图像数字化

图像数字化是计算机图像处理之前的基本步骤，目的是把真实的图像转变成计算机能够接受的存储格式。数字化过程分为采样与量化处理两个步骤，采样的实质就是要用多少点来描述一张图像，比如，一幅640×480的图像，就表示这幅图像是由307200个点所组成。量化是指要使用多大范围的数值，来表示图像采样之后的每一个点。这个数值范围包括了图像上所能使用的颜色总数，例如，以4个bits存储一个点，就表示图像只能有16种颜色，数值范围越大，表示图像可以拥有越多的颜色，自然可以产生更为细致的图像效果。量化的结果是图像能够容纳的颜色总数。两者的基本问题都是视觉效果与存储空间的取舍问题。

一个图像是如何数字化的呢？不妨从一张玩具鸭子图片说起。

首先要把图片打格子分成若干小块，每块用一个数字来表示一种颜色。如果图像是纯黑白两色的，那每块只用1或0表示即可。若图像是16色的，每块用4位二进数表示，因为2^4=16，即4位二进制有16种组合，每种组合表示一种颜色就行了。真彩色位图的每个小块，都是由不同等级的红绿蓝三种色彩组合的，如图所示，每种颜色有2^8个等级，所以共有2^24种颜色，因此每小块需要24位二进制数来表示。

可见，数字图像越艳丽，则需要记录的二进制数就越多越长。除此之外，打的格子越密，则一副图的总数据量就越大，此例中鸭子图片分成了11×14=154块，按真彩色位图来计算，则总数据量为154×24=3696比特。这些小格子显然是太大了，不能表现图片的细节，实际中的格子要密得多，例如1024×768，这是大家都熟悉的显示分辩率。

看这张滑雪图，人体的色彩变化比较大，而天空和雪的色彩却非常单调，可以想象，代表每个小格颜色的数值也应该非常接近，图右下的原始数据是8个相邻格子的色彩数据，由于两个相邻格子的数据差异很小，所以可以用第一个格式数据当作第二个格子数据的预测值，经实际测量后，把真实值与预测值的差值求出来，并用这个差值来表示第二个格子的色彩。那么，实际记录下的就是第三行差值。但恢复数据时，用前面一个值加上差值，就是当前的色彩值，只要有第一位的基础值，后面的色彩值就可以滚雪球式的一个个求出来。

用差值来记录色彩，只是简单地进行了很多个减法运算，在还原时再加回来，数据并没有一丁点的损失，因此被称为无损压缩，如果把很少的差值彻底丢弃，在还原时把一个格子

的色彩信息代表了周围很多格子的色彩，则压缩率更高，但格子之间的微小差别就丢失了，这种方法属于有损压缩。

位图是每个格子都独立记录的，因此数据量很大，这就是bmp格式，而经过了上述的预测差值运算后，就变成了有损压缩格式，jpg格式就是其中之一。画质基本相同的两幅图，jpg格式的数据量要比bmp小得多。jpg是有损压缩的，但画质的损失非常小。Jpg格式是很智能的，例如对上面有大面积相似色彩的山水照给予较大的压缩率，而对非常热闹的人群照给予较小的压缩率。

上面说的只是静态的图像，而视频图像压缩得更大，一秒钟视频会切换几十张画面，而这些画面的绝大部分都是相同的，采集是每幅都是独立采的，生成的avi格式的数据量是很大的，不仅每幅画面本身可以压缩，更重要的是幅与幅之间也可以压缩，这就形成了数据量小得多的mpeg格式。也可以采用压缩率更高的rm格式，rm格式的画质比mpeg差得不多，但数据量却小了很多倍，更方便在网上传输。

不同的视频，幅与幅之间的相似度是不同的，韩剧的相似度很大，甭说一秒了，甚至几分钟内演员都坐在沙发上聊，除了嘴巴外每幅画面都基本一样，对这种视频可以采用较大的压缩率，而对动感性很强的武打片，则采用较小的压缩率，这种格式就是rmvb。跟rm格式不同的是，它的压缩率是可变的，vb就是可变比特率的意思。rmvb比rm更先进，相同数据量的rmvb视频会比rm视频清晰，而相同清晰度的视频，rmvb格式的数据量会更小。

一旦进行了有损压缩，数据缺失了，画质就很难复原了，但这也并不是不可能，这里面有个关键的概念–先验信息。例如这张民国美女黑白照片的嘴唇，要压缩成这个灰度，右侧的彩色图例中有五种可能，但通过先验信息（先验信息也就是我们以前已经知道了的知识）知道，美女的嘴唇不可能是绿的、蓝的和紫的，只能是右下的红色，把它还原成红色就对了。

钢琴和弦的每一小组乐音都是由不超过五个纯音符的组合，这些排列组合的总数还是不少的，但好在根据先验信息我们知道，只有极少数的组合是经常出现的，绝大多数的组合是基本不会出现的，如果我们得到了一组模糊不清的组合，它跟经常出现的某个组合与基本不会出现的某个组合的相似度一样，那我们就毫不犹豫地认定它就是那个经常出现的组合。

当然，实际上它不是那个经常出现的组合，而是那个基本不会出现的组合，这种可能性也是不能排除的，就好比那个民国美女真的长了一副蓝嘴唇一样，我们依靠先验信息做的判断就杯具了，但这是没办法的事。

现在的核磁共振技术在短时间内只能获得比较粗糙的图像，但我们知道被照器官的每一小块部分与相邻部分的相关性是很强的，而且我们对这些器官也具有很多先验信息，这就可以帮助我们像还原民国美女图那样，在粗糙的图像上还原出高画质的图像，可信度还可以做得非常高。

在对图象进行数字扫描和处理的过程中，需要对图象处理系统和图象处理要求有一个详细的了解。

一、所需要的工具和软件

1、扫描仪：在选择扫描仪时,一定要将原稿类型、最终图像用途，与扫描仪的扫描仪特征参量：动态密度范围，扫描的幅面，分辨率和扫描软件及透射稿扫描的能力结合考虑。

2、数字相机：在选择数字相机时，只须这些设备可以记录静态平面图象就可以了。同时，一个更重要的问题就是考虑数字相机的分辨率问题。

3、拷贝机：现在有一种连接计算机的拷贝机也可以用于图象的数字化过程。这种拷贝机所起的就是扫描仪的作用。

4、色彩管理系统：在进行数字化图象时，如果有色彩管理系统的帮助，我们就可以得到直观生动的所见即所得效果.但是屏幕色域与显示器色域毕竟存在差别，所以要对这点加以注意。

5、文件格式:对文件格式,要考虑以什么样的文件格式存储才适合后工序及其他软件的使用.

6、存放设备：用什么样的存储设备进行存储.是使用软盘，可移动硬盘，磁带，MO，CD-ROM，DVD还是其他存储形式.

二、考虑图像数字化和处理过程中的特征设置问题

1、选择怎样的方式从RGB色彩空间转换成CMYK色彩空间呢?

是在扫描过程中直接转换还是使用图像处理软件进行呢?如果使用的是高档的扫描仪或是专业从事印前开发的公司生产的扫描仪,可以使用直接在扫描过程中的色空间转换形式;但是对于低档扫描仪的色彩转换,最好选择好的图象处理软件进行色彩转换.