第三章 图像数字化
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。
图像信息的数字化包含采样量化编码三个步骤
图像信息的数字化包含采样量化编码三个步骤
图像的数字化过程主要分采样、量化与编码三个步骤。
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。
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。
数字化后得到的图像数据量巨大，必须采用编码技术来压缩其信息量。
在一定意义上讲，编码压缩技术是实现图像传输与储存的关键。
已有许多成熟的编码算法应用于图像压缩。
常见的有图像的预测编码、变换编码、分形编码、小波变换图像压缩编码等。
扩展资料：图像数字化的对象：模拟图像：空间上连续/不分割、信号值不分等级的图像。
数字图像：空间上被分割成离散像素，信号值分为有限个等级、用数码0和1表示的图像数字化的意义：图像数字化是将模拟图像转换为数字图像。
图像数字化是进行数字图像处理的前提。
图像数字化必须以图像的电子化作为基础，把模拟图像转变成电子信号，随后才将其转换成数字图像信号。
图像数字化原理的应用
图像数字化原理的应用1. 概述图像数字化是将连续的图像信号转换为离散的数字信号的过程。
在数字化图像领域，图像数字化原理是一种基础且重要的理论。
本文将介绍图像数字化的原理，并探讨其在实际应用中的一些案例。
2. 图像数字化原理图像数字化原理是通过将连续的图像信号进行采样和量化，将其转换为离散的数字信号。
2.1 采样采样是将连续的信号在一定的时间间隔内进行测量并记录。
在图像数字化中，采样表示将图像中的像素点进行测量和记录。
2.2 量化量化是将采样得到的连续信号的振幅值转换为有限数量的离散数值的过程。
在图像数字化中，量化表示将图像中每个像素点的亮度值转换为离散的数字。
3. 图像数字化的应用3.1 数字图像处理数字图像处理是利用计算机对数字图像进行处理和分析的技术。
图像数字化原理在数字图像处理中起着关键作用。
通过图像数字化过程，可以获得经过采样和量化的图像信号，并进一步对图像进行处理、增强和分析。
3.1.1 图像滤波图像滤波是一种常用的数字图像处理技术，通过对图像进行滤波操作，可以增强图像的细节、降低噪声，并改善图像的质量。
图像数字化原理提供了对图像进行滤波处理的基础。
3.1.2 图像分割图像分割是将图像划分为不同的区域或对象的过程。
通过图像数字化原理，可以将图像转换为离散的像素点，并利用图像分割算法对图像进行分割，进而实现对图像中不同区域或对象的提取和识别。
3.2 数字图像传输和存储图像数字化原理在数字图像传输和存储中也起着重要作用。
3.2.1 图像传输通过图像数字化原理，可以将图像转换为数字信号进行传输。
数字信号具有抗干扰能力强、传输质量可靠的特点，因此图像传输常采用数字信号进行，保证图像传输的稳定和高质量。
3.2.2 图像存储图像数字化原理将图像转换为数字信号后，可以通过计算机进行存储。
数字图像可以使用各种存储介质进行存储，如硬盘、光盘、闪存等。
数字化的图像存储方式灵活、方便，并且可长期保存。
4. 总结图像数字化原理是图像数字化的基本理论，它对数字图像处理、传输和存储有着重要的影响。
图像数字化
图像数字化
采样量化位置灰度/颜色
矩阵
黑白灰度彩色
)1
,1
(
)1,1
(
)0,1
(
)1
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)1,1(
)0,1(
)1
,0(
)1,0(
)0,0(
n
m
f
m
f
m
f
n
f
f
f
n
f
f
f
F
011100001
I
采样间隔：
采样孔径：
手持式扫描仪
鼓式扫描仪
平台式扫描仪
图像数字化器的性能评价项目
项目内容
空间分辨率单位尺寸能够采样的像素数。
由采样孔径与间距的大小和可变范围决定。
量化为多少等级(位深度),颜色数(色深度)
灰(色)度分
辨率
图像大小仪器允许扫描的最大图幅
量测特征数字化器所测量和量化的实际物理参数及精度
扫描速度采样数据的传输速度
噪声数字化器的噪声水平(应当使噪声小于图像内的反差)
其他黑白/彩色，价格,操作性能等。
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。
数字图像处理与分析习题及答案
1. 数字图像处理的主要研究内容包含很多方面，请列出并简述其中的4种。
①图像数字化：将一幅图像以数字的形式表示。
主要包括采样和量化两个过程。
②图像增强：将一幅图像中的有用信息进行增强，同时对其无用信息进行抑制，提高图像的可观察性。
③图像的几何变换：改变图像的大小或形状。
④图像变换：通过数学映射的方法，将空域的图像信息转换到频域、时频域等空间上进行分析。
⑤图像识别与理解：通过对图像中各种不同的物体特征进行定量化描述后，将其所期望获得的目标物进行提取，并且对所提取的目标物进行一定的定量分析。
2. 什么是图像识别与理解？图像识别与理解是指通过对图像中各种不同的物体特征进行定量化描述后，将其所期望获得的目标物进行提取，并且对所提取的目标物进行一定的定量分析。
比如要从一幅照片上确定是否包含某个犯罪分子的人脸信息，就需要先将照片上的人脸检测出来，进而将检测出来的人脸区域进行分析，确定其是否是该犯罪分子。
3. 简述图像几何变换与图像变换的区别。
①图像的几何变换：改变图像的大小或形状。
比如图像的平移、旋转、放大、缩小等，这些方法在图像配准中使用较多。
②图像变换：通过数学映射的方法，将空域的图像信息转换到频域、时频域等空间上进行分析。
比如傅里叶变换、小波变换等。
4.一个数字图像处理系统由哪几个模块组成？答：一个基本的数字图像处理系统由图像输入、图像存储、图像输出、图像通信、图像处理和分析5个模块组成5.连续图像和数字图像如何相互转换？答：数字图像将图像看成是许多大小相同、形状一致的像素组成。
这样，数字图像可以用二维矩阵表示。
将自然界的图像通过光学系统成像并由电子器件或系统转化为模拟图像（连续图像）信号，再由模拟/数字转化器（ADC）得到原始的数字图像信号。
图像的数字化包括离散和量化两个主要步骤。
在空间将连续坐标过程称为离散化，而进一步将图像的幅度值（可能是灰度或色彩）整数化的过程称为量化。
6.采用数字图像处理有何优点？答：数字图像处理与光学等模拟方式相比具有以下鲜明的特点：1．具有数字信号处理技术共有的特点。
图形图像数字化表示
对治疗后的医学影像进行分析，评估治疗 效果和病情变化。
遥感图像处理
01
遥感数据预处理
对遥感图像进行辐射校正、几何校 正等操作，提高数据质量。
变化检测
比较不同时相的遥感图像，检测地 物变化情况。
03
02
地物分类
利用遥感图像处理技术，对地物进 行分类和识别。
三维重建
利用多角度的遥感数据，重建地物 的三维模型。
数字图像的存储与传
01
02
03
压缩技术
采用压缩算法减少图像数 据量，便于存储和传输。
存储介质
数字图像可以存储在硬盘、 光盘、闪存盘等介质中。
网络传输
通过互联网或局域网传输 数字图像，实现远程共享 和访问。
03 图形图像数字化的应用领 域
计算机视觉
目标检测
利用图像处理和机器学习技术 ，自动检测图像中的物体，如
高性能计算与存储
分布式计算
利用高性能计算集群进行图形图像数 据的处理和分析，提高计算效率和响 应速度。
存储优化
数据压缩
采用先进的数据压缩算法，对图形图 像数据进行压缩，减少存储空间占用 和传输带宽需求。
采用分布式存储和缓存技术，对图形 图像数据进行高效存储和快速访问。
人工智能在图形图像数字化中的应用
特点
数字化后的图形图像具有可编辑 、可复制、可传输、可存储等优 点，能够方便地进行处理、传输 和展示。
图形图像数字化的重要性
提高处理效率
数字化后的图形图像可以通过计 算机软件进行高效的处理，如编 辑、修改、合成等，提高了工作
效率。
方便传输与分享
数字化后的图形图像可以通过互联 网进行传输，方便异地合作和分享。
图像数字化
（位置，灰度/颜色）
2.3.丄数字图像的表示 2.3.2图像数字化过程 2.3.3采样、量化参数与数字化图像间的关系
2.3・4图像数字化设备
2.3.2数字图像的表示
数字图像用矩阵来描述：以一幅数字图像F左上角像素中心为小 标扁 点，一幅m x n的数字图像用矩阵表示为：
f (0,0) f (0,1) f (0, n -1) f (1,0) f (1,1) … f (1, n -1) f (m -1,0) f (m -1,1)…f (m -1, n -1)
又称为滚筒式扫描仪。鼓式扫描仪是专业印刷排版领域应用最广泛的 产品 。
滚筒式扫描仪的结构特殊，它的工作原理是把原图贴放在一个有机玻 璃滚 筒上，让滚筒以一定的速率围绕一个光电系统旋转，探头中的亮光源 发射出的光 线通过细小的锥形光圈照射在原图上，一个像素一个像素地进 行采样。
数字化器是扫描仪、数码相机和数码摄像机。
二、扫描仪工作原理
扫描仪是图像输入的常用设备。其工作步骤是：
L将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上。
i 2. 启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移动光源 通过机械传动 机构卷
卷输电露鬲 空制下带动装着光学系统和ccb鬲扫描夹与图稿进行相对 运动来完成
扫描。 3. 照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成横向光带，又经 过一 组史无镜，由光学透镜衆焦并进入分光骚，经过棱镜和红蓝三色滤 色镜得到的 RGB三条彩色光带，分别照到各自的
CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号， 该信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。
4.将数字电子信号传送至计算机存储起来。
量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨率越高，质量越 好， 但数据量大；量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率 低，质量 变差，会出现假轮廓现象，但数据量小。下图为采样间 距福同时灰度 级数从256逐次减少为64、16> 8^ 4、2所得图後。
图像编码—图像数字化
图像编码——图像数字化教材：《信息技术必修1：数据与计算》1.理解图像编码实现过程，知道采样、量化、编码三个步骤。
2.了解位图的基本参数：像素、色彩深度、分辨率。
3.认识到图像信息安全风险，尊重他人的知识版权，承担信息社会责任。
教学重点：图像数字化的实现过程教学难点：图像的采样、量化、编码教学教程：一、情境导入图像已成为生活中必不可少的元素。
在日常使用图像时，你遇到过这样的问题吗？（1）、为什么有的图像很清楚、有的图像却很模糊？（2）、当图像大小无法满足系统使用要求时，该怎么办？（3）、如何去除图像中不需要的文字等信息？图像质量、大小和显示都与什么因素有关呢？若想知道这个问题的答案，我们首先需要了解计算机是如何存储和处理图像的。
二、数字图像是如何形成的1.实现方式通过扫描仪、数字照相机、智能手机和连接在计算机上的摄像头等设备，就可将实现图像的数字化。
2. 实现过程（1）图像采样图像采样是指将模拟图像在水平和垂直方向上进行分割，形成矩阵。
对图像采样后所形成的微小方格称为像素。
像素是数字图像的基本单位，一副图像可看做由许多独立的像素所组成的。
那么在采样是，像素个数是越多还是越少图像的质量会更好呢？学生观察两幅图像，体会不同像素个数的区别。
并理解输入分辨率对于图像质量的影响。
（2）图像量化图像量化是对像素属性进行分级，每一级对应一个数，从而实现用有限的数近似地表示连续变化的各项属性。
以像素的属性为例，将其分为4级，每个像素选择这4级中最接近的颜色。
那么分级越多还是越少，图像质量会更好呢？将4级和6级颜色进行对比，引导学生体会分级数量不同对图像质量的影响。
颜色的每一个等级要用对应的二进制数字表示。
以6级颜色为例，每个等级颜色的二进制数字如下。
经过量化，每个像素的颜色属性就可以转换成对应的二进制编码。
体验实践：请在任务单中尝试将本图像量化后的二进制编码填写完成。
颜色深度用来表示像素颜色所占二进制位数。
颜色深度越多，可表达的色彩越丰富；但存储容量也会越大。
图像数字化详案
图像数字化教案案白板：图像数字化在桌面上打开画图软件，设置图像的像素为1024*768（文件大小为：2.25MB）显示ppt：图像数字化教学过程：【环节一】直接入题——图像数字化。
（2分钟）9：20很高兴在这里和大家一起学习图像数字化。
什么是图像数字化？我手上的这张图片，印在书本上的画面、还有大家肉眼看到的这些景象，我们都称为模拟图像，存储在计算机中的图像我们称为数字图像。
把模拟图像转化成数字图像的过程就是图像数字化的过程. 因为计算机只认识0和1，所以数字图像就是由一串二进制数组成。
最后计算机再通过显示器把具体的图像画面显示出来。
【环节二】“猜图”游戏，影响图像文件大小的因素（7分钟）9：22 师：今天这堂课我们就围绕着图像数字化而展开。
师：下面我们先来玩一个游戏，游戏的规则是这样的：请一个同学上台在画图软件上画一幅简画，画完后，把图像保存到桌面。
我来猜这幅图像文件的大小。
这里有三个注意点：1、文件名和文件类型必须以默认形式保存。
2、绘图时间：30秒。
3、内容必须是健康的。
生：有没有同学乐于参与，那我就请负责黑板报绘画的同学，有请。
生：绘图师：我的答案是2.25MB。
操作师：我是怎么猜到的？我有看到刚刚这位同学的绘画内容吗？我有知道他涂了什么颜色吗？这说明图像文件大小和图像内容没有关系。
那跟什么有关呢？下面请大家一起找一找这个游戏背后的秘密，看谁能1分钟之内找到原因。
边走边说：可以给大家两个提示：1、两个因素2、其中一个因素隐藏在我在介绍游戏规则的时候提到的注意点里面。
师：ppt显示：影响游戏结论（即图像文件大小）的因素师：请同学回答。
师：图像的高度和宽度我们可以在图像属性中进行修改。
这里的单位是像素，什么是像素呢？我们待会介绍，先放一放。
师：白板：图像文件大小像素数最多能表示的颜色种类第二个因素我们称为是最多能表示的颜色种类，因为我们今天研究的主要是bmp图像，所以图像的其他保存类型暂不考虑，等以后再给大家统一介绍，bmp 图像有4中不同的保存类型，单色指的是2种颜色，16色和256色分别指的是16中和256中颜色，24位指的是2的24次方种颜色。