數字圖像處理(2)-數字圖像基礎

第二章 數字圖像基礎

2.3 圖像感知和獲取

2.3.1 我們感興趣的多數圖像都是由“照射”源和形成圖像的“場景”元素對光能的反射或吸收而產生的。圖像感知和生成的主要方式：

• 使用單個傳感器獲取圖像
• 使用條帶傳感器獲取圖像
• 使用傳感器陣列獲取圖像

2.3.4簡單的圖像形成模型

形如f(x,y)的二維函數來表示圖像。在空間座標(x,y)處，f的值或幅度是一個正的標量，其物理意義由圖像源決定。當一幅圖像由物理過程產生時，其亮度值正比於物理源（如電磁波）所輻射的能量。因此，f(x,y)一定是非零的和有限的，即
$0<f(x,y)<∞$
函數f(x,y)可由兩個分量來表徵：（1）入射到被觀察場景的光源照射總量；（2）場景中物體所反射的光照總量。這兩個分量分別稱爲入射分量和反射分量，表示爲i(x,y)，r(x,y)。兩個分量作爲乘積合併成f(x,y),即：$f(x,y) = i(x,y)r(x,y)$
其中$0<i(x,y)<∞$$0<r(x,y)<1$
其中反射分量限制在0(全吸收)和1(全反射)之間。i(x,y)的性質取決於照射源，而r(x，y)的性質則取決於物體的特性。
令單色圖像在任意座標(x₀,y₀)處的強度(灰度)表示爲：f(x₀,y₀)
$l = f(x0,y0)$,可知l的取值範圍是$L_{min} <= l <= L_{max}$，
其中$L_{min}=i_{min}r_{min}$和$L_{max}=i_{max}r_{max}$。
區間[$L_{min},L_{max}$]稱爲灰度級(或強度級)。常用[$0,L-1$]，其中0爲黑色，L-1在灰度級中爲白色。所有中間值是黑色和白色之間變化的灰度色調。

2.4圖像取樣和量化

獲取圖像的方法有多種，目的都是從感知的數據生成數字圖像。多數傳感器的輸出是連續的電壓波形，這些波形的幅度和空間特性都與感知的物理現象有關。爲產生一幅數字圖像，需要把連續的感知數據轉換爲數字形式。這種轉換包括兩種處理：取樣和量化

圖2.16(a) 顯示一幅連續圖像f，一幅圖像的x和y座標及幅度可能都是連續的。爲將他轉爲數字形式，必須在座標和幅度上都進行取樣操作。對座標值進行數字化稱爲取樣，對幅值數字化稱爲量化圖2.16(b)中的一維函數是圖a中沿線段AB的連續圖像幅度值(灰度級)的曲線，隨機變化是由圖像噪聲引起的。爲對該函數進行取樣，我們沿線段AB等間隔取樣，如圖©，每個樣本的空間位置由圖形底部的垂直刻度標出，樣本用放在函數曲線上的白色小方塊表示。這樣的一組離散位置就給出了取樣函數。…