2、数字图像与色彩处理基础

数字图像与色彩处理基础

在数字图像处理领域，了解图像的基本概念、色彩空间以及相关处理方法至关重要。下面将详细介绍数字图像的基础知识、色彩图像的相关内容，包括色彩空间、色彩滤波与去马赛克、感知色彩空间以及灰度图像的转换等。

数字图像基础

图像是一个二维的光强度函数 (f(x, y))，其中 ((x, y)) 是感兴趣的坐标系。为了简化讨论，通常集中在二维笛卡尔坐标系的情况。函数 (f) 在坐标 ((x, y)) 处的值与该点图像的亮度成正比。

数字图像主要通过使用二维图像传感器阵列的相机将图像 (f) 转换而来。这些传感器通常采用电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）技术构建。相机的工作方式类似，物体反射的光会照射到传感器阵列表面，阵列中的每个传感器元素会生成一个电信号 (f[m, n])，其中坐标 ([m, n]) 可视为 ((x, y)) 的数字化坐标。

考虑一个具有 (M) 行和 (N) 列的传感器阵列，其输出将是一个 (M × N) 的矩阵 (f[m, n])，其中 (0 ≤ m ≤ M - 1)，(0 ≤ n ≤ N - 1)。图像传感器阵列的排列也称为采样网格，行和列的交点会在离散笛卡尔坐标系中被分配一个整数坐标 ([m, n])。每个传感器元素的输出 (f[m, n]) 代表在位置 ([m, n]) 处与传感器反应的光子数量。

传感器阵列的输出还不是数字图像，后续的模数转换器（A/D 转换器）会完成所有 (M × N) 位置的光强度量化过程，从而生成数字图像。通过采样和量化过程获得的采样图像是离散图像，形成矩阵 ([f[m, n]])，其中 (0 ≤ m ≤ M - 1)，(0 ≤ n ≤ N - 1 ∈ ℤ+