图像处理1.1:图像数字化及表示

图像

“图”是物体反射或透射光的分布.“像”是人的视 觉系统所接受的图在人脑中所形成的印象或认识。

图像就是所有具有视觉效果的画面,是各种图形和 影像的总称。

图像所包含的信息量很大.

一幅图像可以用如下公式表示:

$$I=f(x,y,z,λ,t)$$

其中x、y、z 是空间坐标,λ是波长 ,t 是时间,I 是光强度。

对静态图像,t 为常数.对单色图像, λ为 常数.对平面图像, z 为常数.

对于静态平面单色图像,其数学表达式可简化为:

$$I=f(x,y)$$

人类感知只限于电磁波谱的视觉波段,成像机器则可以覆盖几乎全部电磁波谱.

电磁波谱

数字图像

  • 模拟图像: 空间和灰度都连续的图像( 如照片/图形/X光照片等)。
  • 数字图像: 把模拟图像用数字表示出来, 用数字表示的图像就是数字图像。

##图像数字化

  • 图像的数字化: 将模拟图像经过离散化处理得到数字图像的过程 ,叫图像的数字化,包括采样和量化两个过程。
  • 采样: 在空间上把图像分割成一块块小区域(像 素),每个像素都有一个二维坐标(整数).

采样

采样2

采样对图像的影响

  • 量化:每个像素的亮度或灰度值被映射到相应 的灰度级,每级灰度一般用一个整数来表示。 若量化灰度级数L=256,取值范围是0~255的 整数,用8bit能表示灰度图像像素的灰度值, 称8 bit 量化。

灰度8bit量化

量化对图像的影响

数字图像表示

模拟图像经采样与量化后可以用一个矩阵来表示:

数字图像矩阵

$f(x,y)$被称为数字图像,矩阵中的每一个元素即为像素 ,元素的位置与像素点位置相对应,其值的大小是该 像素的灰度值。

图像量化数据

  • 灰度图像:灰度图像矩阵元素的取值范围通常 为[0,255],其数据类型一般为8位无符号整 数,即256级灰度图像。“0”表示纯黑色, “255”表示纯白色,中间的数字从小到大表 示由黑到白的过渡色。

    灰度图像

  • 二值图像:灰度值只由0、1两个值构成, “0”代表黑色,“1”代表白色。二值图像可 以看成是灰度图像的一个特例。

    二值图像

  • RGB图像:用来表示彩色图像。它分别用红(R) 、绿(G)、蓝(B)三基色的组合来表示每个像素 的颜色。每个颜色分量的数据类型一般为8位无符号整型。

    RGB图像