量化等级与图像质量的关系
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。 但在极少数情况下 对固定图像大小时，减 少灰度级能改善质量， 产生这种情况的最可能 原因是减少灰度级一般 会增加图像的对比度。 例如对细节比较丰富的 图像数字化。
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。
黑白图像
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或1。 例如
1 0 0 I 0 0 1 1 1 0
灰度图像 灰度图像是指灰度级数大于2的图像，但不包含彩色 信息。
0 150 200 I 120 50 180 250 220 100
彩色图像
彩色图像是指每个像素由R、G、B分量构成的图像， R、B、G不同的灰度级组合形成不同的色彩。
255 240 240 R 255 0 80 0 255 0
0 160 80 G 255 255 160 0 255 0
(b) 3）单（或多）幅图像→ 数字或符号等，如图 (c)。 图像 图像 (c) 统计量或特征量 编码 符号表示 图像 图像
2.5.2图像处理的几种具体算法
1.局部处理
邻域 对于任一像素（i，j），该像素周围 的像素构成的集合{（i+p,j+q），p、q取 合适的整数}，叫做该像素的邻域。如图 2.5.2（a）。 图2.5.2 像素的邻域 常用的邻域如图2.5.2（b）、(c),分 别表示中心像素的4-邻域、8-邻域。
0 0 1 2 3 2 1 3 1 5 6 6 2 2 2 1 3 7 0 7 2 5 3 2 2 6 6 5 7 6 2 3 1 2 3 3 2 2 1 1 3 5 5 6 4 7 2 2 2 6 1 5 1 6 1 2 1 7 2 0 6 0 2 1
v0=5/64 v1=12/64 v2=18/64 v3=8/64 v4=1/64 v5=5/64 v6=8/64 v7=5/64
鼓式扫描仪 又称为滚筒式扫描仪。鼓式扫描仪是专业印刷排版领域应用 最广泛的产品。 滚筒式扫描仪的结构特殊，它的工作原理是把原图贴放在一 个有机玻璃滚筒上，让滚筒以一定的速率围绕一个光电系统旋 转，探头中的亮光源发射出的光线通过细小的锥形光圈照射在 原图上，一个像素一个像素地进行采样。 这种扫描仪的光学分辨率高、色 深高、动态范围宽，而且输出的图 像普遍具有色彩还原逼真、阴影区 细节丰富、放大效果优良等特点。 但它的体积大，价格也很高。
采样方式:有缝、无缝和重迭
2.3.2量化
经采样图像在空间上被分割成离散的像素，但其灰度是 连续的，还不能用计算机进行处理。
将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫量化。
表示像素明暗程度的整数称为像素的灰度值或灰度。
一幅数字图像中不同灰度值的个数称为图像灰度级数， 用G表示。
灰度级数代表一幅数字图像灰度层次的多少。图 像数据层次越多，视觉效果就越好，图像质量越好。
G 2 g ，g就是表示存储图像像素灰度 一般来说， 值所需的比特位数。 若一幅数字图像的灰度量化级数 G=256=28 级，灰 度取值范围一般是 0~255 的整数，由于用 8bit 就能表示 灰度图像像素的灰度值，因此常称8 bit 量化。 从视觉效果来看，采用大于或等于 6比特位量化的 灰度图像，视觉上就能令人满意。 一幅大小为 M×N、灰度级数为 G 的图像，所需的存 储空间，即图像的数据量，大小为 M×N×g （bit）
2.4.3 直方图的应用
①用于判断图像量化是否恰当
(a) 恰当量化

(b)未能有效利用
(c)超过了动态范围
②用于确定图像二值化的阈值
0 g ( x, y ) 1
f ( x, y ) T f ( x, y ) T
具有双峰性的灰度图像
③当已知目标在影像上的灰度值比其它部分灰度值大或 者位于某一灰度区间时，可利用直方图统计图像中物 体的面积。 A=
4.位置不变处理和位置可变处理 计算输出像素 JP(i，j) 值的方法与像素的位置 (i，j) 无 关的处理称为位置不变处理或位移不变处理。 随位置不同计算方法也不同的处理称为位置可变处 理或位移可变处理。
5.窗口处理和模板处理 对图像的处理，一般采用对整个画面进行处理，但 也有只对画面中特定的部分进行处理的情况。这种处理 方式的代表有窗口处理和模板处理。 单独对图像中选定的矩形 区域内的像素进行处理的方式 叫做窗口处理
图像数字化器的性能评价
项 目 内 容
空间分辨率 灰(色)度分 辨率 图像大小 量测特征 扫描速度 噪声 其他
单位尺寸能够采样的像素数。由采样孔径与间距的大 小和可变范围决定。 量化为多少等级(位深度),颜色数(色深度) 仪器允许扫描的最大图幅 数字化器所测量和量化的实际物理参数及精度 采样数据的传输速度 数字化器的噪声水平(应当使噪声小于图像内的反差) 黑白/彩色，价格,操作性能等
局部处理 对输入图像IP（i,j）处理时，某一输出像素JP(i,j)值 由输入图像像素（i,j)及其邻域N(IP(i,j))中的像素值确定。 这种处理称为局部处理。
局部处理的计算表达式为
JP(i, j ) N ( N ( IP(i, j )))
例如 对一幅图像采用3×3模板进行卷积运算。
扫描仪的类型有很多种，按扫描仪所扫描对象来划分，可 分为反射式和透射式两种。根据其组成结构，扫描仪可分为手 持式、平板式和滚筒式等几种。
手持式扫描仪 这种扫描仪诞生于1987年，是当年使用比较广泛的扫描仪 品种，最大扫描宽度为105mm，用手推动，完成扫描工作， 也有个别产品采用电动方式在纸面上移动，称为自走式扫描仪。 手持式扫描仪扫描幅面太窄，难于操作和捕获精确图像， 扫描效果也很差。1995 ~1996年，各扫描仪厂家相继停止生 产这一产品，手持式扫描仪退出了历史的舞台
n vi
i T
(2.4-3)
④ 计算图像信息量H（熵）
H Pi log2 Pi
i 0
L1
（2.4-4）
2.5图像处理算法的形式
2.5.1图像处理功能的形式
按图像处理的输出形式，将图像处理功能分为三种 形式： 1）单幅图像 → 单幅图像 ,如图(a)。 图像 图像
(a) 2）多幅图像 →单幅图像, 如图(b)。
vi
i
2.4.2 直方图的性质
①灰度直方图只能反映图像的灰度分布情况，而不能反 映图像像素的位置,即丢失了像素的位置信息。 ②一幅图像对应唯一的灰度直方图，反之不成立。不同 的图像可对应相同的直方图。图 2.4.2 给出了一个不同 的图像具有相同直方图的例子。
图2.4.2 不同的图像具有相同直方图 ③一幅图像分成多个区域，多个区域的直方图之和即为 原图像的直方图。
2.3.4 数字化器
数字化器必须能够将图像划分为若干像素并分别给它们地 址，能够度量每一像素的灰度并量化为整数，能够将这些整数 写入存储设备。 一、数字化器组成 A．采样孔：保证单独观测特定的像素而不受其它部分的影响。 B．图像扫描机构：使采样孔按预先确定的方式在图像上移动。 C．光传感器：通过采样孔测量图像的每一个像素的亮度。 D．量化器：将传感器输出的连续量转化为整数值。 E．输出存储体：将像素灰度值存储起来。它可以是固态存储 器，或磁盘等。 常用的数字化器是扫描仪、数码相机和数码摄像机。
2.4 图像灰度直方图
2.4.1 概念 一、定义
灰度直方图是统计和反映一幅图像中各灰度级像素 出现的频率与灰度级的关系图。它是图像的一个重要特 征，反映了图像灰度分布的情况。 下图是一幅图像的灰度直方图。
频率的计算式为
灰度图像的直方图
彩色图像的分波段直方图
二、计算
该图像像元总数为8*8=64, i=[0,7]
二、扫描仪工作原理 扫描仪是图像输入的常用设备。其工作步骤是: 1.将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上; 2.启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移动光源 通过机械传动机构在控制电路的控制下带动装着光学系统和 CCD的扫描头与图稿进行相对运动来完成扫描。 3.照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成 横向光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜 ，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带，分 别照到各自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号， 该信号又被A/D变换器转变为数字 电子信号。 4.将数字电子信号传送 至计算机存储起来。
点处理
在局部处理中，当输出值JP(i,j)仅与IP(i,j)有关，则称 为点处理，如图2.5.5。
图2.5.5 点处理
点处理的计算表达式为：
JP(i, j) p (IP(i, j))
(2.5 2)
大局处理
在局部处理中，输出像素JP(i,j)的值取决于输入图 像大范围或全部像素的值，这种处理称为大局处理。如 图２5.6。
平台式扫描仪 又称平板式扫描仪、台式扫描仪，这种扫描仪诞生于 1984年，是目前扫描仪的主流产品。 它的扫描区域为一块透明的平板玻璃，将原图放在这 块玻璃平板上，光源系统通过一个传动机构作水平移动， 发射出的光线照射在原图上，经反射或透射后，由接收系 统接收并生成模拟信号，再通过A／D转换成数字信号，直 接传送到电脑，由电脑进行相应的处理，完成扫描过程。 平板式扫描仪的扫描速度、精度、质量很好，已得到了很 好的普及。
第二章 基本概念
讲解内容
1. 图像数字化概念、数字化参数对图像质量的影响、数字 化器性能的评价 2. 图像灰度直方图的基本概念、计算、 性质及其应用 3.数字图像处理算法形式与数据结构 4.图像图像文件格式与特征 重点：图像数字化、图像灰度直方图和图像文件BMP格式 难点：图像数字化、直方图应用、图像分层结构数据