第四章 數(shù)字影像獲取與重采樣

第四章數(shù)字影像獲取與重采樣2023/3/30第一頁，共三十六頁，2022年，8月28日§4.1數(shù)字影像傳感器

一、傳感器

二、數(shù)字影像傳感器的檢校

返回2023/3/30第二頁，共三十六頁，2022年，8月28日一、傳感器

1.電子掃描器2.電子—光學(xué)掃描器3.固體陣列式數(shù)字化器返回2023/3/30第三頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.電子掃描器現(xiàn)在不僅可以利用專門的電子掃描儀獲取數(shù)字影像，還可以利用電視攝像機(jī)與所謂多媒體卡獲取數(shù)字影像，但其精度要差一些。返回2023/3/30第四頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.電子—光學(xué)掃描器這種電子—光學(xué)掃描器一般用于光學(xué)影像或圖件的掃描數(shù)字化，而不能用于實物數(shù)字影像的獲取。返回2023/3/30第五頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.固體陣列式數(shù)字化器將半導(dǎo)體傳感器CCD（chargecoupleddevice）排列在一行或一個矩形區(qū)域中構(gòu)成線陣列或面陣列CCD相機(jī)或稱數(shù)字相機(jī)。在對影像數(shù)字化或獲取實物數(shù)字影像時不需掃描頭逐像素的移動。返回2023/3/30第六頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、數(shù)字影像傳感器的檢校

對數(shù)字影像傳感器（影像數(shù)字化掃描儀、CCD相機(jī)等）進(jìn)行幾何質(zhì)量檢校，一方面可對其質(zhì)量進(jìn)行評定，另一方面可對其輸出的影像進(jìn)行幾何畸變差校正，改善系統(tǒng)定位精度。返回2023/3/30第七頁，共三十六頁，2022年，8月28日§4.2數(shù)字影像

一、影像的灰度

二、數(shù)字影像

返回2023/3/30第八頁，共三十六頁，2022年，8月28日一、影像的灰度1.影像數(shù)字化2.影像灰度返回2023/3/30第九頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.影像數(shù)字化將透明正片（或負(fù)片）放在影像數(shù)字化器上，把相片上像點的灰度值用數(shù)字形式記錄下來，此過程稱為影像數(shù)字化。返回2023/3/30第十頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.影像灰度影像的灰度又稱為光學(xué)密度。透明相片（正片或負(fù)片）上影像的灰度值，反映了他透明的程度，即透光的能力（透過率T和不透過率O）。人眼對明暗程度的感覺是按對數(shù)關(guān)系變化的。為了適應(yīng)人眼的視覺，不直接用透過率或不透過率表示其黑白程度，而用不透過濾的對數(shù)值表示。返回2023/3/30第十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日透過率T：T=F/F0

不透過率O：O=F0/F

像點愈黑，則透過的光通量愈小，所以，透過率和不透過率都可以說明影像黑白的程度。返回2023/3/30第十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日D=lgO=lg1/TD稱為影像的灰度。當(dāng)光線全部透過時，即透過濾等于1，則影像的灰度等于0；當(dāng)光通量僅透過百分之一，既不透過率是100時，則影像的灰度是2。實際的航空底片的灰度一般在0.3～1.8范圍之內(nèi)。

返回2023/3/30第十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日二、數(shù)字影像

1.灰度矩陣g2.像素3.數(shù)字化間隔4.空間域和頻率域返回2023/3/30第十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.灰度矩陣g2023/3/30第十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日返回2023/3/30第十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.像素矩陣的每個元素gj,i是一個灰度值，對應(yīng)著光學(xué)影像或?qū)嶓w的一個微小區(qū)域，稱為像元素或像元或像素。各像元素的灰度值gj,i代表其影像經(jīng)采樣與量化了的“灰度級”（灰度等級）。

返回2023/3/30第十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.數(shù)字化間隔若△x與△y是光學(xué)影像上的數(shù)字化間隔，則灰度值gj,i隨對應(yīng)的像素的點位坐標(biāo)（x,y）：x=x0+i·△xy=y0+j·△y而異。通常取△x=△y，而gj,i也限于取用離散值。返回2023/3/30第十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日4.空間域和頻率域在空間域內(nèi)是表達(dá)像點不同位置(x,y)處（或用(i,j)表達(dá)）的灰度值。而在頻率域內(nèi)則表達(dá)在不同頻率中（相片上每毫米的線對數(shù)，即周期數(shù)）的振幅譜（傅立葉譜）。返回2023/3/30第十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日§4.3數(shù)字影像采樣

1.采樣2.樣點3.采樣間隔4.問題返回2023/3/30第二十頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.采樣a.定義b.特點返回2023/3/30第二十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日a.定義將傳統(tǒng)的光學(xué)影像數(shù)字化得到的數(shù)字影像，或直接獲取的數(shù)字影像，不可能對理論上的每一個點都獲取其灰度值，而只能將實際的灰度函數(shù)離散化，對相隔一定間隔的“點”量測其灰度值。這種對實際連續(xù)函數(shù)模型離散化的量測過程就是采樣。返回2023/3/30第二十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日b.特點1.灰度是不連續(xù)的模擬相片是連續(xù)的灰度值灰度值是采樣區(qū)域中的近似值2.等間隔采樣返回2023/3/30第二十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.樣點被量測的點稱為樣點返回2023/3/30第二十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.采樣間隔樣點之間的距離即采樣間隔。返回2023/3/30第二十五頁，共三十六頁，2022年，8月28日4.問題采樣過程會給影像的灰度帶來誤差。例如相鄰兩個點的影像灰度的變化被丟失，亦即影像的細(xì)部受到損失，則采樣間隔越小越好。但是采樣間隔越小，數(shù)據(jù)量越大，增加了運算工作量和提高了對設(shè)備的要求。返回2023/3/30第二十六頁，共三十六頁，2022年，8月28日§4.4數(shù)字影像量化

1.定義2.方法3.量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系返回2023/3/30第二十七頁，共三十六頁，2022年，8月28日1.定義影像灰度的量化是把采樣點上的灰度數(shù)值轉(zhuǎn)換成為某一種等距的灰度級。

將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值的過程叫量化。一幅數(shù)字圖像中不同灰度值的個數(shù)稱為灰度級數(shù)，用G表示。一般來說，G=2g,g就是表示圖像像素灰度值所需的比特位數(shù)。2023/3/30第二十八頁，共三十六頁，2022年，8月28日

一幅大小為M×N、灰度級數(shù)為G的圖像所需的存儲空間，即圖像的數(shù)據(jù)量，大小為M×N×g（bit）返回2023/3/30第二十九頁，共三十六頁，2022年，8月28日2.方法方法是將透明相片有可能出現(xiàn)的最大灰度變化范圍進(jìn)行等分，等分的數(shù)目稱為“灰度等級”，然后將每個點的灰度值在其相應(yīng)的灰度等級內(nèi)取整，取證的原則是四舍五入。2023/3/30第三十頁，共三十六頁，2022年，8月28日

黑白圖像:是指圖像的每個像素只能是黑或白，沒有中間的過渡，故又稱為二值圖像。二值圖像的像素值為0或1。2023/3/30第三十一頁，共三十六頁，2022年，8月28日灰度圖像:灰度圖像是指每個像素由一個量化的灰度值來描述的圖像。它不包含彩色信息。

2023/3/30第三十二頁，共三十六頁，2022年，8月28日彩色圖像:彩色圖像是指每個像素由R、G、B三原色像素構(gòu)成的圖像，其中R、B、G是由不同的灰度級來描述的。返回2023/3/30第三十三頁，共三十六頁，2022年，8月28日3.量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系

數(shù)字化方式可分為均勻采樣、量化和非均勻采樣、量化。所謂“均勻”,指的是采樣、量化為等間隔。圖像數(shù)字化一般采用均勻采樣和均勻量化方式。2023/3/30第三十四頁，共三十六頁，2022年，8月28日

一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素數(shù)越少,空間分辨率低,質(zhì)量差，嚴(yán)重時出現(xiàn)像素呈塊狀的國際棋盤效應(yīng)；采樣間隔越小，所得圖像