數位影像處理概念

什麼是數位影像處理？一個影像可被定義是一個二維的函數

 x y

f , ，其中 x 和 y 是空間（spatial）（平面）座標，在任意一對座 標軸（x , y），f 的大小稱為這幅影像在該點的強度（intensity）或 灰階（gray level）。當x、y與 f 的大小值都是有限的離散量時，此時 我們稱這幅影像是數位影像（digital image）。數位影像處理（digital image processing）的領域是指藉由數位電腦處理數位影像。圖 4.5 為 一般用途影像處理系統的組成成分【29】。

圖 4.5 影像處理系統組成成分

影像顯示 電腦 大量儲存

硬烤備 特殊的影像處

理硬體 影像處理軟體

影像感測器 網路

在分析視覺辨識系統時，我們必須將數位影像先定義並且將其量 化。一般來說，影像可以用一個二維的光強度函數所代表，以函數 ^f ^x,y 表示。換句話說，在影像平面上各方向之座標點 x,y 光強度值之集合構 成了所謂的影像。因為光是能量的一種形式，所以 f x,y 為一有限非零 值，介於0f x,y 。對於單一顏色之影像而言，光強度函數f x,y 在

座標上的值即為該點之灰階（Gray Level），我們將其記為 ，其範 圍為L_min L_max，其中L_min及L_max分別表示灰階值之最大值與最小值之 特性。理論上，對L_min的唯一條件是他必須為正值，而對L_max則為必須 是有限的。另外，區間





 

=0所對應到的為”黑”， =L所對應到的為”白”。在此範圍之間表 示由黑至白連續變化的濃淡程度【15】。一張影像對於x和y座標以及振 幅都可能是連續的。因此為了將其轉化成數位化的形式，我們必須對其 兩個座標以及振福函數取樣（sampling）及量化（quantization）。圖 4.6 表示數位影像取樣與量化之過程。（a）一數位連續影像（b）在連 續引向上掃瞄從A到B的線（c）取樣及量化（d）數位掃瞄線。

圖4.6 數位影像取樣與量化之過程

  (a) (b)

(c) (d)

此外，對於一個影像品質好壞與其解析度（resolution）有著相當 密切的關係。對於解析度又可分為空間解析度（spatial resolution）、

灰階解析度（gray-level resolution）。

 對於空間解析度（spatial resolution）是指影像中最小能辨別的 細節，假設我們建立由寬為W的垂直線所形成的一個圖表，其線距寬亦 為W。一個線對（line pair）由這樣的一條線及其相鄰的空間所組成。

因此，一個線對的寬度是2W，故每單位距離有1/2W個線對。一個廣被使 用的解析度定義是每單位距離可分辨的線對數。

灰階解析度（gray-level resolution）同樣指的是最小可辨別的 灰階度改變，如果像素間的灰階值分割的越細，其灰階變化愈接近連續 性質，所得調的影像品質就會越好。但相對的，對於電腦處理所需要花 費較多的記憶體空間與處理時間【29】。