數字圖像學習相關

數字圖像入門

什麼是數字圖像？

數字圖像，又稱數碼圖像或數位圖像，是以二維圖像用有限數字數值像素的表示。由數組或矩陣表示，其光照位置和強度均爲離散的。數字圖像是由模擬圖像數字化得到的、以像素爲基本元素的、可以用數字計算機或數字電路存儲和處理的圖像。

數字圖像的顯示和儲存

像素(pixel)

像素是圖形單元(pictureelement)的簡稱，它是位圖最小的完整單位。像素具有兩種屬性：一種是相對於位圖圖像中的其他像素來說，一個像素具有一個特定的位置；另一種是具有可以用位來度量的顏色深度。

圖像分辨率

圖像分辨率通常是指每英寸中像素的個數，用ppi(ptxelsperinch)表示。圖像分辨率取決於顯示圖像的大小。在數字化圖像中，圖像分辨率的大小直接影響圖像的品質。分辨率與圖像清晰程度成正比。分辨率越高，圖像就越清晰，當然產生的圖形圖像文件也就越大，在圖形處理時所需計算機的內存越多，同時CPu處理的時間也就越長。

圖像的位分辨率

圖像的位分辨率又稱位深，是用來衡量每個像素儲存信息的位數。這種分辨率決定可以爲多少種色彩等級的可能性，所以有時將圖像的位分辨率稱爲顏色深度。常見的有8位、16位、24位、32位和48位色彩。這裏的“位”實際上是以2爲底的冪來計算的。如24位色彩能組合($2^{24}=16777216$)有一千六百多萬(16MiIlIon)種色彩等級，這比人類眼睛所能分辨的色彩要多得多。

存儲方式

數字化圖像數據有兩種存儲方式：位圖存儲(Bitmap)和矢量存儲(Vector)。我們平常是以圖像分辨率（即象素點）和顏色數來描述數字圖象的。例如一張分辨率爲$640*480$，16位色的數字圖片，就由$2^16=65536$種顏色的$307200(=640*480)*個素點組成。

位圖圖像

位圖圖像又稱作點陣圖像、位映射圖像，它是由一系列像素組成的可識別的圖像。如果把一幅位圖圖像看成一個數字矩形，則矩形中的任一元素(即像素)對應於圖像中的一個點，而相應的值對應於該點的顏色或者灰度。
位圖圖像與分辨率有關，任何一幅位圖圖像都含有有限的像素。圖像分辨率取決於顯示圖像的大小。顯示圖像小時，像素就少．增加了分辨率；顯示圖像大時，像素就變多，則降低了分辨率。當一幅圖像顯示得很大時，就可以看到鋸齒狀的邊緣和塊狀結構的過渡，就像一幅馬賽克圖像。如果想要邊緣光滑，就必須增加圖像中的像素數目。

位圖圖像的特性：

(1)位圖圖像是由固定數目像素組成的任何圖像，無論它有多少色彩。所以．處理內容複雜的圖像或者希望得到真實照片那樣的圖像，則採用位圖圖像最合適。
(2)位圖圖像的品質與圖像分辨率有關。所以，應根據不同的圖像品質需要，設置不同的圖像分辨率，才能經濟快捷地進行圖像處理。當圖像需要高質量的輸出或者保存，希望得到清晰的圖像，則提高圖像分辨率。當然這樣的話由於產生的圖像文件增大，它所需要的存儲空間也大，處理圖像的時間也較長。對於小尺寸的圖像，只在屏幕上顯示作品(如多媒體圖像)，圖像分辨率可以設置低一點。最好反覆實踐，根據需要設置合適的圖像分辨率。
(3)前面提到位圖圖像需要佔用大量的存儲空間和較長的處理時間，簡單的位圖幾k到上百k，而複雜的位圖就要佔用幾十M甚至更大的存儲空間。解決的辦法一是：採用更大的存儲器，大容量的磁盤、光盤等。二是：用軟件重新組織數據，降低位圖圖像文件的大小——文件壓縮。
這裏需要注意兩點：①如果採用有損壓縮。被壓縮的文件裏損失了部分原始圖像的數據，有時這種損失可能會對圖像的觀賞有一點影響。②採用文件壓縮時，所採用的壓縮格式要是應用軟件能兼容的壓縮格式。

矢量圖像

矢量圖形直接描述圖像數據的每一個點．而是描述產生這些點的過程以及方法，通過數學方程來對圖形的邊線和內部填充描述以建立圖形。矢量圖形的關鍵是計算機用數學方程來描述物體。矢量圖形是由各個矢量對象組成，它是用數學原理將各種矢量對象組合而成的圖形，以一組指令的形式存在。這些指令描述依附圖形中所包臺的直線、圓、弧線等對象的各種屬性，也可以使用更爲複雜的形式表示圖像中曲面、光照、材質等效果。圖形中的每一個對象都是一個獨立的實體，都獨立的定義了各自的色彩、形狀、輪廓、尺寸以及位置等屬性。

矢量圖形的特性：

(1)由於矢量圖形把線段、形狀及文本定義爲數學方程，因此矢量圖形與分辨率無關，對圖形的更爲細緻、真實。它可以將圖形的尺寸任意改變而不會導致失真和降低圖形的質量。這是矢量圖形一個非常有用的特點。
(2)由於矢量圖形與分辨率無關，因此矢量圖形可以自動適應輸出設備的最大分辨率。以打印機作爲輸出設備時，打印機把矢量圖形的數學方程變成打印機的像素，無論打印的圖形有多大，圖形看上去都十分均勻清晰。
(3)由於矢量圖形是以數學方法描述的圖形，它並不存儲圖形的每一點，而只存儲圖形內容的輪廓部分，因此不含有位圖圖像的矢量圖形的存儲空間較位圖圖像的存儲空間要小得多。
(4)在矢量圖形中，文件大小取決於圖形中所包含對象的數量和複雜程度，因此矢量圖形文件大小與輸出圖形的大小几乎沒有關係，這一點與位圖圖像正好相反。
(5)在矢量圖形中可以只編輯其中某個對象而不影響圖形中的其他對象。矢量圖形中的對象可以互相覆蓋而不會互相影響。
位圖圖像與矢量圖形的區別
(1)矢量圖形的顯示過程是按照圖元(一些簡單的對象如圓、線、球、立方體等稱作圖元)的順序進行的，而位圖圖像的顯示過程是按照圖像中所安排的像素順序進行的，與圖像內容無關。
(2)矢量圖形可以進行變換(如放大)而無失真，而位圖圖像變換(如放大)則有可能發生失真。這是因爲位圖圖像只是簡單的將元素進行了處理。
(3)矢量圖形能夠以對象爲單位單獨的進行屬性修改、編輯等操作，而位圖圖像則不能。這是因爲位圖圖像中並沒有關於圖像內容的獨立單位，只能夠對像素或者圖像塊進行處理。
(4)矢量圖形實際是對位圖圖像的抽象，在處理和存儲時均按照圖的特定格式進行，但在屏幕上進行顯示時則與位圖圖像沒有區別。