一、圖像的數字化概述
圖像通常是指顯示在紙上、相片上或屏幕上的所有具有視覺效果的畫麵。
1.圖像的種類
（1）按圖像的點空間位置和灰度的大小變化方式，圖像可分為連續圖像和離散圖像兩類。
①連續圖像所謂連續圖像是指在二維坐標係中具有連續變化的空間位置和灰度值的圖像。連續圖像的典型代表是由光學透鏡係統所獲取的圖像，如彩色照片等，用眼睛觀測連續圖像時無不自然感覺。
②離散圖像離散圖像在空間位置上是被分割成一個個的點，在灰度值的大小上也分為不同級數的圖像。數字圖像就是離散圖像。
（2）根據圖像記錄方式的不同，圖像可分為模擬圖像和數字圖像兩類。
①模擬圖像模擬圖像是通過某種物理量的強弱變化來表現圖像上各個點的顏色信息的。印刷品圖像、相片、畫稿上的圖像都是模擬圖像。印刷品是由承印物上油墨的濃淡或網點的大小來表示顏色信息的；相片則是通過染料的深淺表現圖像上各個點不同的顏色；而畫稿也是通過顏料的多少和濃淡來表示畫麵的顏色和意境的。模擬圖像是依賴於顏色媒體的，離開顏色媒體就不能表現圖像。
②數字圖像所謂數字圖像是指把圖像分解成被稱作像素（pixel）的若幹小離散點，並將各像素的顏色值用量化的離散值即整數值來表示的圖像。數字圖像完全是用數字的形式來表示圖像上各個點的顏色信息的，它是依賴於計算機的，離開了計算機就無從談數字圖像。數字圖像要用具體的顏色媒體才能顯示和表現，也就是說數字圖像最終還是要通過模擬圖像來表現。數字圖像可以長時間保存而不會失真。另外，數字圖像是離散的，在深淺變化方麵不連續。但是，我們必須清醒地認識到，人眼視覺係統是基於光的刺激的，數字圖像最終還要以光的形式顯示，這樣才能被人所感受。
模擬圖像經過數字化過程（如掃描）可以轉變為數字圖像。
2.數字圖像的特點
我們都知道，計算機所能處理的隻是數字信息。無論我們從屏幕上所看到的是靜態圖片或動畫片，對於計算機來說都是一堆描述圖像的數據，而用戶是可以對數據進行任意修改的，這就意味著我們可以通過修改數據而將不同類型的圖像進行任意組合和拚貼，因為對於計算機來說，它們都是同樣的東西。
計算機的數字圖像處理技術使我們對圖像的處理變得非常簡單，我們可以在Photoshop的同一個工作區中同時瀏覽任何形式的圖像，並可通過一組集成工具對它們進行加工處理，還可以進行文字的輸入。我們甚至可以憑借想象，創造出在現實世界裏無法拍攝到的圖像。
隨著新的數字圖像處理技術和相應的計算機圖像處理軟件(如Photoshop)的出現，傳統的攝影藝術得到了極大的拓展。但是要想充分享受這一新技術的成果，必須首先樹立起許多新觀念。數字圖像與傳統的、依靠化學方法製成的照片之間並沒有直接的相互聯係，它們都各具特色，有各自的優勢和不足。
利用數據信息所生成的圖像與傳統的攝影技術所拍攝到的照片相比，存在很多優越之處，比如，數字信息圖像不會隨著時間的延長而褪色，對其進行放大也非常容易，不會像膠卷底片那樣，因底片格式的不同而可能使放大的照片出現異常明顯的顆粒。其實數字圖像和攝影照片的主要區別在於它們生成方式的不同。但無論照片膠卷上的顆粒，還是數字圖像中的像素都是為了實現一個共同的目標，即傳播圖像信息。實際上，從目前情況看來，數字圖像與傳統化學照片之間是相互依賴，互為補充的關係。一方麵，化學照片是靜止圖像，一經產生就無法修改：而數字圖像可以在Photoshop裏被任意修改和增強。另一方麵，數字圖像的原始圖像信息大都來自化學照片，離開了照相機的鏡頭，數字圖像也會瀕臨枯竭。
3.圖像的數字化
數字圖像是離散的，對一幅圖像，沿x、y坐標軸把這幅圖像劃分成為棋盤式的網格，僅取離散的各個交點位置上的顏色值。網格的交點就是圖像的像素。這樣，通過全部像素的顏色值表示了整個圖像的信息。因為取樣點無論如何是有限的，因此數字圖像的信息比之原稿圖像是有信息損失的。
一幅圖像必須在空間和顏色值都是離散化的情況下才能被計算機處理，也就是說一幅圖像必須經過數字化才能被計算機處理。空間坐標的離散化叫做空間采樣，而顏色值的離散化叫做顏色值量化。數字圖像基本上是采取二維平麵信息的分布方式來表達的。要將這些圖像信息輸入計算機進行處理，則首先要把二維圖像信號變換成一維圖像信號，必須通過掃描來實現。最常用的方法是在二維平麵上按一定間隔從上到下有順序地沿水平方向或垂直方向直線掃描，從而獲得圖像灰度值陣列，即一組一維信號，再對其求出每一特定間隔的值，就能得到離散信號。假設一幅圖像，若采樣時其x方向上的像素數為M，y方向的像素數為N，則該圖像用離散的M×N個像素來代表，即對該圖像處理時，僅需處理M×N個點的顏色值。這就是圖像的離散。
一幅圖像空間采樣頻率變化時，對於圖像質量的影響是十分明顯的。如一幅600pixel×500pixel采樣的圖像，如若減小空間采樣頻率，分別按300pixel×250pixel、150pixel×125pixel、75pixel×63pixel、38pixel×32pixel頻率采樣，則得到的圖像中的細節信息隨著圖像空間分辨率的減少在逐漸丟失。如何進行顏色值的量化？首先我們討論單色的灰度圖像。在數字圖像中各個像素的明暗程度是由灰度值的數值大小來表示的。研究表明，人眼所能分辨的由白到黑的分辨級數為256級，即人能夠分辨的灰度級數為256級。因此，我們可以把灰度圖像的顏色值量化為256灰度級，每一級對應一個0～256之間的一個值，即每一級對應一個灰度值。由於256為2的8次方，所以描述一個單色圖像的一個像素需要8bit數據。對一個單色圖像來說，256灰度級的灰度變化足夠描述它的各個細節了。如果在量化時少於256級，則會發現原來圖像上很清楚的部位會變得模糊，丟失許多圖像細節。如果在量化時多於256級，理論上圖像的信息量會增加，但由於人眼的分辨能力所限，實際上感受不到明顯的變化。
對於彩色圖像，由於其顏色可以分解為RGB，即可以將彩色圖像分解為三個單色顏色通道。這樣在量化時可按每個單色顏色通道來進行，每個通道同樣地量化為256個灰度級。對彩色圖像的每一個像素，我們要用3個字節來記錄其顏色。就RGB模式圖像的每一個像素而言，它有可能表現的顏色數為256×256×256，約為1670萬種顏色。就RGB模式圖像來說，能表示的顏色數也就約為1670萬種。
為了使數字圖像和連續圖像近似，需要盡量多個采樣點和灰度級，我們常說的圖像分辨率與這兩個參數是緊密相關的。從理論上講，這兩個參數越大，離散圖像與原始圖像就越接近。但圖像的存儲空間和處理需求的時間將隨著采樣點和灰度級的增加而增加。所以為了傳輸、處理和存儲方便，采樣量和灰度級數也不能太大。
4.數字圖像的種類
數字圖像包含兩種類型：一種是位圖圖像，另一種是矢量圖形。我們可以對這兩類圖像進行編輯處理，而且在印前係統中同一個文件中可能同時包含位圖圖像和矢量圖形。下麵我們比較一下這兩類圖像。
（1）位圖圖像位圖圖像使用被稱為像素的點來表示圖像，每一個像素有確定的位置和顏色值。當我們在Photoshop中處理位圖時，編輯的是像素而不是圖形或對象。由於位圖能夠表現連續調中細微的層次和顏色變化。位圖圖像是依賴於圖像的分辨率，它包含固定的像素數。所以當我們在屏幕上放大位圖會出現鋸齒現象，同樣當我們使用低於圖像分辨率的精度打印位圖圖像，也會出現丟失細節和邊緣鋸齒的現象。
（2）矢量圖形矢量圖形是由被稱為矢量的、用數學對象定義的直線和曲線組成的。矢量是根據圖像的幾何特性來描述圖形的。矢量圖形的特點是不依賴於分辨率的，它可以放大任意倍數，使用任何分辨率打印輸出都不會丟失任何細節和清晰度。
二、數字圖像的顏色模式和色域空間
1.數字圖像的顏色模式
數字圖像的顏色模式也有多種。常用的顏色模式主要有RGB模式、CMYK模式、HSB模式、CIELab模式等。其中CMYK模式和RGB模式是眾多顏色模式中最常用的兩種模式，很適合各種數字化設計和桌麵印刷係統。下麵介紹一些常見的顏色模式。
（1）RGB顏色模式在計算機顯示器上顯示的成千上萬種顏色是由Red（紅）、Green（綠）、Blue（藍）三種顏色組合而成，這三種顏色是RGB顏色模式的基本顏色。在RGB顏色模式中，所有的顏色都是由紅、綠、藍三種顏色按一定比例組合而成，每一種顏色都由一個字節（8位）來表示，取值範圍從0～255。RGB的值越大，所表示的顏色就越淺，值越小，所表示的顏色越深。例如，如果RGB的值都是255，則表示白色；如果RGB的值都是0，則表示黑色。RGB顏色模式通過增加光來產生顏色，被稱為加色模式。顯示器和掃描儀都可以使用加色模式，發出紅、綠、藍三色光並產生成千上萬種顏色。RGB顏色模式的局限性在於它受設備的影響，也就是說，由不同廠家生產的顯示器或者掃描儀所顯示的顏色是不同的。不僅如此，即使是同一個廠家生產的設備，其顏色顯示也是有區別的。所有的顯示器都會隨著時間的推移而產生顏色漂移。因此在設計作品之前，如果有必要的話，應該校準顯示器的顏色。由於RGB顏色模式不能百分之百重現同一顏色，因而它不能作為一種顏色標準。
（2）CMYK顏色模式當把顯示器上顯示的圖形打印或繪製到紙或者其他材料（如幻燈膠片）上的時候,顏色將通過顏料來顯示。不同的顏料吸收的光線不同，因此反射的光線也不同，從而看到的顏色也不同。最常用的辦法是把Cyan（青色）、Ｍagenta（品紅色）、Yellow（黃色）和Black（黑色）四種顏料混合起來形成各種顏色，這四種顏色就是CMYK顏色模式的基本顏色。CMYK顏色模式將四種顏色以百分比的形式表示，每一種顏色所占的百分比由0到100%，百分比越高，顏色越深。理論上，當青、品紅、黃所占的百分比都是100%時，產生的顏色應該是黑色。但實際上產生的顏色並不是黑色，為了彌補顏色的缺陷，必須添加黑色顏料。由於CMYK顏色模式是通過吸收光來產生顏色，因此它被稱為減色模式。和RGB顏色模式類似，CMYK顏色模式也依賴於輸出設備，不能百分之百再現同一種顏色，因而也不能作為顏色標準。