数字图像的基本概念详解

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：“图像”一词在汉语中很难给出一个明确的定义，它在英文中有三个相关词汇——“picture”、“image”和“pattern”。对图像，我们可以用滤波、统计的算法。图像则是对客观事物的真实描述。当用数学方法描述图像信息时，通常着重于考虑它的点的性质。当x，y和幅值I为有限的离散数值时，称该图像为数字图像。数字图像是由有限的元素组成的，每个元素都有一个特定的位置和幅值，这些元素称为图像元素、画面元素或像素。

“图像”一词在汉语中很难给出一个明确的定义，它在英文中有三个相关词汇——“picture”、“image”和“pattern”。英文词典一般是这样注释的，pic-ture——画、图画、图像、图片、电影等；image——像、图像、景像、映像、影像、反射、映射等；pattern——模型、式样、样本、图案、花样、图、图形等。从这三个词的注释中大致可做如下区分，“picture”是指与照片等相似的用手工描绘的人物或景物，其中侧重于手工描绘的一类“画”；“image”是指用镜头等科技手段得到的视觉形象，一般来讲可定义为“以某一技术手段被再现于二维画面上的视觉信息”，通俗地说就是指那些用技术手段（包含计算机技术）把目标原封不动地一模一样地再现的图像；而“pattern”在拉丁语中指裁衣服的纸样，因此它主要指的是图案、曲线、图形。综上所述，我们说的图像应该是“image”，“Image Processing”处理的主要是照片、复印机、电视机、传真机、计算机显示的一类图像^［104］。

“图像”和“图象”这两个名词易于混淆，在各种专业书籍里面也经常混用，如果一定要做辨识，我们可以简单地认为，“图象”一般用于表示数学领域中的图，如函数图象一类的东西。而对于“图像”和“图形”这两个概念，我们可以从以下几个方面进行区分：

1）存储方式的区别。图形存储的是画图的函数。图像存储的则是像素的位置信息和颜色信息以及灰度信息。

2）缩放的区别。图形在进行缩放时不会失真，可以适应不同的分辨率。图像放大时会失真，可以看到整个图像是由很多像素组合而成的。

3）处理方式的区别。对图形，我们可以旋转、扭曲、拉伸等。而对图像，我们一般会进行对比度增强、边缘检测等。

4）算法的区别。对图形，我们可以用几何算法来处理。对图像，我们可以用滤波、统计的算法。

5）其他。图形不是主观存在的，是我们根据客观事物而主观形成的。图像则是对客观事物的真实描述。

当用数学方法描述图像信息时，通常着重于考虑它的点的性质。例如一幅图像可以被看成是空间各个坐标点上强度的集合。它的最普遍的数学表达式为

式中，(x，y，z)是空间坐标，λ是波长，t是时间，I是图像的强度。这样一个表达式可以代表一幅活动的、彩色的、立体图像。

当我们研究的是静止图像（Still Image）时，则上式与时间t无关；当研究的是单色图像时，显然与波长λ无关；对于平面图像来说，则与坐标z无关。因此，对于静止的、平面的、单色的图像来说，其数学表达式可以简化为一个二维函数

这里，x和y是二维空间坐标，而函数f是求取任意一对二维空间坐标(x，y)上的幅值I，也就是该点图像的强度或灰度。当x，y和幅值I为有限的离散数值时，称该图像为数字图像（Digital Image）。数字图像是由有限的元素组成的，每个元素都有一个特定的位置和幅值，这些元素称为图像元素、画面元素或像素。

数字图像的基本概念详解

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