计算机视觉基础：图像的数字表示

图像的形成

自然界的图像是模拟形式的，计算机无法直接处理，需要将自然界中的图像进行数字化处理之后，再传给计算机来处理。
数字化就是将模拟图像转化为数字图像的过程，包括扫描、采样、量化三个步骤。采样就是对图像空间的离散化处理，将图像分成一个一个的小像素，而量化就是对图像幅值的离散化处理，使图像像素的数值与有限数值范围中的某一个相对应。而采样点数和量化级数会直接影响分辨率，采样点数越多，量化级数越高，则图像分辨率越高，图像越清晰，但存储图像所需要的空间也就越大，这需要根据不同的情况来选择不同的分辨率，例如微信等软件发送图片时便可自己选择原图或者是压缩后的图片。

图像的表示

图像数字化之后在计算机中其实就是一个数字矩阵，阵列中的元素称为像素(Pixel)。像素（或像元）是数字图像的基本元素。每个像素具有整数行（高）和列（宽）位置坐标，同时每个像素都具有一个整数值。
按照像素值的不同通常可以将数字图像表示成三种形式，二值图像，灰度图像，彩色图像。
（1）二值图像 (Binary Image)
二值图像只有一个通道，0表示黑，255表示白。（255是怎么来的？因为图像的每个像素是使用8位二进制来表示的，2^8=256，对应数字为0-255。）
（2）灰度图像 (Gray Scale Image)
灰度图像也只有一个通道，像素值数值越大则图片越白。0表示黑，255表示白，0-255之间其他数字表示不同的灰度。
（3）彩色图像 (Color Image)
彩色图像一般有三个通道，它们组成了颜色空间。常见的颜色空间有RGB、HSV、HLS三种。

颜色视觉
牛顿曾经利用三棱镜，将一束白光分解成为了不同的颜色。图像的颜色也是可以由其他的颜色混合而成的，最常见的颜色模型是RGB模型，由三原色红绿蓝组成了其他的颜色，因此我们常称它为加法混色模型，电脑或者电视机这样的显示设备便是采用这种颜色模型。

图像的存储

在图像实际进行存储时，通常会转换成各种格式，常见的有JPG，PNG，GIF等。
PNG（Portable Network Graphic Format），适合在网络上传输和打开，本来是想替代GIF格式，但是不支持动画。
JPG（Joint Photographic Experts Group），是一种用有损压缩方式来去除冗余的数据，获得质量高，尺寸小，略有失真的图像，是目前最常用的图像格式，各种相机都是这个格式。
BMP（位图，BitMap），这是图像未经压缩的原始数据，可以存储真彩色的图像数据。
GIF（Graphics Interchange Format）是将多幅图像保存为一个图像文件，从而形成动画。采用无损压缩技术，既减少了文件的大小，又保证了图像的质量。
TIF／TIFF等，这些格式由一些公司为了自己的产品而研发的格式，需要用特定的软件打开。