图像的数字化表示(精选)

图像数字化是计算机图像处理之前的基本步骤，目的是把真实的图像转变成计算机能够接受的存储格式。

数字化过程分为采样与量化处理两个步骤，采样的实质就是要用多少点来描述一张图像，比如，一幅640×480的图像，就表示这幅图像是由307200个点所组成。

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。

这个数值范围包括了图像上所能使用的颜色总数，例如，以4个bits存储一个点，就表示图像只能有16种颜色，数值范围越大，表示图像可以拥有越多的颜色，自然可以产生更为细致的图像效果。

量化的结果是图像能够容纳的颜色总数。

两者的基本问题都是视觉效果与存储空间的取舍问题。

一个图像是如何数字化的呢？不妨从一张玩具鸭子图片说起。

首先要把图片打格子分成若干小块，每块用一个数字来表示一种颜色。

如果图像是纯黑白两色的，那每块只用1或0表示即可。

若图像是16色的，每块用4位二进数表示，因为2^4=16，即4位二进制有16种组合，每种组合表示一种颜色就行了。

真彩色位图的每个小块，都是由不同等级的红绿蓝三种色彩组合的，如图所示，每种颜色有2^8个等级，所以共有2^24种颜色，因此每小块需要24位二进制数来表示。

可见，数字图像越艳丽，则需要记录的二进制数就越多越长。

除此之外，打的格子越密，则一副图的总数据量就越大，此例中鸭子图片分成了11×14=154块，按真彩色位图来计算，则总数据量为154×24=3696比特。

这些小格子显然是太大了，不能表现图片的细节，实际中的格子要密得多，例如1024×768，这是大家都熟悉的显示分辩率。

看这张滑雪图，人体的色彩变化比较大，而天空和雪的色彩却非常单调，可以想象，代表每个小格颜色的数值也应该非常接近，图右下的原始数据是8个相邻格子的色彩数据，由于两个相邻格子的数据差异很小，所以可以用第一个格式数据当作第二个格子数据的预测值，经实际测量后，把真实值与预测值的差值求出来，并用这个差值来表示第二个格子的色彩。

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。

1. 3 数字图像的数学表示可把一幅图像的数学表示方法分为确定性表示或随机性表示，通常针对不同问题选用不同方法[5]。

1. 3. 1 确定性表示图像的实质是记录了“物体（图像源）辐射能量的空间分布”。

图像函数表示一幅连续图像：),,,,(t z y x F I λ= 5－D ：一幅活动的、彩色的、立体图像Multispectral Image其中I 表示图像强度或亮度；,,,z y x 表示空间坐标；t ,λ分别表示光波波长和时间。

),,(z y x F I = 3－D ：立体、单色图像),,,(t y x F I λ= 4－D ：平面、彩色、活动图像),,(t y x F I = 3－D ：平面、单色、活动图像),(y x F I = 2－D ：静止的、平面、单色图像 连续图像(,,,,)F x y z t λ隐含了四项约束：（1）0(,,,,)F x y z t A λ≤≤光强是实数，非负，有界的，且最大的亮度不能超过一实数A 。

（2）x xy yz zL x L L y L L z L −≤≤+−≤≤+−≤≤+ 实际图像系统和成像尺寸是有界的。

对二维情况，把模型设在一个矩形区域内易于连续图像的数字化。

（3）T t T −≤≤实际的观察时间是有限的。

（4）图像函数应在定义域内出现。

对多光谱图像（如彩色图像或遥感图像），观察到的象场为光谱函数(,,,)F x y t λ对光谱响应()i s λ的加权积分：∫∞==0)(),,,(),,(λλλd s t y x F t y x F I i（若是单色图像，F 仅与空间和时间相关）)(λi s 为第i 个光谱像的光谱响应（即第i 个传感器的光谱响应）。

交通导航用来检测藏匿于人衣物下的武器。

被动式毫米波成像系统获得的图像都很模糊，图像增强是很重要的工作。

）检测识别多光谱卫星（如美国的测地卫星）：拍摄地球上的特定地区，得到的图像有黑白图片，有的能显示一些地球特性；可以确定海岸线附近的浅水区或武器装备经过的地方；每当地面上出现干扰，就会引起频谱改变，把多光谱计算机图像加以比较，通过计算机增强数据，显示出这些改变。

XXXX 学院2020-2021学年学期期末考试卷课程《数字图像处理》考试时间: 120 分钟班级姓名学号一. 填空题（每空1分, 共20分）1.________是指由外部轮廓线条构成的矢量图, 即由计算机绘制的直线、圆、矩形、曲线、图表等。

2.图像根据色彩分为: 彩色图像、___________和___________。

3.对一幅连续图像f(x,y)在二维空间上的离散化过程称为___________，离散化后的采样点称为___________。

4.图像分辨率包括___________和___________两部分, 它们分别由采样点数和灰度级来控制。

5.普通彩色图像中, 一个像素需要24比特构成, R、G、B各占______个比特, 可能的颜色数有______种。

6.RGB模型, 也叫______、______、______模型, 广泛用于彩色显示器, 高质量彩色摄像机中。

7.在HSI空间中, 彩色图像包含色调、___________和___________三个分量。

8.______________是一种线性的积分变换, 常在将信号在时域（或空域）和频域之间变换时使用, 在物理学和工程学中有许多应用。

9.灰度变换是数字图像增强技术的一个重要的手段, 目的是使图像的__________动态范围扩大, 图像的__________扩大, 图像更加清晰, 特征越发明显。

10.图像的退化由系统特性和__________两部分引起。

11._____________是利用图像数据的冗余进行压缩，可完全恢复原始数据而不引起任何失真，压缩率受冗余度的理论限制。

1. ________目的是改善图像质量, 使图像更加符合人类的视觉效果, 从而提高图像判读和识别效果的处理方法。

A.图像增强B.图像变换C.图像分割D.图像复原2. ________是指当观察目标和背景时, 会感到背景较暗的目标物较亮, 而背景较亮的目标物则较暗。

《图像信息的数字化表示和存储》说课稿教材分析。

木节课选自《多媒体技术应用》选修教材第一单元第二节“多媒体技术”，内容是介绍媒体信息数字化表示利存储的原理，阐释多媒体技术的基础和内涵。

使学生进一步认识多媒体技术的实质一一数字化。

从原理上对其有一个理性的认知，为后续单元的学习奠定基础。

其中，图像信息的数字化表示与存储是重点内容。

学生分析。

高一年级下学期的学生，在《信息技术基础》必修课学过相关内容，知道信息数字化的基本原理，是用0和1来表示信息。

但对各种媒体信息数字化的具体原理不清楚，对数字化表示的核心——舟二进制进行编码的思想不了解。

他们缺乏有关二进制的专业知识，对深奥抽象的原理不是特别感兴趣。

所以，如何以一种生动直观的方式，深入浅出地讲解专业的技术和原理这是本课成功与否的关键。

教学目标了解数据冗余和压缩的简单原理；掌握常用图像文件格式。

理解图像信息数字化表示和存储的原理和二进制编码的思想，能计算图像的存储容量。

学习从方法论的方向和角度思考问题，建立科学的原理认知观。

说重点难点图像信息的数字化表示和存储和二进制编码的思想说教法与学法分组教学法、游戏教学法自主实践说教学策略教学中可能遇到的问题解决问题的策略学生对纯理论的内容不感兴趣避免平铺直叙地讲解，将深奥、抽象的知识溶解在贯穿课堂的实践活动中，以课堂游戏“数字拼图”让学生从理论和实践的相互交融中深切感受知识的魅力。

一幅完整的图像包含众多像素，研究起来比较麻烦截取图像的一小部分作为研究对象，并制作模型图作为教具。

使复杂抽象的问题简单化、具体化。

学生缺乏二进制的专业知识，难以理解用二进制编码的思想通过讲解颜色编码引入二进制说教学过程我将整个教学内容分成四个相对独立的环节。

并以循序渐进的方式为主线，分别向学生创设了4个连续的情境。

“黑白图像的数字化-二进制编码-彩色图像的数字化-图像的存储容量”这条主线的环节既独立，又是4个层层递进的问题，从而沿着“图像信息数字化和存储”这个主题，探究、思考、讨论。

第二章2.3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。

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、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(n m f m f m f n f f f n f f f F⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=011100001I2.3.2图像数字化过程①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：②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=2g，g为量化bit数。

若一幅数字图像的量化灰度级数G=256=28级，灰度值范围0-255，常称为8bit量化。

图像数据量：一幅M×N、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。