《图像数字化》PPT课件

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1、第二章图像数字化※教学目标了解图像的输入输出设备，掌握图像采样的概念、采样定理、图像重建和图像量化的过程。※教学重点图像采样的概念、采样定理、图像重建和图像量化。※教学难点采样定理、图像重建和图像量化。※教学内容图像采样基本概念、采样定理、图像重建、标量量化、向量量化、采样、量化参数与数字化图像之间的关系、数字图像的数值描述、图像输入设备、图像输出设备本章概述一般地，一个完整的图像处理系统输入和显示的都是便于人眼观察的连续图像(模拟图像)。为了便于数字存储和计算机处理可以通过模／数转换(A／D)将连续图像变为数字图像；反过来，通过数／模转换(D／A)也可将数字图像还原为原始的连续图像。2

2、.1图像采样上一章已经提及，为了能够用计算机处理图像，首先要把连续图像f(x,y)进行空间和幅值的离散化。对空间连续坐标f(x,y)的离散化为图像的采样，而将幅值f(x,y)的离散化称为量化。图像的数字化包括采样和量化两个过程。经过数字化，一幅连续图像就转化成计算机能够处理的数字图像。2.1.1图像采样基本概念采样将空域或时域上的连续图像变换成离散采样点的集合。由于图像基本上是采取二维平面信息的分布方式来描述的，所以为了对它进行采样操作，需要先将二维信号变为一维信号，再对一维信号完成采样。换句话说，将二维采样转换成两次一维采样操作来实现。图2-1-1给出采样过程的示意图。将二维图像信号变换

3、成一维图像信号最常用的方法是，首先沿垂直方向按一定间隔，从上到下的顺序沿水平方向以直线扫描的方式，取出各个水平行上灰度值的一维扫描信息，从而获得图像每行的灰度值阵列，即一组一维的连续信号。然后再对一维扫描线信号按一定时间间隔采样得到离散信号。换句话说，图像采样是通过先在垂直方向上采样，然后将得到的结果再沿水平方向采样两个步骤来完成操作的。经过采样之后得到的二维离散信号的最小单位就称为像素(pixel)。2.1.1图像采样基本概念一般情况下，水平方向的采样间隔与垂直方向的采样间隔相同，参见图2-1-1和图2-1-2。对于运动图像(即时域上连续的图像)，首先在时间轴上采样，其次沿垂直方向采样，

4、最后沿水平方向采样这三个步骤完成。2.1.1图像采样基本概念一幅图像采样后，若每行(即横向)像素为M个，每列(即纵向)像素为N个，则图像大小为M×N个像素。例如，一幅640×480的图像表示一幅数字图像在宽、高方向上分别为640和480个像素。显然，想要得到更加清晰的图像质量，就要提高图像的采样像素点数，也就是要使用更多的像素点来表示该图像，但需要付出更大的存储空间作为代价。连续图像f(x,y)在二维空间域里进行采样时，常用的方法是对进行均匀采样。取得各点的亮度值，构成一个离散的函数。若是彩色图像，则以三基色R、G、B的亮度作为分量的三维向量函数来表示，即2.1.1图像采样基本概念相应的离

5、散向量函数用(1.1.7)表示。2.1.1图像采样基本概念评价连续图像经过采样获得数字图像的效果，采用如下一些参数。★图像分辨率是指采样所获得图像的总像素。例如，640×480图像的总像素数为307200个。在购买具有这种分辨率的数码相机时，产品性能介绍上会给出30万像素分辨率这一参数。★采样密度是指在图像上单位长度所包含的采样点数。采样密度的倒数就是像素间距。★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，丢失的信息越少，采样后获得的样本更细腻逼真，图像的质量更好，但要求的存储量也就更大。★扫描分辨率表示一台扫描仪输入图像的细微程度。它指每英寸扫描所得到的点

6、，单位是dpi(dotperinch)。数值越大，表示被扫描的图像转化为数字化图像越逼真，扫描仪质量也越好。无论采用哪种评价参数，实际上在进行采样时，采样点间隔的选取是一个非常重要的参数。2.1.2采样定理本节将用数学描述采样，并给出采样定理。1.点源和狄拉克函数信息和图像处理中一个常用到点(光)源的概念。事实上，一幅图像可以看成由无穷多个极小的像素组成。每一个像素都可以看成一个点源。因此，一幅图像也可以看成由无穷多点源组成。可以将点源看成由理想的采样孔获得的像素。2.1.2采样定理2.1.2采样定理2.1.2采样定理2.采样定理2.1.2采样定理2.1.2采样定理2.1.2采样定理2.1

7、.2采样定理2.1.2采样定理2.1.2采样定理滤除其他部分，而只保留一个完整的原图像频谱。最后通过傅里叶反变换便可求得。上述的讨论可以归纳成如下的采样定理。2.1.3.图像重建2.1.3.图像重建2.1.3.图像重建2.1.3.图像重建2.混叠当采样间隔过大而不满足奈奎斯特条件时，即在欠采样的情况下，将会导致采样图像的频谱中原连续图像的频谱与它的平移复制品重叠。F(u,v)的高频分量混入到它的中频或低频部分，这种现象称