120、圖像數字化

圖像數字化是將一幅畫面轉化成計算機能處理的形式——數字圖像的過程。

模擬圖像 數字圖像 正方形點陣

具體來說，就是把一幅圖畫分割成如上圖所示的一個個小區域（像元或像素），并將各小區域灰度用整數來表示，形成一幅數字圖像。它包括采樣和量化兩個過程。小區域的位置和灰度就是像素的屬性。

121、采樣

將空間上連續的圖像變換成離散點的操作稱為采樣。采樣間隔和采樣孔

徑的大小是兩個很重要的參數。

當對圖像進行實際的抽樣時，怎樣選擇各抽樣點的間隔是個非常重要的

問題。關于這一點，圖像包含何種程度的細微的濃淡變化，取決于希望忠實反映

圖像的程度。

122、量化

經采樣圖像被分割成空間上離散的像素，但其灰度是連續的，還不能用

計算機進行處理。

將像素灰度轉換成離散的整數值的過程叫量化。一幅數字圖像中不同灰

度值的個數稱為灰度級數，用G表示。一般來說，G=2∧g,g就是表示圖像像素灰度值所需的比特位數。一幅大小為M×N、灰度級數為G的圖像所需的存儲空間，即圖像的數據量，大小為M×N×g （bit）

黑白圖像:是指圖像的每個像素只能是黑或白，沒有中間的過渡，故又

稱為二值圖像。二值圖像的像素值為0或1。

灰度圖像:灰度圖像是指每個像素由一個量化的灰度值來描述的圖像。它不包含彩色信息。

彩色圖像:彩色圖像是指每個像素由R、G、B三原色像素構成的圖像，

其中R、B、G是由不同的灰度級來描述的。

123、量化參數與數字化圖像間的關系

數字化方式可分為均勻采樣、量化和非均勻采樣、量化。所謂“均勻”,

指的是采樣、量化為等間隔。圖像數字化一般采用均勻采樣和均勻量化方式。

非均勻采樣是根據圖象細節的豐富程度改變采樣間距。細節豐富的地方，

采樣間距小，否則間距大。

非均勻量化是對像素出現頻度少的間隔大，而頻度大的間隔小。采用非均勻采樣與量化，會使問題復雜化，因此很少采用。

一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素數越少,空間分辨率低,質量差，

嚴重時出現像素呈塊狀的國際棋盤效應；采樣間隔越小，所得圖像像素數越多，

空間分辨率高，圖像質量好，但數據量大。

量化等級越多，所得圖像層次越豐富，灰度分辨率高，圖像質量好，但數

據量大；量化等級越少，圖像層次欠豐富，灰度分辨率低，會出現假輪廓現象，圖像質量變差，但數據量小。但在極少數情況下對固定圖像大小時，減少灰度級能改善質量，產生這種情況的最可能原因是減少灰度級一般會增加圖像的對比度。例如對細節比較豐富的圖像數字化。

124、數字化器

數字化器必須能夠將圖像劃分為若干像素并分別給它們地址，能夠度量每

一像素的灰度并量化為整數，能夠將這些整數寫入存儲設備。數字化器組成

A． 采樣孔：保證單獨觀測特定的像素而不受其它部分的影響。

B． 圖像掃描機構：使采樣孔按預先確定的方式在圖像上移動。

C． 光傳感器：通過采樣孔測量圖像的每一個像素的亮度。

D． 量化器：將傳感器輸出的連續量轉化為整數值。

E． 輸出存儲體：將像素灰度值存儲起來.它可以是固態存儲器,或磁盤等。

常用的數字化器是掃描儀和數碼相機。

二、掃描儀工作原理

掃描儀是圖像輸入設備。其工作步驟是:

1.將欲掃描的原稿正面朝下鋪在掃描儀的玻璃板上;

2.啟動掃描儀驅動程序后，安裝在掃描儀內部的可移動光源通過機械傳動

機構在控制電路的控制下帶動裝著光學系統和CCD的掃描頭與圖稿進行相對運動來

完成掃描。

3.照射到原稿上的光線經反射后穿過一個很窄的縫隙，形成橫向光帶，又

經過一組反光鏡，由光學透鏡聚焦并進入分光鏡,經過棱鏡和紅綠藍三色濾色鏡得到的RGB三條彩色光帶,分別照到各自的CCD上,CCD將RGB光帶轉變為模擬電子信號,該信號又被A/D變換器轉變為數字電子信號。

4. 將數字電子信號傳送至計算機存儲起來。

掃描儀的類型有很多種，按掃描儀所掃描對象來劃分，可分為反射式和透

射式兩種。根據其組成結構，掃描儀可分為手持式、平板式和滾筒式等幾種。

手持式掃描儀

這種掃描儀誕生于1987年，是當年使用比較廣泛的掃描儀品種，最大掃描

寬度為105mm,用手推動,完成掃描工作,也有個別產品采用電動方式在紙面上移動,稱為自走式掃描儀。手持式掃描儀掃描幅面太窄，難于操作和捕獲精確圖像，掃描效果也很差。1995 ~1996年，各掃描儀廠家相繼停產了這一產品，使手持式掃描儀退出了歷史的舞臺.

鼓式掃描儀

又稱為滾筒式掃描儀.鼓式掃描儀是專業印刷排版領域應用最廣泛的產品。滾筒式掃描儀的結構特殊，它的工作原理是把原圖貼放在一個有機玻璃滾筒上，讓滾筒以一定的速率圍繞一個光電系統旋轉，探頭中的亮光源發射出的光線通過細小的錐形光圈照射在原圖上，一個像素一個像素地進行采樣。這種掃描儀的光學分辨率高、色深高、動態范圍寬，而且輸出的圖像普遍具有色彩還原逼真、陰影區細節豐富、放大效果優良等特點。但它的體積大，價格也很高。

平臺式掃描儀又稱平板式掃描儀、臺式掃描儀，這種掃描儀誕生于1984年，是目前掃描儀的主流產品。它的掃描區域為一塊透明的平板玻璃，將原圖放在這塊玻璃平板上，光源系統通過一個傳動機構作水平移動，發射出的光線照射在原圖上，經反射或透射后，由接收系統接收并生成模擬信號，再通過A／D轉換成數字信號，直接傳送到電腦，由電腦進行相應的處理，完成掃描過程。平板式掃描儀的掃描速度、精度、質量很好，已得到了很好的普及。

125、圖像灰度直方圖

一、定義

灰度直方圖反映的是一幅圖像中各灰度級像素出現的頻率。以灰度級為橫坐

標，縱坐標為灰度級的頻率，繪制頻率同灰度級的關系圖就是灰度直方圖。它是圖像的一個重要特征，反映了圖像灰度分布的情況。如下圖是一幅圖像的灰度直方圖。頻率的計算式為 ：

二、計算

該圖像像元總數為8*8=64, i=[0,7]

v0=5/64v1=12/64v2=18/64v3=8/64v4=1/64v5=5/64v6=8/64v7=5/64

三、直方圖的性質

①灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置

,即丟失了像素的位置信息。

②一幅圖像對應唯一的灰度直方圖，反之不成立。不同的圖像可對應相同

的直方圖。

③一幅圖像分成多個區域，多個區域的直方圖之和即為原圖像的直方圖。

四、直方圖的應用

①用于判斷圖像量化是否恰當

②用于確定圖像二值化的閾值

③當物體部分的灰度值比其它部分灰度值大時，可利用直方圖統計圖像中物

體的面積。

④ 計算圖像信息量H（熵）