2.2 图像数字化器
图像数字化是指将模拟图像信息转换为数字信息的过程，数字相机、扫描仪等设备可以将现实世界中的模拟、连续色调的可视信息转换为计算机可识别的数字信息，这就是数字化过程。图像数字化器必须能够将一幅图像分解为像素并确定每个像素的位置，测量每个像素的灰度级，将所测量的连续亮度信息量化形成数字信息，并将这些数字信息保存在存储设备上。
数字图像处理的早期，图像数字化设备价格非常昂贵，结构复杂，只有少数研究机构才可以使用，随着微电子技术的发展与应用的不断普及，图像数字化设备价格逐年下降，各种各样的设备已经开始应用于图像数字化的处理过程。
2.2.1 图像数字化器的组件
一般而言，一个能将模拟图像信息转换为数字信息的图像数字化器必须具有如下6个基本部分或功能组件。
（1）人工光源：常见的人工光源主要包括白炽灯、激光器件、荧光物质和发光二极管（LED）等。白炽灯、激光器件是最常用的人工光源。在扫出系统中，物体或图片的数字化使用白炽灯作为光源非常方便，在扫入系统中，一个LED的细丝经一个透镜成像，并形成一个小光点。
（2）采样孔：使图像数字化器能不受图像其他部分的影响而在整幅图像中扫描特定的独立像素单元。
（3）扫描器件：其作用是使采样孔以预先确定的方式在图像上移动，按照顺序依次扫描图像的每一个像素。扫描系统包括机械扫描装置、电子束聚焦和集成电路等。如图2-1所示是一个典型的机械扫描装置，一幅照片（图像）部分或全部卷在滚筒上，滚筒通过旋转牵引图像经过固定的采样孔，形成一个方向上的扫描。采样孔安装在引导螺杆上，引导螺杆旋转使采样孔在图像上移动。滚筒和引导螺杆结合形成对二维图像的扫描。如果引导螺杆连续而不是间歇转动，则扫描是螺旋式进行的，但已非常接近直线式扫描。
图2-1 机械扫描装置
（4）光传感器：通过采样孔量测每个像素的亮度信息，将各像素的光强信号转换为电压或电流信号。光传感器的特点是可以产生正比于光强的电信号，光传感器包括光电倍增管、光电二极管、光电晶体管、光敏电阻和固体传感器。
（5）量化器：将传感器输出的连续信号转换为离散的数字信号（整数值），数字化部件由模—数转换器电路组成。
（6）输出介质：将量化器产生的灰度值以适当格式存储起来，以备数字图像处理后续使用。输出介质可以是固态存储器、磁盘或其他合适的存储设备。
2.2.2 图像数字化器的性能
虽然不同的图像数字化器功能不尽相同，但一般而言可以从以下几个方面选择和检查图像数字化器的主要性能和参数。
（1）像素大小：采样尺寸和相邻像素的间距是两个重要的性能指标，如果图像数字化器安装了放大倍数可调的光学系统，那么输入图像平面上的采样尺寸和间距也是可调的。
（2）图像尺寸：图像数字化器可处理的最大图像尺寸也是一个重要参数，如胶片扫描仪，最大的输入尺寸是35mm或11×14inch（1inch=2.54cm）的X光片。对于输出而言，图像尺寸由每行和每列的最大像素数决定。
（3）物理参数：所谓物理参数，即图像数字化仪器能测量和量化的物理参数。以胶片扫描仪为例，可以测量和量化胶片的透射率或胶片的光密度，这两个参数均为胶片明暗度的函数，但对不同的应用，透射率和光密度的重要程度可能不一样。
（4）线性度：线性度是指对光强进行数字化时，灰度正比于图像亮度的实际精确程度，图像数字化器的线性度是一个重要的性能指标，非线性的数字化器会影响后续处理的有效性。
（5）灰度级：能将图像量化为多少级灰度是图像数字化器的重要性能指标之一。图像数字化经历了早期的黑白两级灰度、灰度图像（8位256灰度级）、彩色图像及现在的RGB彩色图像。目前已经出现能达到更高分辨率的数字化器。
（6）噪声：最后一个重要特性是数字化器的噪声水平。如果用数字化器处理一幅均匀的灰度图像，则虽然输入亮度是一个常量，但是系统中的固有噪声却会使输出图像的灰度发生变化。数字化器引入的噪声是图像质量下降的根源之一，应当使噪声小于图像内的反差（即对比度）。
2.2.3 图像数字化器的类型
图像数字化器主要包括数字相机和胶片扫描仪。
数字相机（包括数字摄像机）是一类种类繁多而又重要的数字化器，它可以数字化镜头前的任意物体，如具有计算机接口的电视摄像机。数字相机不仅能数字化实际的物体，还能数字化相片的底片。
胶片扫描仪也是一种非常重要的图像数字化器。尽管胶片扫描仪目前应用范围有限，但依然是一种很重要的图像数字化器。这类仪器专用于扫描胶片上的摄影图像，首先物体由胶片相机摄影，然后由胶片扫描仪将其图像数字化。胶片扫描仪曾经在图像处理过程中占有突出的地位，但目前人们更倾向于直接使用数字相机。
图像数字化一般有扫入和扫出两种方法。在扫出方式中，光线连续照射整个物体或胶片图像，采样孔每次仅允许光传感器探测到一个像素。扫入方式又称为扫进方式，在扫入方式中，物体每次只有一小点被照亮，所有传过来的光线都被传感器收集，物体由光束扫描，即在这种情况下，是物体被照明光线扫描，而传感器则“看到”整个场景。