数字图像的几个基本概念

　数字图像：数字图像可以看成一个矩阵，或一个二维数组，这是在计算机上表示的方式。形象的说一幅数字图像就象纵横交错的棋盘，棋盘行和列的数目就表示图像的大小，我们说捺印指纹图像大小是640X640，实际上就表示图像有640行和640列。棋盘的格子就是图像的基本元素，称为象素。每个象素一般都取值0-255的整数，代表了这个格子的亮度。取值越大，则越亮，反之，则越暗。正是或明或暗、密密麻麻的格子形成了我们在计算机上所看见的指纹图像、人像和其他各种黑白图像。如果把象素值的大小可以看作地形的高度也很有意义，指纹图像的脊线和沟纹看起来就象凸凹不平的地形图。图一是我们平时所看见的指纹图像的局部，图二是在计算机上的数组表示，图三是指纹的“地形图”。

图1 指纹图像的局部

图2 指纹图像在计算机上的数组表示

图3 指纹的“地形图”

　　图像分辨率：以每英寸的像素数（PPI, Pixels Per Inch ）来衡量。我们说图像分辨率为500PPI,就是每英寸有500个像素。分辨率越高，我们在每英寸上看见得细节就越清楚,图像越精细，质量越好，数据量也越大。反之亦然。所以，图象分辨率和图象尺寸决定了图像质量和文件大小。我们可以通过软件和算法来改变图像的分辨率，使之变得清晰或模糊。

　　设备分辨率：各类设备每英寸上可产生的点数，如显示器、喷墨打印机、激光打印机、活体指纹滚动采集仪、数码相机的分辨率。这种分辨率通过每英寸上可产生的点数 (DPI, Dots Per Inch)来衡量，如PC显示器的设备分辨率（60-120DPI），打印设备的分辨率（360至1440DPI）。活体指纹滚动采集仪的分辨率为500 DPI，就是每英寸采集500个像素。一般而言包括光学分辨率和软件分辨率。我们买显示器时，指标一般包括大小和点距：如17英寸（指荧光屏对角线长度为17英寸），点距0.25mm。那么该显示器分辨率约为100DPI：25.3995（mm/inch）/0.25（mm/Dot）≈100(Dot/inch)（1inch=25.3995mm）。显示器的水平方向和垂直方向的显示比例一般为4：3，由显示器的有效显示范围和分辨率可以计算其最高显示模式。假设显示器的有效显示范围为80%，则水平方向为 80%*100*17*4/5=1088，垂直方向为80%*100*17*3/5=816,因此你可以选择1024X768的显示模式。数码相机的分辨率一般用像素来衡量，像素越多，分辨率越高，相机档次越高，相应的图像数据量也越大。

　　图像压缩：很多人以为图像压缩就是把原来的图像变小了，其实这是一种误解。从前面我们知道，图像实际上是由放置在棋盘格子上的数组成的。一幅640X640的捺印指纹图像，需要400k大小的空间来存储，这里有很多“水分”，就是说这种表示和存储方式有很多信息是冗余的。图像压缩的目的是压缩这些水分，减少冗余，以更小的空间来存储，因此他改变的是图像表示和存储的方式，并没有改变原来图像的大小。如果图像恢复后棋盘每个格子上的数值大小没有改变，则是无损压缩，如现场指纹压缩；反之，改变了哪怕一个格子上的数值，就是有损压缩，如捺印指纹压缩。原来图像占用的空间除以压缩后占用的空间大小就是压缩的倍数。图像压缩的原理我们今后讨论。