图像数字化.pdf

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1、第二章 2.3图像数字化 图像数字化图像数字化是将一幅画面转化成计算机能处理的形式数字图像的过程。 模拟图像数字图像正方形点阵 就是把一幅图画分割成如图的一个个小区域（像元或像素），并将各小区域 灰度用整数来表示，形成一幅点阵式的数字图像。它包括采样和量化两个过程。 像素的属性=（位置，灰度/颜色） 2.3.1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 2.3.1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左上角像素中心为坐 标原点，一幅m n的数字图像用矩阵表示为： 数字图像根据灰度级数的差异可分为： 黑白图像、

2、灰度图像和彩色图像 ) 1, 1() 1 , 1()0 , 1( ) 1, 1 () 1 , 1 ()0 , 1 ( ) 1, 0() 1 , 0()0 , 0( nmfmfmf nfff nfff F 黑白图像：图像的每个像素只能是黑或 白，没有中间的过渡，故又称为二值图 像。二值图像的像素值为0或1。 彩色图像：彩色图像是 指每个像素由R、G、B 分量构成的图像，其中 R、G、B是由不同的灰 度级来描述。 3字节(24位)可表示各 通道(波段) 011 100 001 I 灰度图像：每个像素的信息由一个量化的 灰度来描述的的图像,没有彩色信息 1字节（8位） 可表示256 级灰度(0255

3、) 2.3.2图像数字化过程 采样：将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样。 采样间隔和采样孔径的大小是两个很重要的参数。 采样间隔： 当对图像进行实际的抽样时，怎样选择各抽样点的间隔是个非常重 要的问题。图像包含何种程度的细微的深淡变化，取决于希望实际 反映图像的程度(还原度)。 采样孔径： 圆形、正方形、长方形、椭圆形四种。 采样孔径形状和大小与采样方式有关。 有缝、无缝和重叠采样三种方式 量化：将像素灰度转换成离散的整数值的过程。 一幅数字图像中不同灰度值的个数称为灰度级，用G表示。一般 数字图像灰度级数G为2的整数幂，即G = 2，g为量化bit数。若 一幅数字图像的量化灰度级数

4、G=256=28级，灰度值范围0-255， 常称为8bit量化。 图像数据量：一幅MN、灰度级数为G的图像所需的存储空间 M N g（bit）为图像数据量。 2.3.3采样、量化参数与数字化图像间 的关系 数字化方式可分为均匀采样、量化和非均匀采样、量化。 所谓“均匀”，指的是采样、量化为等间隔方式。图像数字 化一般采用均匀采样和均匀量化方式。 非均匀采样是根据图象细节的丰富程度改变采样间距。细节 丰富的地方，采样间距小，否则间距大。 非均匀量化是对图像层次少的区域采用间隔大量化，而对图 像层次丰富的区域采用间隔小量化。 采用非均匀采样与量化，均会使问题复杂化，因此很少采用。 采样间隔越大，所

5、得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差； 采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量 好，但数据量大。下图像素数从256256递减至88。 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 距相同时灰度级数从256逐次减少为64、16、8、4、2所得图像。 2.3.4图像数字化设备 数字化器必须能够将图像划分为若干像素并分别给它们地址，能够度量每一 像素的灰度并量化为整数，能够将这些整数写入存储设备。 一、数字化器组成 A采样孔：保证单独观测特定的像素而不受

6、其它部分的影响。 B图像扫描机构：使采样孔按预先确定的方式在图像上移动。 C光传感器：通过采样孔测量图像的每一个像素的亮度。 D量化器：将传感器输出的连续量转化为整数值。 E输出存储体：将像素灰度值存储起来。它可以是固态存储器，或磁盘等。 常用的数字化器是扫描仪、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: 1.将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上。 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 机构在控制电路的控制下带动装着光学系统和CCD的扫描头与图稿进行相对 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

7、窄的缝隙，形成横向光带，又经 过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤 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。 扫描仪的类型有很多种，按扫描仪所扫描对象来划分，可分为反射式和透 射式两种。根据其组成结构，扫描仪可分为手持式、平板式和滚筒式等几 种。 手持式扫描仪 这种扫描仪诞生于1987年，是当年使用比较广泛的扫描仪品种，最大扫描宽 度为105mm，用手推动，完成扫描工作，也有个别产品采用电动方式在纸 面上移动，称为自走式扫描仪。

8、 手持式扫描仪扫描幅面太窄，难于操作和捕获精确图像，扫描效果也很差。 1995 1996年，各扫描仪厂家相继停止生产这一产品，手持式扫描仪退出了 历史的舞台 鼓式扫描仪 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。 这种扫描仪的光学分辨率高、色深高、动态范围宽，而且输出的图像 普遍具有色彩还原逼真、阴影区细节丰富、放大效果优良等特点。但它的 体积大，价格也很高。 平台式

9、扫描仪 又称平板式扫描仪、台式扫描仪，这种扫描仪诞生于1984年，是目前 扫描仪的主流产品。 它的扫描区域为一块透明的平板玻璃，将原图放在这块玻璃平板上， 光源系统通过一个传动机构作水平移动，发射出的光线照射在原图上，经 反射或透射后，由接收系统接收并生成模拟信号，再通过AD转换成数字 信号，直接传送到电脑，由电脑进行相应的处理，完成扫描过程。平板式 扫描仪的扫描速度、精度、质量很好，已得到了很好的普及。 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。 灰(色)度分 辨率 量化为多少等级(位深度),颜色数(色深度) 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