图像的采样和量化

图像成像模型

图像的采样和量化

图像数字化 •将代表图像的连续(模拟)信号转换为离散(数字) 信号的过程称为图像数字化 •步骤：采样和量化 •主要技术 成像：光信息－>电信号 模数转换（A/DConverter）

数字化（采集）设备 •基于图像采集卡或图像卡（扫描仪） •本身带有数字化部件（数码相机）

图像的采样和量化

关键部件：固体成像设备 •电荷耦合器件CCD(ChargeCoupledDevices)

利用电荷存储、传送和读取方式进行工作

特点：精确、尺寸小、灵敏度高、分辨率高 主要设备：摄象机、扫描仪、数码相机 •互补型金属氧化物半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide-SemiconductorTransistor)

特点：集成性好，体积更小

主要设备：可摄像手机 •电荷注射器件CID(Charge-injectionDevices)

对光的灵敏度低，随机访问像素

图像采样和量化

实例：数字化过程

Sampling

图像的采样

采样（Sampling）

•空间坐标的离散化称为空间采样，简称采样，确定 了图像的空间分辨率

即用空间上部分点的灰度值代表图像。这些点称为采 样点

量化（Quantization）

•对采样点亮度（灰度）值的离散化过程。确定了图像的灰（幅） 度分辨率

•两种量化：均匀量化、非均匀量化

均匀量化: 将样点灰度级值等间隔分档取整，称为均匀量化

非均匀量化: 将样点灰度级值不等间隔分档取整

采样和量化的级数 •假定图像取M×N个采样点，对样点值进行G级分档取整 •M,N,G一般取2的整数次幂 •M=2m；N=2n；G=2k

数字图像表示 •函数：2-D数组 f (x, y)
•矩阵
•矢量

空间分辨率和灰（幅）度分辨率
•数字图像
•图像（水平）

例如： 存储1幅32

32，16个灰度级的图需要4,096 bit

存储1幅128 128，64个灰度级的图需要98,304 bit

存储1幅512 512，256个灰度级的图需要2,097,152 bit

空间分辨率变化所产生的效果

a)512×512 b)256×256 c)128×128 d)64×64 e)32×32 f)16×16
图像质量随 N 的增加而增加

在抽样时，若横向的像素数（列数）为M，纵 向的像素数（行数）为N，则图像总像素数为 M*N个像素。

一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越 少，空间分辨率低，质量差，严重时出现马赛 克效应；

采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分 辨率高，图像质量好，但数据量大

图像灰度分辨率变化所产生的效果

a)256 b)64 c)16 d)8 e)4 f)2 图像质量随 G ( k )的增加而 增加

灰度分辨率变化对图像视觉效果的影响

随着灰度分辨率的降低，图像的细节信息在 逐渐损失，伪轮廓信息在逐渐增加。 图中由于伪轮廓信息的积累，图像已显现出 了木刻画的效果。由此也说明：灰度分辨率越低， 图像的视觉效果越差。

空间和灰度分辨率同时变化

a)256×256 ,  128 b)181×181,   64 c)128×128,   32 d)90×90,       16 e)64×64,        8 f)45×45,        4

量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分 辨率高，图像质量好，但数据量大；

量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率 低，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数 据量小。