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图像数字化,图像的数字化是什么?

来源:连笔字网 2023-11-25 19:30:14 作者:连笔君

图像的数字化是什么?

图像的数字化是首先要把一幅画面分解为若干个像素,这便相当于“取样”。组成画面的像素越多,相当于所取的样值越多,出来的图像也越清晰。

对每一像素要进化量化。一是对亮度进行量化,一是对色彩进行量化。所有颜色都是由红、绿、蓝三原色调配而成的,所以对色彩的量化还要分解为对三原色的量化,利用三者不同的比例,组成不同的颜色。如果用8位二进制数,也就是用一个字节对亮度进行量化,则每一像素可以有256种不同亮度。如果对每一原色,也各用一个字节量化,便可调配出256×256×256=16777216种颜色。

对量化的值用二进制数表现出来,便是编码。

如果一个画面由1024×768=786432个像素组成,每一像素的亮度和色彩共用4个字节量化,则每帧画面便拥有3145728字节的数据。要获得动作流畅的画面,需要每秒提供30帧画面,也就是需要数据的传输速度达94371840字节/秒。

一个图像是如何数字化的?

2.2.2 图像数字化过程 要在计算机中处理图像,必须先把真实的图像(照片、画报、图书、图纸等)通过数字化转变成计算机能够接受的显示和存储格式,然后再用计算机进行分析处理。图像的数字化过程主要分采样、量化与编码三个步骤。1.采样
采样的实质就是要用多少点来描述一幅图像,采样结果质量的高低就是用前面所说的图像分辨率来衡量。简单来讲,对二维空间上连续的图像在水平和垂直方向上等间距地分割成矩形网状结构,所形成的微小方格称为像素点。一副图像就被采样成有限个像素点构成的集合。例如:一副640*480分辨率的图像,表示这幅图像是由640*480=307200个像素点组成。
如图2-2-15所示,左图是要采样的物体,右图是采样后的图像,每个小格即为一个像素点。采样频率是指一秒钟内采样的次数,它反映了采样点之间的间隔大小。采样频率越高,得到的图像样本越逼真,图像的质量越高,但要求的存储量也越大。
在进行采样时,采样点间隔大小的选取很重要,它决定了采样后的图像能真实地反映原图像的程度。一般来说,原图像中的画面越复杂,色彩越丰富,则采样间隔应越小。由于二维图像的采样是一维的推广,根据信号的采样定理,要从取样样本中精确地复原图像,可得到图像采样的奈奎斯特(Nyquist)定理:图像采样的频率必须大于或等于源图像最高频率分量的两倍。2.量化
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。量化的结果是图像能够容纳的颜色总数,它反映了采样的质量。
例如:如果以4位存储一个点,就表示图像只能有16种颜色;若采用16位存储一个点,则有216=65536种颜色。所以,量化位数越来越大,表示图像可以拥有更多的颜色,自然可以产生更为细致的图像效果。但是,也会占用更大的存储空间。两者的基本问题都是视觉效果和存储空间的取舍。
假设有一幅黑白灰度的照片,因为它在水平于垂直方向上的灰度变化都是连续的,都可认为有无数个像素,而且任一点上灰度的取值都是从黑到白可以有无限个可能值。通过沿水平和垂直方向的等间隔采样可将这幅模拟图像分解为近似的有限个像素,每个像素的取值代表该像素的灰度(亮度)。对灰度进行量化,使其取值变为有限个可能值。
经过这样采样和量化得到的一幅空间上表现为离散分布的有限个像素,灰度取值上表现为有限个离散的可能值的图像称为数字图像。只要水平和垂直方向采样点数足够多,量化比特数足够大,数字图像的质量就比原始模拟图像毫不逊色。
在量化时所确定的离散取值个数称为量化级数。为表示量化的色彩值(或亮度值)所需的二进制位数称为量化字长,一般可用8位、16位、24位或更高的量化字长来表示图像的颜色;量化字长越大,则越能真实第反映原有的图像的颜色,但得到的数字图像的容量也越大。
例如:图2-2-16,沿线段AB(左图)的连续图像灰度值的曲线(右图),取白色值最大,黑色值最小。 先采样:沿线段AB等间隔进行采样,取样值在灰度值上是连续分布的,如图2-2-17左图;
再量化:连续的灰度值再进行数字化(8个级别的灰度级标尺),如图2-2-17右图。 3.压缩编码数字化后得到的图像数据量十分巨大,必须采用编码技术来压缩其信息量。在一定意义上讲,编码压缩技术是实现图像传输与储存的关键。
目前已有许多成熟的编码算法应用于图像压缩。常见的有图像的预测编码、变换编码、分形编码、小波变换图像压缩编码等。
当需要对所传输或存储的图像信息进行高比率压缩时,必须采取复杂的图像编码技术。但是,如果没有一个共同的标准做基础,不同系统间不能兼容,除非每一编码方法的各个细节完全相同,否则各系统间的连接十分困难。
为了使图像压缩标准化,20世纪90年代后,国际电信联盟(ITU)、国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC今年来已经制定并继续制定一系列静止和活动图像编码的国际标准,现已批准的标准主要有JPEG标准、MPEG标准、H.261等。这些标准和建议是在相应领域工作的各国专家合作研究的成果和经验的总结。这些国际标准的出现也使图像编码尤其使视频图像编码压缩技术得到了飞速发展。目前,按照这些标准做的硬件、软件产品和专用集成电路已经在市场上大量涌现(如图像扫描仪、数码相机、数码摄录像机等),这对现代图像通信的迅速发展和开拓图像编码新的应用领域发挥了重要作用。

数字化地球的奥秘是什么?

20世纪未,在美国加利福尼亚科学中心的一次演讲会上,一篇题为《数字地球》的文章引出了“数字化地球”的概念。自此,“数字化地球”一词便成为各大媒体宣传和报道的亮点,在全世界范围内风靡起来。那么,究竟什么是数字化地球呢?

虚拟地球

我们曾在电视中看到过这样的情形:当人们将一个头盔戴在头上之后,眼前便出现了一幅“地球”从太空中升起的景象。如果再将一副很特别的手套戴在手上,那么,随着眼前景物的放大,“地球”将会不断地向你靠近,随后你看到的是一片浮现于海洋中的大陆,然后是陆地上的城市和乡村,最后看到一条条街道、一幢幢房屋和一棵棵树木,以及各种天然和人造的景观……最精彩的是人们可以在此进行虚拟旅行,可以不受限制地穿越空间和时间。这种情形其实就是数字化的地球,更确实地说,是指信息化的地球。

全球信息化

“数字化地球”是人们设计构筑的一个全球信息化模型,它包含了地球上每一点的所有信息,并与地理坐标一一对应。这些信息有地形、地貌、地质构造、土地、山川、气候等自然方面的信息,也有历史沿革、风土人情、文化教育、人口、交通、经济、科技、工农业生产等人文信息……通过“数字化地球”信息系统,人们可以很方便地掌握和了解世界上任何一点的信息,从而实现“信息就在指尖上”的梦想。

生活领域的数字化是什么?

90年代出现的计算机多媒体化动向,不仅使计算机更容易使用,而且由于计算机能和音像设备、通信设备相结合,使计算机变得更加有用。这就为计算机进入家庭、成为生活必需品扫清了道路。

预计到2000年,全世界计算机的销售量就会超过电视机的销售量,这标志着计算机开始成为人们的生活必需品。

人们不仅利用连接于网络上的计算机进行在家办公,同亲友互通电子邮件,而且还可以利用计算机收看电视节目、欣赏音乐。除此之外,还可以利用计算机进行电子游戏、网上交友、网上购物、网上打电话等等。

这时,计算机已不仅仅是计算工具、信息处理工具,而且已成为信息媒体。也就是和报纸、收音机、电视机一样,成为人们了解各种信息的媒体,因为人们可以从连接于因特网上的计算机了解各种信息。和以往信息媒体不同的是,计算机不是被动地接受别人提供的信息,而是能够主动地搜寻所需要的信息,更重要的是,它不仅收看别人提供的信息,而且还能通过因特网向全世界发布自己的信息。

计算机还可以成为家庭各种电器设备的管理中心和控制中心。例如,可由计算机安排家用机器人何时做饭、何时打扫卫生等等,甚至在主人外出时,还可以进行遥控。

利用计算机管理家中的安全系统,可以监控各处的温度、烟雾情况,遇有火警可启动自动灭火系统或自动报警系统。还可以对人员出入和重要财物存放地点进行监控,遇有盗匪时可自动报警,或提供有力证据。

当然,更可以利用计算机进行家务管理,如进行收支管理、家庭投资选择、日程安排等等。

数字化对应的是什么

数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据,再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型,把它们转变为一系列二进制代码,引入计算机内部,进行统一处理,这就是数字化的基本过程。(一解)

数字化将任何连续变化的输入如图画的线条或声音信号转化为一串分离的单元,在计算机中用0和1表示。通常用模数转换器执行这个转换。(二解)

当今时代是信息化时代,而信息的数字化也越来越为研究人员所重视。早在40年代,香农证明了采样定理,即在一定条件下,用离散的序列可以完全代表一个连续函数。就实质而言,采样定理为数字化技术奠定了重要基础。

数字化技术的重要性至少可以体现在以下几个方面:

数字化是数字计算机的基础:若没有数字化技术,就没有当今的计算机,因为数字计算机的一切运算和功能都是用数字来完成的。

数字化是多媒体技术的基础:数字、文字、图像、语音,包括虚拟现实,及可视世界的各种信息等,实际上通过采样定理都可以用0和1来表示,这样数字化以后的0和1就是各种信息最基本、最简单的表示。因此计算机不仅可以计算,还可以发出声音、打电话、发传真、放录象、看电影,这就是因为0和1可以表示这种多媒体的形象。用0和1还可以产生虚拟的房子,因此用数字媒体就可以代表各种媒体,就可以描述千差万别的现实世界。

数字化是软件技术的基础,是智能技术的基础:软件中的系统软件、工具软件、应用软件等,信号处理技术中的数字滤波、编码、加密、解压缩等等都是基于数字化实现的。例如图像的数据量很大,数字化后可以将数据压缩至10到几百倍;图像受到干扰变得模糊,可以用滤波技术使得变得清晰。这些都是经过数字化处理后所得到得结果。

不过在声音处理方面就见仁见智了。有人认为对声音数字化就是把声音搞得支离破碎,破坏了声音的连续美。所以CD的音质即使使用电子管放大器也比不上黑胶唱片。

数字化是信息社会的技术基础:数字化技术还正在引发一场范围广泛的产品革命,各种家用电器设备,信息处理设备都将向数字化方向变化。如数字电视、数字广播、数字电影、DVD
等等,现在通信网络也向数字化方向发展。

数字化是信息社会的技术基础,有人把信息社会的经济说成是数字经济,这足以证明数字化对社会的影响有多么重大。

[编辑本段]① 数字化的优点

a.数字信号与模拟信号相比,前者是加工信号。加工信号对于有杂波和易产生失真的外部环境和电路条件来说,具有较好的稳定性。可以说,数字信号适用于易产生杂波和波形失真的录像机及远距离传送使用。数字信号传送具有稳定性好、可靠性高的优点。根据上述的优点,还不能断言数字信号是与杂波无关的信号。

数字信号本身与模拟信号相比,确实受外部杂波的影响较小,但是它对被变换成数字信号的模拟信号本身的杂波却无法识别。因此,将模拟信号变换成数字信号所使用的模/数(A/D)变换器是无法辨别图像信号和杂波的。

b.数字信号需要使用集成电路(IC)和大规模集成电路(ISI),而且计算机易于处理数字信号。数字信号还适用于数字特技和图像处理。

c.数字信号处理电路简单。它没有模拟电路里的各种调整,因而电路工作稳定、技术人员能够从日常的调整工作中解放出来。

例如,在模拟摄像机里,需要使用100个以上的可变电阻。在有些地方调整这些可变电阻的同时,还需要调整摄像机的摄像特性。各种调整彼此之间又相互有微妙的影响,需要反复进行调整,才能够使摄像机接近于完善的工作状态。在电视广播设备里,摄像机还算是较小的电子设备。如果摄像机100%的数字化,就可以不需要调整了。对厂家来说,降低了摄像机的成本费用。对电视台来说,不需要熟练的工程师,还缩短了节目制作时间。

d.数字信号易于进行压缩。这一点对于数字化摄像机来说,是主要的优点。

[编辑本段]② 数字化的缺点

a.由于数字化处理会造成图像质量、声音质量的损伤。换句话说,经过模拟→数字→模拟的处理,多少会使图像质量、声音质量有所降低。严格地说,从数字信号恢复到模拟信号,将其与原来的模拟信号相比,不可避免地会受到损伤。这一点与下面的缺点有着密切的联系。

b.模拟信号数字化以后的信息量会爆炸性地膨胀。为了将带宽为(f)的模拟信号数字化,必须使用约为(2f+α)的频率进行取样,而且图像信号必须使用8比特(比特就是单位脉冲信号)量化。具体地说,如果图像信号的带宽是5MHz,至少需要取样13×106至14×106次(13M至14M次),而且需要使用8比特来表示数字化的信号。因此,数字信号的总数约为每秒1亿比特(100M比特)。且不说这是一个天文数字,就其容量而言,对集成电路来说,也是难于处理的。因此,这个问题已经不是数字化本身的问题了。不过,为了提高数字化图像质量,还需要进一步增加信息量。这就是数字化技术需要解决的难题,同时也是数字信号的基本问题。

数字化管理员是什么?

数字化管理员能利用数字化办公软件平台,帮助企业及组织实现人、财、物、事全面数字化,带领企业全员步入数字化办公时代的人。

数字化电视是什么?

1998年下半年起,国内彩电市场刮起一股“数字风”。“数字王”、“数码王”、“数字化”、“全媒体全数字”等五花八门的彩电称谓充斥于各种广告中,使消费者如坠五里雾中,无所适从。许多厂家以这样的产品标榜自己是数字彩电、数字电视,希图利用消费者对数字电视的仰慕来达到促销的目的。

这一切往往容易给消费者误导,而且混淆了数字电视同数字化电视之间的概念差别,不利于我国发展真正的数字电视事业。

其实,我们目前出现的种种“数字”电视、种种冠以“数字”称谓的电视,包括所谓的数字彩电,都只是数字化电视,数字化电视同数字电视的根本差别,在于数字电视从发射端至接收端用的全都是数字信号,也就是包括传输、接收、处理、存储、控制等所有环节用的都是数字信号;而数字化电视是指在不改变现行模拟电视信号传输制式的前提下,采用数字技术来处理电视广播中的视频、音频和画中画等信号。它们使用的数字技术比重可以不同,所取得的效果也不一样。尽管比纯模拟电视的图像、声音质量有不同程度的提高,但同真正的数字电视还是有很大差别。因为数字化电视接收到的毕竟还是模拟信号,模拟信号固有的缺点,难以从根本上去除。

数字化牧场管理系统是什么?

数字化牧场管理系统,此系统对养殖全过程进行详细的数据采集、数据分析、过程优化、智能控制和信息追溯,终实现精细化养殖,不仅提高牧场效率和效益,还方便管理员管理控制。

商业领域的数字化是什么?

商业领域的数字化使计算机从计算工具变为信息处理工具,使计算机从科学殿堂走向全社会。这是计算机的第一次大普及。现在计算机在信息处理方面的应用超过了在科学计算方面的应用十倍以上。

计算机在商业方面的应用始于60年代,最初用于各种电子订票,以及大型企业的管理,如建立MIS(信息管理系统)等。到了80年代初,个人计算机大量进入市场,使过去只有大企业、重要政府机构才买得起的计算机,变为小企业,甚至每个办公室都用得起的设备;计算机的运行环境也由以前需要专门的机房变为一般办公室便可使用。

这时,不仅企业和下属各个部门的经营、管理、决策等工作离不开计算机,就是各个工作人员的编制报表、编写报告,也离不开计算机。在商业网点的现场大量使用POS(销售点终端),使管理部门能立即了解现场的销售状况。

随着计算机连接于网络上使用的普及,数字化不仅深入到商业的各个领域,而且也越来越重要。电子邮件是它最常见的用途,由于它方便、快捷、安全、便宜,而且是人对人的通信,发信人可以不必知道收信人当前具体在什么地点,只要对方身边拥有连接于网络上的计算机,就能及时收到来自世界各地的电子邮件,因此电子邮件已是现代商业不可缺少的手段。

80年代兴起的EDI(电子数据交换),使传统商业中使用的各种书面单据和贸易文件等全部“退伍”而被采用标准格式的电子文件,利用计算机经由网络进行的数据交换所取代。因为用EDI进行的贸易不用纸面文件,故又称为“无纸贸易”。现在“无纸贸易”已风行全球。

随着因特网的普及,1994年在因特网建立了电子市场,开始了现代意义上的电子商务。电子商务已成为因特网的最重要用途,将从根本上改变人类经济活动的方式。

与此同时,网上开设的虚拟商店犹如雨后春笋不断涌现,最近消费者也逐渐开始从网上商店购物。当然这一切都离不开使用电子现金。电子现金是种由银行进行数字签署的数据。

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