簡介
圖像數位化的對象
1.模擬圖像：空間上連續/不分割、信號值不分等級的圖像。
2.數字圖像：空間上被分割成離散像素，信號值分為有限個等級、用數碼0和1表示的圖像。
圖像數位化的意義
圖像數位化是將模擬圖像轉換為數字圖像。圖像數位化是進行數字圖像處理的前提。圖像數位化必須以圖像的電子化作為基礎，把模擬圖像轉變成電子信號，隨後才將其轉換成數字圖像信號。
圖像數位化的方法
將圖像信息採集技術，運用的主要方法是掃描技術，該技術已非常成熟。另外的方法是直接運用數字攝影技術。
概念
採樣頻率和量化級數公式1.圖像的模擬/數字轉換：將模擬圖像信號轉換為數字圖像信號的過程和技術。
2.過程：模擬/數字轉換(A/D)分為三步，模擬信號採樣、量化、編碼。
3.採樣：按照某種時間間隔或空間間隔，採集模擬信號的過程(空間離散化)。
4.量化：將採集到的模擬信號歸到有限個信號等級上(信號值等級有限化)。
5.編碼：將量化的離散信號轉換成用二進制數碼0/1表示的形式。
6.採樣頻率：單位時間或單位長度內的採樣次數，表示公式見圖所示。
7.量化位數：模擬信號值劃分的等級數。一般按二進制位數衡量。量化位數決定了圖像階調層次級數的多少。
圖像數位化過程
要在計算機中處理圖像，必須先把真實的圖像（照片、畫報、圖書、圖紙等）通過數位化轉變成計算機能夠接受的顯示和存儲格式，然後再用計算機進行分析處理。圖像的數位化過程主要分採樣、量化與編碼三個步驟。
採樣
圖像採樣採樣的實質就是要用多少點來描述一幅圖像，採樣結果質量的高低就是用前面所說的圖像解析度來衡量。簡單來講，對二維空間上連續的圖像在水平和垂直方向上等間距地分割成矩形網狀結構，所形成的微小方格稱為像素點。一副圖像就被採樣成有限個像素點構成的集合。例如：一副640*480解析度的圖像，表示這幅圖像是由640*480=307200個像素點組成。
如圖“圖像採樣”所示，左圖是要採樣的物體，右圖是採樣後的圖像，每個小格即為一個像素點。
採樣頻率是指一秒鐘內採樣的次數，它反映了採樣點之間的間隔大小。採樣頻率越高，得到的圖像樣本越逼真，圖像的質量越高，但要求的存儲量也越大。
在進行採樣時，採樣點間隔大小的選取很重要，它決定了採樣後的圖像能真實地反映原圖像的程度。一般來說，原圖像中的畫面越複雜，色彩越豐富，則採樣間隔應越小。由於二維圖像的採樣是一維的推廣，根據信號的採樣定理，要從取樣樣本中精確地復原圖像，可得到圖像採樣的奈奎斯特（Nyquist）定理：圖像採樣的頻率必須大於或等於源圖像最高頻率分量的兩倍。
常用的幾種解析度如下：
(1)螢幕解析度。螢幕解析度也稱光柵解析度，用於確定計算機螢幕上顯示多少信息，以水平和垂直像素來衡量。螢幕解析度低時(例如640×480)，在螢幕上顯示的項目少，但尺寸比較大；螢幕解析度高時(例如1600×1200)，在螢幕上顯示的項目多，但尺寸比較小。
(2)顯示解析度。顯示解析度是指計算機顯示控制器所能提供的顯示模式。顯示解析度就是螢幕上顯示的像素個數，解析度160×128的意思是水平方向含有像素數160個。垂直方向含有像素數128個。在螢幕尺寸一樣的情況下，解析度越高，顯示效果越精細、細膩。
(3)圖像解析度。圖像解析度指圖像中存儲的信息量，是每英寸圖像內有多少個像素點，解析度的單位為PPI(Pixels Per Inch)，通常讀作像素每英寸。圖像解析度的表達方式也是“水平像素數×垂直像素數”。需要注意的是，在不同的書籍中，甚至在同一本書中的不同地方，對圖像解析度的叫法不同。除圖像解析度這種叫法外，它也可以叫圖像大小、圖像尺寸、像素尺寸和記錄解析度。在這裡，“大小”和“尺寸”一詞的含義具有雙重性，它們既可以指像素的多少(數量大小)，又可以指畫面的尺寸(邊長或面積的大小)，因此很容易引起誤解。由於在同一顯示解析度的情況下，解析度越高的圖像像素點越多，圖像的尺寸和面積越大，所以往往有人會用圖像大小和圖像尺寸來表示圖像的解析度。
(4)位解析度。位解析度又叫位深，用來衡量每個像素存儲的信息位元數，該解析度決定圖像的每個像素中存放的顏色信息。例如一個24位的RGB圖像．表示該圖像的原色R、G、B各用了8b，三者共用了24b。而在RGB圖像中，每個像素都要記錄R、G、B三原色的信息，所以，每個像素所存儲的位元數是24。
(5)輸出解析度。輸出解析度又稱印表機解析度，是指印表機等輸出設備每英寸所產生的點數(dpi)。輸出解析度決定了輸出圖像的質量，輸出解析度越高，可以減少列印的鋸齒邊緣，在灰度的色調錶現上也會較平滑。印表機的解析度可以達到300dpi，甚至720dpi(需要用特殊紙張)；而較老機型的雷射印表機的解析度通常為300～360dpi，由於超微細碳粉技術的成熟，新的雷射印表機的解析度可達600～1200dpi，用作專業排版輸出已經綽綽有餘了。
(6)掃瞄器解析度。掃瞄器解析度的表示方法與印表機類似，一般也用dpi表示，不過這裡的點是樣點，與印表機的輸出點是不同的。一般掃瞄器提供的方式是水平解析度要比垂直解析度高。台式掃瞄器的解析度可以分為光學解析度和輸出解析度。光學解析度是指掃瞄器硬體真正掃描到的圖像解析度，目前市場上的產品其光學解析度可到800～1200dpi。輸出解析度是通過軟體強化以及內插補點之後產生的解析度，大約為光學解析度的3～4倍。所以當你見到號稱解析度高達4800dpi或6400dpi的掃瞄器時．這一定指的是輸出解析度。
採樣頻率是指一秒鐘內採樣的次數，它反映了採樣點之間的間隔大小。採樣頻率越高，得到的圖像樣本越逼真，圖像的質量越高，但要求的存儲量也越大。
在進行採樣時，採樣點間隔大小的選取很重要，它決定了採樣後的圖像能真實地反映原圖像的程度。一般來說，原圖像中的畫面越複雜，色彩越豐富，則採樣間隔應越小。由於二維圖像的採樣是一維的推廣，根據信號的採樣原理，要從取樣樣本中精確地復原圖像，可得到圖像採樣的奈奎斯特(Nyquist)定理：圖像採樣的頻率必須大於或等於源圖像最高頻率分量的兩倍。
量化
量化是指要使用多大範圍的數值來表示圖像採樣之後的每一個點。量化的結果是圖像能夠容納的顏色總數，它反映了採樣的質量。
例如：如果以4位存儲一個點，就表示圖像只能有16種顏色；若採用16位存儲一個點，則有2 =65536種顏色。所以，量化位數越來越大，表示圖像可以擁有更多的顏色，自然可以產生更為細緻的圖像效果。但是，也會占用更大的存儲空間。兩者的基本問題都是視覺效果和存儲空間的取捨。
線段AB（量化）假設有一幅黑白灰度的照片，因為它在水平於垂直方向上的灰度變化都是連續的，都可認為有無數個像素，而且任一點上灰度的取值都是從黑到白可以有無限個可能值。通過沿水平和垂直方向的等間隔採樣可將這幅模擬圖像分解為近似的有限個像素，每個像素的取值代表該像素的灰度（亮度）。對灰度進行量化，使其取值變為有限個可能值。
經過這樣採樣和量化得到的一幅空間上表現為離散分布的有限個像素，灰度取值上表現為有限個離散的可能值的圖像稱為數字圖像。只要水平和垂直方向採樣點數足夠多，量化比特數足夠大，數字圖像的質量就比原始模擬圖像毫不遜色。
在量化時所確定的離散取值個數稱為量化級數。為表示量化的色彩值（或亮度值）所需的二進制位數稱為量化字長，一般可用8位、16位、24位或更高的量化字長來表示圖像的顏色；量化字長越大，則越能真實第反映原有的圖像的顏色，但得到的數字圖像的容量也越大。
例如：圖“線段AB（量化）”，沿線段AB（左圖）的連續圖像灰度值的曲線（右圖），取白色值最大，黑色值最小。
線段的採樣和量化先採樣：沿線段AB等間隔進行採樣，取樣值在灰度值上是連續分布的，如圖“線段的採樣和量化”左圖；
再量化：連續的灰度值再進行數位化（8個級別的灰度級標尺），如圖“線段的採樣和量化”右圖。
壓縮編碼
數位化後得到的圖像數據量十分巨大，必須採用編碼技術來壓縮其信息量。在一定意義上講，編碼壓縮技術是實現圖像傳輸與儲存的關鍵。已有許多成熟的編碼算法套用於圖像壓縮。常見的有圖像的預測編碼、變換編碼、分形編碼、小波變換圖像壓縮編碼等。
當需要對所傳輸或存儲的圖像信息進行高比率壓縮時，必須採取複雜的圖像編碼技術。但是，如果沒有一個共同的標準做基礎，不同系統間不能兼容，除非每一編碼方法的各個細節完全相同，否則各系統間的連線十分困難。
為了使圖像壓縮標準化，20世紀90年代後，國際電信聯盟(ITU)、國際標準化組織ISO和國際電工委員會IEC已經制定並繼續制定一系列靜止和活動圖像編碼的國際標準，已批准的標準主要有JPEG標準、MPEG標準、H.261等。
