图像采集与量化：采样与数字化关键技术

图像采集与量化是图像处理中的关键步骤，它是将模拟图像转换为数字图像的基础。这一过程包括两个主要环节：采样和量化。 1. 图像的采样 模拟图像表示为二维连续函数 \( f(x, y) \)，其中每个像素的位置和强度对应于图像的亮度。人眼能看到的图像通常是有限空间范围内的，且具有非负的灰度值。图像采样是指将连续的空间坐标离散化，通过等间隔的方式获取图像的关键点，这些点称为采样点。采样有两种方式：点阵采样直接对图像函数取值，而正交系数采样则是先对图像进行正交变换，然后用变换后的系数作为采样值。 空间采样奈奎斯特定律 是采样的理论基础，指出至少需要采样频率是图像最高频率的两倍才能实现不失真的重构，但在实际应用中，由于硬件限制和噪声等因素，往往不能完全满足这一条件，通常会先通过低通滤波器去除高频噪声，然后再进行采样。 2. 图像的量化 量化是将连续的灰度级转换为离散的数字值，通常使用均匀量化方法，即将一定范围内的灰度值划分为若干个等间距的量化级，每个量化级对应一个整数或近似整数的灰度值。这一步骤的结果是数字点阵，也就是我们常说的像素，每个像素由其位置坐标和量化后的灰度值组成。 数字图像的存储是采样和量化后的关键环节，它决定了图像的质量和所需的存储空间。常用的存储格式如JPEG、PNG等，都包含采样率和量化表的信息，以适应不同的应用场景和质量要求。 图像采集与量化是将模拟世界转化为数字世界的桥梁，直接影响到图像的细节保留和存储效率。理解并掌握这两个过程对于图像处理、信号处理以及数字媒体技术至关重要。