2.2　數(shù)字圖像的采樣與量化［3］

在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，所有的信息都表示為一連串的0或1碼（二進(jìn)制的字符串）。每一個(gè)二進(jìn)制位（bit）有0和1兩種狀態(tài)，八個(gè)二進(jìn)制位可以組合出256（28=256）種狀態(tài)，這被稱(chēng)為一個(gè)字節(jié)（byte）。也就是說(shuō)，一個(gè)字節(jié)可以用來(lái)表示從0000000到11111111的256種狀態(tài)，每一個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)一個(gè)符號(hào)，這些符號(hào)包括英文字符、阿拉伯?dāng)?shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。采用國(guó)標(biāo)GB 2312—1980編碼的漢字是2字節(jié)，可以表示256×256÷2=32768個(gè)漢字。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)也是采用一個(gè)字節(jié)的256個(gè)狀態(tài)來(lái)表示。

計(jì)算機(jī)和數(shù)碼照相機(jī)等數(shù)碼設(shè)備中的圖像都是數(shù)字圖像，在拍攝照片或者掃描文件時(shí)輸入的是連續(xù)模擬信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)采樣和量化兩個(gè)步驟，將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為最終的數(shù)字信號(hào)。

（1）采樣

采樣（sampling）是把空間上的連續(xù)的圖像分割成離散像素的集合。如圖2.1所示，采樣越細(xì)，像素越小，越能精細(xì)地表現(xiàn)圖像。采樣的精度有許多不同的設(shè)定，例如，采用水平256像素×垂直256像素、水平512像素×垂直512像素、水平640像素×垂直480像素的圖像等，目前智能手機(jī)相機(jī)1200萬(wàn)像素（水平4000像素×垂直3000像素）已經(jīng)很普遍。我們可以看出一個(gè)規(guī)律，圖像長(zhǎng)和寬的像素個(gè)數(shù)都是8的倍數(shù)，也就是以字節(jié)為最小單位，這是計(jì)算機(jī)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)操作方式。

（2）量化

量化（quantization）是把像素的亮度（灰度）變換成離散的整數(shù)值的操作。最簡(jiǎn)單是用黑（0）和白（1）的2個(gè)數(shù)值即1比特（bit）（2級(jí)）來(lái)量化，稱(chēng)為二值圖像（binary image）。圖2.2表示了量化比特?cái)?shù)與圖像質(zhì)量的關(guān)系。量化越細(xì)致（比特?cái)?shù)越大），灰度級(jí)數(shù)表現(xiàn)越豐富，對(duì)于6比特（64級(jí)）以上的圖像，人眼幾乎看不出有什么區(qū)別。計(jì)算機(jī)中的圖像亮度值一般采用8比特（28=256級(jí)），也就是一個(gè)字節(jié)，這意味著像素的亮度是0～255之間的數(shù)值，0表示最黑，255表示最白。

圖2.1　不同空間分辨率的圖像效果

圖2.2　灰度分辨率的影響