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背景知识

传统意义上的图像是连续的（又称模拟图像），而计算机只能处理0101…这种离散的数据，因此为了便于利用计算机对图像进行处理，需要把连续图像（模拟图像）在空间上和幅值上进行离散化，转换成数字形式。离散化过程包括两种处理：取样和量化。

离散化的图像称为

数字图像

。

取样和量化

取样

：数字化坐标值，即一幅图像用多少个像素点来表示，由图知，取样后像素点越少/分辨率越低，图像越模糊。取样时需满足

二维取样定理

（一维需满足

香农取样定理

）

量化

：数字化幅值度称为量化。即用一个多大的范围来表示取样后点的亮度和彩色深度，最大范围是0-255，也可以是0-100，0-任意数值。

像素和分辨率

分辨率

指屏幕上

像素

的数目，为了控制像素的亮度和彩色深度，每个像素需要很多个二进制位来表示，如果要显示256种颜色，则每个像素至少需要8位(一个字节)来表示，即2的8次方等于256；当显示真彩色时，每个像素要用3个字节的存储量.

灰度

表示图像像素明暗程度的数值，范围一般为0-255，0是黑色，255是白色

通道

单通道

：一个像素点只需一个数值表示，只能表示灰度0-255 三通道：

RGB模式

，把图像分成红绿蓝三个通道，可以表示彩色


四通道

：RGBA模式，A为透明度，alpha=0表示全透明

RGB与CMYK

RGB是显示器显示标准，CMYK是打印机标准。

RGB分别代表着3种颜色：R代表

红色

，G代表

绿色

、B代表

蓝色

。RGB色彩模式使用RGB模型为图像中每一个像素的RGB分量分配一个0~255范围内的强度值。

CMYK色彩模式以打印油墨在纸张上的光线吸收特性为基础，图像中每个像素都是由

靛青

（C）、

品红

（M）、

黄

（Y）和

黑

（K）色按照不同的比例合成。

对比度

对比度

＝最大灰度值/最小灰度值，是画面黑与白的比值，也就是从黑到白的渐变层次。比值越大，从黑到白的渐变层次就越多，从而色彩表现越丰富。好的对比率120:1就可容易地显示生动、丰富的色彩，当对比率高达300:1时，便可支持各阶的颜色。

色相

色相

就是颜色，调整色相就是调整景物的颜色，例如：彩虹由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成，那么它就有七种色相。顾名思义既各种色彩的相貌称谓，如大红、普蓝等。色相是色彩的首要特征，是区别各种不同色彩的最准确的标准。事实上任何黑白意外的颜色都有色相的属性，而色相也就是由原色、间色和复色来构成的。

饱和度

饱和度

是指图像中颜色的浓度。饱和度越高，颜色越饱满，即所谓的青翠欲滴的感觉。饱和度越低，颜色就会显得越陈旧、惨淡，饱和度为0时，图像就为灰度图像。

色调

色调

是各种图像色彩模式下原色的明暗程度，范围级别是从0到255，共256级色调。例如对灰色图像，当色调级别为255时，就是白色，当级别为0时，就是黑色，中间是各种不同程度的灰色。在RGB模式中，色调代表红、绿、蓝三种原色的明暗程度，对绿色就有淡绿、浅绿、深绿等不同的色调。色调是指色彩外观的基本倾向。在明度、纯度、色相这三个要素中，某种因素起主导作用时，就可以称之为某种色调。

上采样与下采样

缩小图像（或称为

下采样

（subsampled）或降采样（downsampled））的主要目的有两个：1、使得图像符合显示区域的大小；2、生成对应图像的缩略图。

原理

：对于一幅图像I尺寸为M

N，对其进行s倍下采样，即得到(M/s)

(N/s)尺寸的得分辨率图像，当然s应该是M和N的公约数才行

放大图像（或称为

上采样

（upsampling）或图像插值（interpolating））的主要目的是放大原图像,从而可以显示在更高分辨率的显示设备上。

原理

：图像放大几乎都是采用

内插值

方法，即在原有图像像素的基础上在像素点之间采用合适的插值算法插入新的元素。

常用的插值方法

最近邻插值法

：最近邻插值法nearest_neighbor是最简单的灰度值插值。也称作零阶插值，就是令变换后像素的灰度值等于距它最近的输入像素的灰度值。

优点：容易理解，计算简单

缺点：一般保留左上角的像素值，容易造成图像失真，边缘不连续

单线性插值法👇

双线性插值法👇


优点：解决灰度不连续问题，图像光滑

缺点：与最近邻相比计算量大，运算时间长

注意：为了防止一些像素没有参与运算，需要先对原图和放大图像做中心对称，然后进行双线性插值。