰度： 表示光的强度的数值量度； 强度大为白色，弱为黑色，中间为灰色； 光强量化到256级，0对应黑色，255对应白 色。 灰度图像： 仅含有黑、灰、白等无彩色的图像