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如果图像 f （ x ， y ）是景物反射某种物质能量的记录，那么 f （ x ， y ）的值主要由两个物理特性决定：投射到景物上的射线照度和景物反射能力，若它们分别表示为 i （ x ， y ）和 r （ x ， y ），若将一般性比例因数取为1， f （ x ， y ）可以表示为如下关系。
式（3-4）中， i （ x ， y ）主要由辐射决定， r （ x ， y ）由景物表面形状及性质决定，当 r （ x ， y ）=0时，表示全吸收，当 r （ x ， y ）=1时表示全反射。如果
式（3-5）中， L min 在实际应用时常取为零，若 L min 定义为黑色， L max 定义为白色，中间值的视觉则为灰色，这也是前面所讲的“灰度”的来历。［ L min ， L max ］称为图像的灰度范围。