数字图像概念及应用实例

图3-1是一幅图像的模拟图像与数字图像。从图中可以看到，模拟图像给出的是物体特性连续变化的情况，数字图像给出的是物体特性阶跃式变化的情况。可见数字图像不同于常规的模拟图像。

图3-1 数字图像与模拟图像的比较

a）模拟图像 b）数字图像 c）数字图像矩阵

数字图像由一个个分立小区构成，这些分立小区是数字图像的基本单元，称为像素（像元）。每个像素是图像的一个尺寸大小固定的小区，在该区内具有单一的幅度值，这是数字图像的基本特点。对二维平面数字图像，一幅图像是由M行、N列（即M×N）个像素构成的一个矩阵。

像素尺寸定义为图像矩阵的行或列中相邻二像素中心的距离，因此可能出现像素在不同方向具有不同尺寸的情况。通常情况下，像素为正方形，在不同方向具有相同尺寸。像素尺寸常记为P，单位为毫米（mm）或微米（μm）。

图3-2 焊接裂纹射线检测的模拟图像和数字图像

a）裂纹胶片射线照相图像 b）裂纹图像的数字化图像(www.xing528.com)

注：图b中竖直低黑度图像是像质计中直径0.63mm的丝。

图3-2a、b分别是一焊接裂纹射线检测的模拟图像和数字图像。数字图像的像素尺寸为0.084mm×0.084mm（为清楚作了放大）。通过它可清楚地看到从模拟图像到数字图像所带来的变化，也显示了数字图像像素的基本特点，或者说数字图像的基本特点。

数字射线检测技术得到的一般是灰度图像。灰度实际就是亮度，只不过反映的是人眼对亮度的感觉。对于灰度数字图像，像素是一个尺寸大小固定的小灰度区。在一个像素区图像具有单一的灰度值，该灰度值由像素区的平均灰度值决定。

数字图像的像素尺寸决定了数字图像的空间频率。空间频率是类似于时间频率引入的表示空间周期重复现象的概念。理论上，空间频率描述的是在空间按正弦曲线变化强度的周期现象。空间频率的常用单位为“线对/毫米（Lp/mm）”或“线对/厘米（Lp/cm）”。简单说，一个线对表示的是在单位长度内存在一个周期的正弦变化强度。空间频率值常简单用“线对值”，即单位长度内的线对数表示。

对于像素尺寸为P（mm）的数字图像，由Nyquist采样理论可以得到其空间频率f（Lp/mm）为

例如，数字图像的像素尺寸P为0.2mm，则该数字图像的空间频率为2.5Lp/mm。显然，若在不同方向上像素尺寸不同，数字图像在不同方向也将有不同的空间频率。

在数字射线检测技术中，用金属丝对（即一对平行放置的直径相等的金属丝，且中心距离等于2倍直径，如双丝像质计的丝对）近似正弦强度变化。更简单的是采用一对相同宽度、中心距离等于2倍宽度的平行矩形条，近似正弦强度变化。并用这样的器件测定图像的空间频率。这时，一个线对就是一根丝和一个宽度等于直径的空隙（或一个矩形条和一个同样宽度的空隙）。空间频率的线对值则是单位长度内可以含有的这种线对数。金属丝或矩形条的材料，对射线应具有很强的吸收特性。