数字图像的形成过程

从理论上讲，图像是一种二维的连续函数，然而在计算机上对图像进行数字处理时，首先必须对其在空间和亮度上进行数字化，这就是图像的采样和量化的过程。空间坐标（x，y）的数字化称为图像采样，而幅值数字化称为灰度级量化，其量化过程如图1-3所示。

图1-3 物理图像数字化的过程

（1）图像采样

图像采样是对图像空间坐标的离散化，它决定了图像的空间分辨率。采样可以这样形象地理解：用一个方格把待处理的图像覆盖，然后把每一小格上模拟图像亮度的平均值作为该小方格中点的值，如图1-4所示。

图1-4 图像采样过程示意图

对一幅图像采样时，若每行（横向）采样数为M，每列（纵向）采样数为N，则图像大小为M×N个像素，f（x，y）表示点（x，y）处的灰度值，则F（x，y）构成一个M×N实数矩阵，如式（1-1）所示。图1-5所示的是像素不同的图像比较。

图1-5 像素不同的图像比较

a）像素为320×240的图像 b）像素为80×60的图像

像素的大小与图像的分辨率有关，分辨率越高，像素就越小，图像就越清晰。

（2）灰度量化

把采样后所得的各像素灰度值从模拟量到离散量的转换称为图像灰度的量化。量化是对图像幅度坐标的离散化，它决定了图像的幅度分辨率。(www.xing528.com)

量化的方法包括分层量化、均匀量化和非均匀量化。分层量化是把每一个离散样本的连续灰度值分成有限多的层次；均匀量化是把原图像的灰度层次从最暗至最亮均匀分为有限个层次，如果采用不均匀分层就称为非均匀量化。

当图像的采样点数一定时，采用不同量化级数的图像质量不一样。量化级数越多，图像质量越好；量化级数越少，图像质量越差。量化级数小的极端情况就是二值图像。

下面介绍几种常见的数字图像类型。

➢黑白图像（见图1-6）：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、1。

图1-6 黑白图像及其表示

➢灰度图像（见图1-7）：灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。

图1-7 灰度图像及其表示

➢彩色图像（见图1-8）：彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像，其中RBG是由不同的灰度级来描述的。

图1-8 彩色图像及其表示

➢序列图像：把具有一定联系的、具有时间先后关系的图像称为序列图像。电视剧或电影图像主要是由序列图像构成的。