圖像深度

數字化圖像的每個像素是用一組二進制數進行描述，其中包含表示圖像顏色的位，圖中每個像素顏色所佔的二進制位位數，稱為圖像深度 ^[2]  。圖像深度確定彩色圖像的每個像素可能有的顏色數，或者確定灰度圖像的每個像素可能有的灰度級數。它決定了彩色圖像中可出現的最多顏色數，或灰度圖像中的最大灰度等級 ^[3]  。對一幅位圖，圖像深度是一常量，圖像深度確定了一幅圖像中最多能使用的顏色數，在位圖中，若每個像素只有一個顏色位，則該像素或為暗或為亮， 即是單色圖像（注意，這並不一定是黑白圖像，它只是限制圖像只能使用兩種色度或顏色）。若每個像素有4個顏色位，位圖則支持2^∧4=16種顏色；若每個像素有8個顏色位，則位圖可支持256種不同的顏色 ^[2]  。圖像深度是用來描述圖像深度信息中每個像素的灰度值或顏色數的基礎，在單目圖像深度估計問題中，一幅圖像對應場景的深度信息一般由相同大小的灰度圖來描述，灰度圖中每個像素的灰度值描述該點對應場景的深度值，該灰度圖又稱為深度圖，只有知道像素深度，才能計算出每個像素點對應深度值 ^[4]  。

圖像深度估計的方法主要分為單y深度估計的方法和雙目深度估計的方法，單目是基於一個鏡頭，而雙目是基於兩個鏡頭，基於它們有許多深度估計的方法 ^[5]  。

單目是基於一幅圖像來估計它的深度信息，相對於雙目深度估計的方法，-有一定的難度，許多學者提出了大量的基於單目來深度估計的方法，有基於圖像內容理解，基於聚焦，基於散焦，基於明暗變化等，下面簡要介紹其中的兩種方法 ^[5]  。

（1）基於圖像內容理解的深度估計方法 圖像內容理解的深度估計方法主要是通過對圖像中的各個景物分塊進行分類，然後對每個類別的景物分別用各自適用的方法估計它們的深度信息 ^[5]  。

（2）描於聚焦的深度估計方法 聚焦深度測量（depth from focus，DFF）就足使攝像機相對於被測點處於聚熱位貨，然)根據透鏡成像公式可求得被測點相對於攝像機的距離 ^[5]  。

（3）基於圖模型的深度圖估計方法是通過對圖像區域提取單目視覺線索的人工特徵，並利用圖模型來建模特徵與深度之間關係以及圖像上下文之間的聯繫，從而恢復出深度圖像。由於二維平面圖像的形成是三維場景的一個投影，當給定一幅二維平面圖像的時候，與它對應的三維場景可能有無數個，但並不是所有的場景都符合人類的理解，只有符合人類理解的場景，利用人類先驗知識推出的三維場景才可能是正確的 ^[6]  。

國內外比較成熟且應用廣泛的雙目深度估計的方法是越於雙視差的深度估計方法，它是用兩個攝像頭成像，因為兩個攝像頭之間存在一定的距離，所以同一景物通過兩個鏡頭所成的像有一定的差別，既視差，因為視差信息的存在，可以由於來估計出景物的大體深度信息 ^[5]  。

雙目視差的深度估計方法只有在近距離時，測量才較準確，而遠距離時測量精度就難以保證。雙目立體視覺成像系統通常包括相機建模、特徵提取、圖像匹配、深度計算以及圖像插值運算，具體測量過程分為如下幾步 ^[5]  ：

立體匹配問題始終是雙目視覺測量的一個主要難點，國內外在多學者對此進行深入而持久的研究，提出了大量的匹配算法並進行了實驗驗證 ^[5]  。

在3D計算機圖形和計算機視覺中，深度圖是一種圖像或圖像通道，其中包含與場景對象的表面到視點的距離有關的信息，用於模擬的3D形狀或重建他們。深度圖可以由3D掃描儀生成或從多個圖像重建 ^[7]  。

數字圖像是一個二維信號，它記錄了圖像在行、列方向上的灰度或色彩。數的基本單位是 pixel，稱為像素，一個像素對應於某個行、列位置上的灰度或顏色。是由picture和 element兩個單詞組成的。需要説明的是，像素是一個計算機圖像處的最小邏輯單位，與真實場景中物理尺寸之間沒有固定的關係，但在圖像獲取或輸程中則需要指定像素和物理尺寸的對應關係。比如，在圖像顯示過程中，像素通示器的“點”相對應。在分辨率為1024×768的顯示器上顯示一幅512×512的圖像，則圖像將佔據屏幕上一個512×512的區域。通常情況下，數字圖像的像素數越多，圖精細。普通的數碼相機的像素數大約在300~500萬之間，專業數碼相機的像可以達到千萬像素以上 ^[1]  。

分辨率是指在單位長度內所含有的像素的多少，也就是點的多少。例如，説某幅圖像的分辨率是600，也就是表示該幅圖像每單位長度內含有600個像素，或者600個點。處理位圖時要着重考慮分辨率問題。處理位圖時，輸岀圖像的質量取決於處理過程開始時設置的分辨率高低。分辨率是一個籠統的術語，它指一個圖像文件中包含的細節和信息的大小，以及輸入、輸岀或顯示設備能夠產生的細節程度。操作位圖時，分辨率既會影響最後輸出的質量也會影響文件的大小。處理位圖需要三思而後行，因為給圖像選擇的分辨率通常在整個過程中都伴隨着文件。無論是在一個300dpi的打印機還是在一個2570dpi的照排設備上印刷位圖文件，文件總是以創建圖像時所設的分辨率大小印刷，除非打印機的分辨率低於圖像的分辨率。如果希望最終輸岀看起來和屏幕上顯示的一樣，那麼在開始工作前，就需要了解圖像的分辨率和不同設備分辨率之間的關係，但矢量圖就不必考慮分辨率的問題。同時，不能把分辨率僅僅理解成圖像的分辨率，分辨率有很多種，大致可以分為以下五個類型。 ^[8] 

圖像分辨率。圖像分辨率就是每單位圖像含有的像素或者點數，其單位是點英寸，英文縮寫成“dpi”。也可以用釐米（cm）作為單位計算分辨率。不同的單位所計算出來的分辨率是不相同的，用釐米計算的數值顯然比前者小得多。如果沒有特殊標明通常人們用英寸為單位來表示圖像分辨率的大小。 ^[8] 

屏幕分辨率。屏幕分辨率也叫屏幕頻率，主要是由屏幕本身和它所使用的軟件來決定的。例如，VGA顯示卡的分辨率是640×480，也就是説，其寬為640個像素，高為480個像素，直接説明了屏幕的尺寸。 ^[8] 

設備分辨率。設備分辨率是指每單位輸出長度所代表的像素或者點數。設備分辨率是不能像圖像分辨率那樣進行修改的。數碼相機、掃描儀、計算機顯示器等設備都有各自固定的分辨率。 ^[8] 

輸出分辨率。輸出分辨率是指打印機等輸出設備輸出的圖像每單位所產生的點數。輸出分辨率越高，圖像品質越好。 ^[8] 

位分辨率。位分辨率是用來表示圖像的每個像素中存放多少顏色，衡量每個像素存儲的信息位元數。如一個24位的RGB圖像，就表示其各原色R、G、B均使用了8位，三者之和為24位。 ^[8]