数字图像处理——灰度级、动态范围、对比度

以下为汇总整理：
**1. 图像的灰度级：**一幅灰度图像它的像素的强度值的取值范围表示为[0， L-1],其中。如8位色的灰度级，由于是2进制，灰度有256个等级，从黑（0）到白（255）。
**2. 图像的动态范围：**统计一下每一点的像素灰度值，灰度级的最小和最大这一范围，便是该图像的动态范围。动态范围越大（灰度直方图越宽），那它的对比度就会越高，当然看着越清楚。
**3. 显示器的动态范围：**动态范围就是它能达到的最高亮度与全黑的比值（当然在这个范围内的亮度变化应该完全随信号线性变化）。
**4. 对比度：**是一个相对值。就一幅图片而言，它反映了图片上最亮处与最黑处的比值。假设这幅图片上最亮与最黑之间的变化是均匀的，如果这个比值没有超过显示这幅图片的显示器的动态范围，那么我们看这幅图时会说它有充分的层次。如果这幅图片上最亮处与最黑处的比值超过了显示这幅图片的显示器的动态范围，那毫无疑问，偏亮的部分就已经达到了显示器的亮度极限，那更亮的部分也不会更亮，这部分的层次就会丢失。同理，图片中较暗的地方显示器已成全黑，那更暗的部分也无法显示。

动态范围举例： 256个等级在显示器上，黑就是显示器完全不亮。但白就不好定义了（究竟多亮算白？），这在不同的显示器上（或者显示器亮度调节的不同）有不同的结果。假设有这样一台显示器，它最亮时（就是输入255时）能够达到1000W灯泡那么亮（这也是它的最高亮度了），那么它的动态范围就比最亮时只能达到500W灯泡亮度的显示器要大。
动态范围主要是用来衡量受光者（如相机里的感光器件）与发光者（如显示器）的，并不用于已数字化的图片。因为无论感光器件有多高级，动态范围有多大，即使它接收的图像有足够大的亮度差（例如蓝天中的一片白云与近处岩石后面的阴影被摄入同一幅图像），只要它被数字化为8位图像，那么这幅图像仍然只有256级灰度。这也就是说，感光器件的质量水平不同（就是动态范围不同），它们提供的256级灰度反映的 “实际的亮度差“ 是不一样的。从这一点而言，当然感光（发光）器件的动态范围越大，就越能更真实的记录（显示）自然界的亮度变化。

实际上，数字图像处理中的对比度拉伸是当一幅图像中的亮暗差较小时（例如只有50_{150），我们比较均匀的扩展它的对比度，将它的幅值拉伸到10}180或5~240。这样，暗处显得更黑，亮处显得更亮些，由于是均匀拉伸，原本不易分辨的灰度差（中间灰度）也拉开了距离，显得图片更富有层次。

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