數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件

數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件11、戰(zhàn)爭(zhēng)滿足了，或曾經(jīng)滿足過人的好斗的本能，但它同時(shí)還滿足了人對(duì)掠奪，破壞以及殘酷的紀(jì)律和專制力的欲望。——查·埃利奧特12、不應(yīng)把紀(jì)律僅僅看成教育的手段。紀(jì)律是教育過程的結(jié)果，首先是學(xué)生集體表現(xiàn)在一切生活領(lǐng)域——生產(chǎn)、日常生活、學(xué)校、文化等領(lǐng)域中努力的結(jié)果?！R卡連柯(名言網(wǎng))13、遵守紀(jì)律的風(fēng)氣的培養(yǎng)，只有領(lǐng)導(dǎo)者本身在這方面以身作則才能收到成效?！R卡連柯14、勞動(dòng)者的組織性、紀(jì)律性、堅(jiān)毅精神以及同全世界勞動(dòng)者的團(tuán)結(jié)一致，是取得最后勝利的保證?！袑幷悦跃W(wǎng)15、機(jī)會(huì)是不守紀(jì)律的?！旯麛?shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件11、戰(zhàn)爭(zhēng)滿足了，或曾經(jīng)滿足過人的好斗的本能，但它同時(shí)還滿足了人對(duì)掠奪，破壞以及殘酷的紀(jì)律和專制力的欲望。——查·埃利奧特12、不應(yīng)把紀(jì)律僅僅看成教育的手段。紀(jì)律是教育過程的結(jié)果，首先是學(xué)生集體表現(xiàn)在一切生活領(lǐng)域——生產(chǎn)、日常生活、學(xué)校、文化等領(lǐng)域中努力的結(jié)果?！R卡連柯(名言網(wǎng))13、遵守紀(jì)律的風(fēng)氣的培養(yǎng)，只有領(lǐng)導(dǎo)者本身在這方面以身作則才能收到成效?！R卡連柯14、勞動(dòng)者的組織性、紀(jì)律性、堅(jiān)毅精神以及同全世界勞動(dòng)者的團(tuán)結(jié)一致，是取得最后勝利的保證?！袑幷悦跃W(wǎng)15、機(jī)會(huì)是不守紀(jì)律的?！旯麛?shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)第二章數(shù)字圖像處理系統(tǒng)黃愛民安向京駱力中國(guó)水利水電出版社新世紀(jì)電子信息與自動(dòng)化系列課程改革教材ISBN7-5084-2930-3第二章數(shù)字圖像處理系統(tǒng)系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)字化設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備處理設(shè)備輸出設(shè)備處理軟件數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件11、戰(zhàn)爭(zhēng)滿足了，或曾經(jīng)滿足過人的1數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件2數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件3數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件4數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件5圖像處理設(shè)備終端輸出圖像存儲(chǔ)輸入圖像存儲(chǔ)圖像采集及數(shù)字化設(shè)備圖像顯示設(shè)備程序庫(kù)圖2-1數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成圖示圖像處理終端輸出圖像存儲(chǔ)輸入圖像存儲(chǔ)圖像采6圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成2圖像采集：？電信號(hào)（電流、電壓）圖像數(shù)字化設(shè)備：將圖像轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字形式，通常用數(shù)字矩陣表示轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖像處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)）：包括硬件設(shè)備和軟件兩部分，即圖像存儲(chǔ)設(shè)備、CPU、程序庫(kù)等，其中軟件或算法是本課程研究的重點(diǎn)。圖像顯示設(shè)備：包括永久顯示設(shè)備和暫時(shí)顯示設(shè)備CRT、LED等為暫時(shí)顯示設(shè)備打印機(jī)、照片等可永久顯示圖象顯示設(shè)備的性能評(píng)價(jià)通常由人眼觀察的圖像效果決定。圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成2圖像采集：？電信號(hào)（電流、電壓）7圖像處理系統(tǒng)性能主要衡量指標(biāo)圖像分辨率：“空間分辨率”，圖像處理系統(tǒng)具有的分辨圖像細(xì)節(jié)的能力，線對(duì)/數(shù)字圖像的點(diǎn)陣數(shù)般來說，高分辨率的不應(yīng)低于1024768點(diǎn)陣，中分辨率的為512512或576768點(diǎn)陣，低分辨率的則為256256點(diǎn)陣。圖像分解力：是指圖像系統(tǒng)對(duì)圖像明暗程度或色彩的分解能力，bit數(shù)表示，bit數(shù)越高，性能越好衡量指標(biāo)：標(biāo)稱值/實(shí)際值兩種標(biāo)稱值指系統(tǒng)A/D取的bit數(shù)實(shí)際值則指系統(tǒng)實(shí)際所達(dá)到的bit位數(shù)，實(shí)際值常用有效bit位數(shù)表示。圖像處理系統(tǒng)性能主要衡量指標(biāo)圖像分辨率：“空間分辨率”，圖8主要指標(biāo)2視頻鎖相：外同步，即圖像硬件系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)同步信號(hào)，再送到攝像機(jī)以同步進(jìn)行場(chǎng)掃描。視頻鎖相方式，即圖像系統(tǒng)分解場(chǎng)同步和行同步信號(hào)。顯示功能：顯示的類型，黑白/偽彩色/真彩色顯示每個(gè)象素顯示的bit數(shù)。查找表（LUT，look-uptable）重疊顯示、動(dòng)態(tài)顯示等。主要指標(biāo)2視頻鎖相：9指標(biāo)3幀存容量：圖像硬件系統(tǒng)內(nèi)部，圖像存儲(chǔ)體容量的大小。三部分：幀存的數(shù)目/單位幀存的點(diǎn)陣數(shù)（指圖像系統(tǒng)用來存儲(chǔ)一幅圖像必需的幀存，其容量大于等于一幅數(shù)字圖像的點(diǎn)陣數(shù)，小于兩幅圖像的點(diǎn)陣數(shù)，通常取512512或10241024）/每個(gè)象素的字長(zhǎng)（用bit數(shù)表示，黑白或偽彩色系統(tǒng)為8bit，真彩色系統(tǒng)通常為83bit/84bit），新增的通道用于圖像疊加處理。如幀存容量為245125128bit，則表示單位幀存的點(diǎn)陣數(shù)為512512，灰度分辨率8bit，共有24個(gè)單位幀存指標(biāo)3幀存容量：圖像硬件系統(tǒng)內(nèi)部，圖像存儲(chǔ)體容量的大小。10指標(biāo)4數(shù)據(jù)傳輸速度：主要指圖像硬件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸速度，單位s/pixel。不給出具體的數(shù)值，而是指出所采用的計(jì)算機(jī)總線類型，如PCI或ISA。影響的因素有微機(jī)的速度、軟件的編排、硬件采用的等待時(shí)間等等。指標(biāo)4數(shù)據(jù)傳輸速度：主要指圖像硬件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸速11指標(biāo)5硬件指標(biāo):處理功能圖像的代數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、直方圖統(tǒng)計(jì)、卷積、FFT、二值化以及圖像的形態(tài)學(xué)運(yùn)算等。功能參數(shù)。主機(jī)功能：主要指軟件的功能和環(huán)境包括處理功能、處理速度。主機(jī)處理還涉及軟件環(huán)境（DOS/Windows/Unix），以及編程語(yǔ)言、庫(kù)函數(shù)、菜單形式等。指標(biāo)5硬件指標(biāo):處理功能12現(xiàn)狀與趨勢(shì)目前仍然是PCI+MMX為主流模式大量的工作集中在算法和應(yīng)用軟件的研制上，將涌現(xiàn)更多的應(yīng)用系統(tǒng)圖像硬件系統(tǒng)的發(fā)展則集中在高速圖像處理系統(tǒng)和各種專業(yè)系統(tǒng)的研制現(xiàn)狀與趨勢(shì)目前仍然是PCI+MMX為主流模式132.2圖像數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化器的組成圖像數(shù)字化器的性能數(shù)字照相機(jī)攝像機(jī)掃描儀2.2圖像數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化器的組成142.2.1圖像數(shù)字化器的功能采樣把圖像劃分為若干圖像元素（像素），并給出它們各自的存儲(chǔ)地址；量化度量每一像素的灰度，并把連續(xù)的度量結(jié)果量化為整數(shù)；信息保存將圖像量化結(jié)果寫入存儲(chǔ)設(shè)備。2.2.1圖像數(shù)字化器的功能15圖2-2圖像數(shù)字化器圖2-2圖像數(shù)字化器16圖像數(shù)字化器的組成采樣孔（Samplingaperture）：圖像掃描機(jī)構(gòu)：光傳感器：量化器：輸出存儲(chǔ)體圖像數(shù)字化器的組成采樣孔（Samplingaperture172.2.2圖像數(shù)字化器的性能像素大小圖像大小被測(cè)對(duì)象的局部特征線性度灰度級(jí)噪聲2.2.2圖像數(shù)字化器的性能像素大小182.2.3數(shù)字照相機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）鏡頭、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微處理器）、內(nèi)置存儲(chǔ)器、LCD（液晶顯示器）、PC卡（可移動(dòng)存儲(chǔ)器）和接口（計(jì)算機(jī)接口、電視機(jī)接口）等部分組成數(shù)碼相機(jī)的立體剖面圖2.2.3數(shù)字照相機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）鏡頭、感光器件（CCD或CM19CompactFlash存儲(chǔ)卡CompactFlashMemoryCardMemoryStick

PCMCIA存儲(chǔ)設(shè)備

數(shù)碼相機(jī)及存儲(chǔ)器CompactFlash存儲(chǔ)卡MemoryStickPCM20數(shù)碼相機(jī)2電子自掃描固態(tài)傳感器陣列電耦合器件（CCD）陣列、CMOS、電荷注入器件（CID）陣列以及光電二極管陣列。CCD，ChargeCoupleDevice數(shù)碼相機(jī)2電子自掃描固態(tài)傳感器陣列21圖2-3面陣CCD示意圖圖2-3面陣CCD示意圖22A/D轉(zhuǎn)換器ADC（AnalogDigitalConverter），模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)的器件。轉(zhuǎn)換速度量化精度CCD是將實(shí)際景物在X和Y的方向上量化為若干像素，A/D轉(zhuǎn)換器則是將每一個(gè)像素的亮度或色彩值量化為若干個(gè)等級(jí)，這個(gè)等級(jí)在數(shù)碼相機(jī)中叫做色彩深度。色彩深度就是色彩位數(shù)，常見的有24位、30位和36位等。A/D轉(zhuǎn)換器ADC（AnalogDigitalConve23圖像存儲(chǔ)壓縮、存儲(chǔ)壓縮由系統(tǒng)內(nèi)置的微處理器來完成。壓縮處理與存儲(chǔ)圖像所用的時(shí)間不可忽略，因此在使用數(shù)碼相機(jī)時(shí)可以明顯感到較長(zhǎng)的等待時(shí)間。圖像格式的種類繁多，JPEG格式。圖像存儲(chǔ)壓縮、存儲(chǔ)24存儲(chǔ)器內(nèi)置存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，安裝在相機(jī)內(nèi)部，用于臨時(shí)存儲(chǔ)圖像，接口傳送。可移動(dòng)存儲(chǔ)器CompactFlash卡（CF）SmartMedia卡（SSFDC）ATAFlash存儲(chǔ)器內(nèi)置存儲(chǔ)器25數(shù)碼相機(jī)輸出接口計(jì)算機(jī)通訊接口串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。若使用紅外線接口，則要為計(jì)算機(jī)安裝相應(yīng)的紅外接收器及其驅(qū)動(dòng)程序連接電視機(jī)的視頻接口連接打印機(jī)的接口數(shù)碼相機(jī)輸出接口262.2.4攝像機(jī)（攝像頭）“電視制式攝像頭”把景物光像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。其結(jié)構(gòu)大致可分為三部分：光學(xué)系統(tǒng)（主要指鏡頭）光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（主要指攝像管或固體攝像器件）電路系統(tǒng)（主要指視頻處理電路）光學(xué)系統(tǒng)的主要部件是光學(xué)鏡頭，它由透鏡系統(tǒng)組合而成。2.2.4攝像機(jī)（攝像頭）“電視制式攝像頭”27型號(hào)Model彩色YH-9618彩色YH-9616影像傳感器PickupElement1/4"CCD影像圖素Numberofpixels510(H)×492(V)ELA500(H)×582(V)CCIR清晰度Resolution400TV380TV最低照度Min.Illumination2Lux/F2.0(F=f/D,f焦距，D有效口徑）信噪比S/NRatio優(yōu)于46db電子快門ElectronicShutter1/50(60)to1/100,000背光補(bǔ)償BacklightCompensations數(shù)位處理AUTO電源PowerSupply帶穩(wěn)壓直流DC12V±10%工作溫度OperationTemp-20℃～+50℃白平衡WhiteBalance自動(dòng)AUTO同步系統(tǒng)SyncSystem自動(dòng)AUTO重量Weigh380公克尺寸Dimensions(mm)60(寬)×50（高）×102（深）型號(hào)Model彩色YH-9618彩色YH-9616影像傳感器28攝像管攝像機(jī)中利用電子束掃描把景物的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種真空電子管。攝像管攝像機(jī)中利用電子束掃描把景物的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一29攝像管類別氧化鉛攝像管具有良好的光電特性，靈敏度和分辨率高，靶面的均勻性好。硅光導(dǎo)管攝像管具備低照度下的高靈敏度性能，能跟上運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)而沒有拖尾的現(xiàn)象，而且拍攝高亮度下的物體。但是分辨率較低。固體器件攝像管光電轉(zhuǎn)換過程是在一個(gè)半導(dǎo)體硅片上完成的CCD攝像機(jī)，具有體積小、重量輕、耗電少、壽命長(zhǎng)、重合精度高等優(yōu)點(diǎn)攝像管類別氧化鉛攝像管30１、黑白圖像的信號(hào)產(chǎn)生圖2-4光導(dǎo)管攝像機(jī)１、黑白圖像的信號(hào)產(chǎn)生圖2-4光導(dǎo)管攝像機(jī)31圖像形成ABCN圖2-5電子束的掃描方式(a)逐行掃描12345(b)隔行掃描從AB稱行掃描正程；從BC稱為行掃描逆程；從AN稱幀掃描正程；從NA稱為幀掃描逆程。圖像形成ABCN圖2-5電子束的掃描方式(a)逐行掃描132２、攝像機(jī)參數(shù)的確定設(shè)電視有效畫面高度為h，每個(gè)象素可以看作一個(gè)邊長(zhǎng)為a的小正方形，觀看者距離電視屏的距離為s。人眼的極限分辨率為（=1’），此時(shí)正好看見a高度時(shí)有：觀看者對(duì)整個(gè)畫面的視角為

２、攝像機(jī)參數(shù)的確定設(shè)電視有效畫面高度為h，每個(gè)象素可以看作33參數(shù)計(jì)算若取s=5.5h（通常建議電視的觀看距離為5~6倍電視畫面高度），則近似10。攝像機(jī)的掃描行數(shù)Z：畫面最少像素總數(shù)N：是屏幕的有效寬高比，一般為4/3

參數(shù)計(jì)算若取s=5.5h（通常建議電視的觀看距離為5~6倍電34參數(shù)PAL制式規(guī)定電視畫面掃描行為625，NTSC規(guī)定為525。而經(jīng)圖像板數(shù)字采樣后，得到的是512512的方陣。圖像總數(shù)被稱為“圖像的空間分辨率”。幀頻為f=16Hz時(shí)，人眼就可以感到畫面有連續(xù)性和自然性。但此時(shí)畫面亮度的突變會(huì)產(chǎn)生視覺上的“閃爍感”。只有在f50Hz時(shí)，這種閃爍感才消除。因此目前PAL規(guī)定f=50Hz，即每秒鐘提供50幅畫面；NTSC規(guī)定f=60Hz。在電視圖像研究中，人眼的這種視覺特性稱為“時(shí)間平均效應(yīng)”，幀頻f稱為“圖像的活動(dòng)分辨率”。參數(shù)PAL制式規(guī)定電視畫面掃描行為625，NTSC規(guī)定為5235圖像“帶寬”分析設(shè)z為圖像的掃描行數(shù)，k為顯示屏的寬高比（4/3），則kz可以表示一行的像素?cái)?shù)。如一行圖像信號(hào)變化的次數(shù)為kz/2，則一幅圖像為kz2/2，一秒鐘內(nèi)為fmaxPAL制式中，z=625,f=50Hz，則fmax=13MHz。這個(gè)參數(shù)可以看作圖像信號(hào)的頻帶寬度（帶寬）。逐行掃描改成“隔行掃描”（interleavedscan），使掃描頻率下降為25Hz。圖像“帶寬”分析設(shè)z為圖像的掃描行數(shù)，k為顯示屏的寬高比（36３、彩色圖像獲取同時(shí)攝像方式依次攝像方式３、彩色圖像獲取同時(shí)攝像方式37（1）同時(shí)攝像方式三管攝像機(jī)。分光鏡把被攝物體分為紅、綠、藍(lán)三種基色，三支攝像管同時(shí)攝取紅、綠、藍(lán)三幅圖像。三基色同時(shí)攝取的方式，廣播級(jí)的電視領(lǐng)域，高性能的氧化鉛攝像管。缺點(diǎn)是系統(tǒng)體積大，造價(jià)高。（1）同時(shí)攝像方式三管攝像機(jī)。38（2）依次攝像方式又稱“時(shí)間分割方式”，按照時(shí)間的順序依次攝取紅、綠、藍(lán)三基色。單管彩色攝像機(jī)，只用一支彩色攝像管來完成彩色圖像的光電轉(zhuǎn)換，“單管機(jī)”。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、制造成本低、彩色重合性好、調(diào)整維修簡(jiǎn)便等。缺點(diǎn)：是靈敏度、分解力和信噪比較低多于工業(yè)、教學(xué)和家庭（2）依次攝像方式又稱“時(shí)間分割方式”，按照時(shí)間的順序依次攝39４、信號(hào)輸出攝像機(jī)一般有四組輸出（1）圖像輸出，直接接監(jiān)視器，用來觀察被攝對(duì)象；（2）復(fù)合視頻圖像輸出；（3）復(fù)合同步信號(hào)輸出；（2）、（3）同時(shí)使用，連接到圖像采集卡。（4）用三基色RGB輸出的彩色圖像信號(hào)，可連接到圖像采集卡。４、信號(hào)輸出攝像機(jī)一般有四組輸出402.2.5掃描儀原稿線陣CCDA/D及圖像處理控制部分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)去計(jì)算機(jī)長(zhǎng)光管光源光學(xué)鏡頭圖2-6CCD掃描儀的系統(tǒng)框圖2.2.5掃描儀原稿線陣CCDA/D及圖像處理控制部分步進(jìn)電41采用半導(dǎo)體隔離CCD采用硅氧化物隔離CCD手持式掃描儀饋紙式掃描儀鼓式掃描儀平臺(tái)式掃描儀:采用CCD/CIS技術(shù)大幅面掃描儀底片掃描儀(膠片掃描儀)

筆式掃描儀

條碼掃描儀

實(shí)物掃描儀

3D掃描儀

Canon656U采用CIS技術(shù)掃描儀主要類型采用半導(dǎo)體隔離CCD采用硅氧化物隔離CCD手持式掃描儀C42平臺(tái)式掃描儀平臺(tái)式掃描儀43掃描儀工作原理副掃描掃描

掃描儀工作原理副掃描44掃描儀圖像處理陰影校正解決光照不均勻的問題背景校正由于底稿顏色不同、字跡深淺不一，造成圖像信號(hào)電平變化范圍很大，這樣不利于數(shù)模轉(zhuǎn)換和有用信號(hào)的合理分布分辨率處理常采用微分電路對(duì)CCD輸出的信號(hào)進(jìn)行邊緣增強(qiáng)，并用抖動(dòng)電路來增強(qiáng)圖像效果掃描儀圖像處理陰影校正45掃描儀的主要指標(biāo)分辨率每英寸點(diǎn)數(shù)DPI(DotPerInch)，如300、600、1200DPI等。非專業(yè)使用，300或600DPI足夠用于文字識(shí)別時(shí)，漢字至少要300DPI，而數(shù)字和字母只需要100DPI灰度等級(jí)單色掃描儀的灰度級(jí)是指識(shí)別和反映像素點(diǎn)明暗程度的能力。每像點(diǎn)8bit編碼，可區(qū)分256個(gè)灰度等級(jí)。彩色掃描儀掃描圖像時(shí)要對(duì)像素分色，把一個(gè)像素點(diǎn)分解為紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三基色的組合。對(duì)每一基色的深淺程度也要用灰度級(jí)表示，這就是色彩分辨率。高檔掃描儀對(duì)每一基色可識(shí)別和表達(dá)成1024(10bit)灰度，處理時(shí)一般取每色8bit，能確保1680萬(wàn)種顏色再現(xiàn)，真彩色掃描儀的主要指標(biāo)分辨率46指標(biāo)掃描速度影響因素：掃描儀本身的設(shè)計(jì)、掃描時(shí)的解析度、計(jì)算機(jī)CPU的工作頻率、掃描儀與計(jì)算機(jī)的接口方式、主機(jī)RAM的容量和掃描軟件的處理能力。接口主要有SCSI、EPP、USB等幾種。圖像處理軟件常采用PhotoShop和PhotoStyler等專業(yè)軟件掃描尺寸最常見的為A4幅面的掃描儀，大型圖片A3、A1或A0掃描儀利用軟件拼接實(shí)現(xiàn)，將大型圖片分幾次掃描，然后將幾個(gè)畫面拼接在一起。最大掃描幅度越大，掃描儀的價(jià)格越高指標(biāo)掃描速度47接口Aldus、HP、Logitech等公司在1992年共同定義了TWAIN界面，軟硬件發(fā)展廠商都可以通過這個(gè)共同界面相互溝通數(shù)據(jù)接口Aldus、HP、Logitech等公司在1992年共同48掃描儀的應(yīng)用灰度掃描儀最主要的應(yīng)用是OCR(光學(xué)字元識(shí)別)、黑白印刷、排版及文件檔案管理。彩色掃描儀主要應(yīng)用于辦公室簡(jiǎn)報(bào)、彩色排版、廣告設(shè)計(jì)等。掃描儀的應(yīng)用灰度掃描儀最主要的應(yīng)用是OCR(光學(xué)字元識(shí)別)、49表2-1三種常用的圖像輸入設(shè)備的比較設(shè)備名稱分辨率速度輸入對(duì)象圖像送入計(jì)算機(jī)的主要方式攝像機(jī)較低快景物、圖片、文稿通過圖像采集卡掃描儀最高慢圖片、文稿等通過自帶專用適配器數(shù)碼相機(jī)高慢景物、圖片、文稿通過USB等串口表2-1三種常用的圖像輸入設(shè)備的比較設(shè)備名稱分辨率速度輸入對(duì)502.2.6圖像采集卡對(duì)視頻信號(hào)解碼、數(shù)字化的專用設(shè)備安裝在計(jì)算機(jī)中圖像采集卡的結(jié)構(gòu)決定了圖像系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。硬件結(jié)構(gòu)主要有面向圖像幀存和面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存兩種方式。2.2.6圖像采集卡對(duì)視頻信號(hào)解碼、數(shù)字化的專用設(shè)備511、面向圖像幀存的圖像卡結(jié)構(gòu)視頻源數(shù)字化設(shè)備圖像幀存微機(jī)接口微機(jī)圖像顯示監(jiān)視器圖2-7面向圖像幀存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、面向圖像幀存的圖像卡結(jié)構(gòu)視頻源數(shù)字化圖像微機(jī)微機(jī)圖像顯示52PCVISION圖像卡視頻源A/D幀存LUTD/A監(jiān)視器PC存儲(chǔ)體映射圖2-8PCVISION圖像卡邏輯圖美國(guó)ImageTechnology公司PCVISION圖像卡視頻源A/D幀存LUTD/A監(jiān)視器PC53LUT012.....255Rr...012.....255Gg...012.....255Bb...圖2-9LUT構(gòu)成LUT0Rr.0Gg.0Bb.圖2-9LUT構(gòu)成54（2）DT2871真彩色圖像卡圖2-10RGBRGB轉(zhuǎn)換HSI幀存1幀存2幀存3幀存4HSI轉(zhuǎn)換RGB圖形疊加外部端口入外部端口出A/DA/DA/DRGBA/DA/DA/DI/O控制IBMPC總線（2）DT2871真彩色圖像卡圖2-10RGBRGB轉(zhuǎn)換HS552、面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像卡基本結(jié)構(gòu)視頻源圖像數(shù)字化微機(jī)接口微機(jī)內(nèi)存微機(jī)顯存圖2-11一般的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像卡基本結(jié)構(gòu)視頻圖像微機(jī)微機(jī)微機(jī)圖2-56圖2-12帶硬件處理的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視頻源圖像數(shù)字化微機(jī)接口微機(jī)顯存幀存硬件處理微機(jī)內(nèi)存硬件處理常包括卷積、分割、圖像加減、灰度變換等圖2-12帶硬件處理的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視573、視頻采集卡視頻采集將視頻源的模擬信號(hào)通過處理轉(zhuǎn)變成數(shù)碼信息，并將這些數(shù)碼信息存儲(chǔ)在電腦硬盤上的過程。模擬——數(shù)碼采集芯片較高檔的采集卡，硬件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮處理通過計(jì)算機(jī)上的CPU進(jìn)行軟件壓縮

3、視頻采集卡視頻采集582.3數(shù)字圖像存儲(chǔ)設(shè)備（1）用于處理時(shí)的短期快速存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)內(nèi)存，另一種是幀存（2）關(guān)系到快速調(diào)用的在線存儲(chǔ)主要考慮速度，常采用磁盤（3）大容量的檔案存儲(chǔ)主要考慮存儲(chǔ)容量，一般采用磁帶、光盤存儲(chǔ)的容量以字節(jié)（B）、千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）為單位2.3數(shù)字圖像存儲(chǔ)設(shè)備（1）用于處理時(shí)的短期快速存儲(chǔ)592.3.1圖像幀存儲(chǔ)體圖像幀存儲(chǔ)體（framebuffer或framestorememory），簡(jiǎn)稱為幀存（FB），是指至少能存儲(chǔ)一幀電視圖像，并能按照一定的速率顯示所存儲(chǔ)圖像的由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成的存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)顯存和圖像卡上的存儲(chǔ)數(shù)字圖像的半導(dǎo)體緩存，都可以稱為幀存。幀存主要用于解決快速的視頻數(shù)據(jù)流（如８bit/100ns）和計(jì)算機(jī)慢速的數(shù)據(jù)傳輸速率之間的矛盾2.3.1圖像幀存儲(chǔ)體圖像幀存儲(chǔ)體（framebuffe60構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類DRAM(dynamicrandomaccessmemory)整體的功耗低、體積小、價(jià)格便宜電路復(fù)雜VRAM(videoRAM)圖像圖形系統(tǒng)的專用存儲(chǔ)芯片，雙端口存儲(chǔ)芯片，標(biāo)準(zhǔn)的DRAM/SAM(serialaccessmemory)。構(gòu)成幀存時(shí)電路簡(jiǎn)單，SAM端口，簡(jiǎn)化了與A/D、D/A高速數(shù)據(jù)流相關(guān)的讀寫電路價(jià)格較貴，存儲(chǔ)容量一般不如DRAM。構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類DRAM(dynamicran61構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類2SRAM(staticRAM)SRAM芯片時(shí)序簡(jiǎn)單、讀寫周期快價(jià)格高、容量低、功耗大，一般不用來構(gòu)成常規(guī)的幀存，而用來在高速圖像系統(tǒng)中構(gòu)成高速幀存。構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類2SRAM(staticRAM)622.4數(shù)字圖像處理設(shè)備通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有以下四類：AppleMacintosh包括其內(nèi)置的操作系統(tǒng)軟件及用戶接口；IBMPC兼容機(jī)使用磁盤操作系統(tǒng)（DOS，MicrosoftWindows系列)；圖形工作站使用UNIX操作系統(tǒng)，或XWINDOWS環(huán)境；大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擁有大量的資源并被許多用戶通過遠(yuǎn)程工作站共享。各系統(tǒng)也通過網(wǎng)絡(luò)共享資源和數(shù)據(jù)。2.4數(shù)字圖像處理設(shè)備通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有以下四類：63實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的處理速度和圖像的實(shí)際變化的速度一致PAL制式電視圖像按40ms/幀的速率變化，處理速度也應(yīng)為40ms/幀實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的處理速度和圖像的實(shí)際變化的速度一致64硬件結(jié)構(gòu)層次三個(gè)層次-——初級(jí)處理中級(jí)處理高級(jí)處理硬件結(jié)構(gòu)層次三個(gè)層次-——65典型的初級(jí)處理系統(tǒng)-DT2858外部端口輸入25632bit直方圖表625616bit轉(zhuǎn)換表16bitALU51251216bit幀存儲(chǔ)體外部端口輸出8bit出到28518bit入自2851直方圖發(fā)生器16bit幀存儲(chǔ)體除法邏輯I/O控制IBMPCAT總線圖2-13DT2858圖像加速卡框圖典型的初級(jí)處理系統(tǒng)-DT2858外部25632bit16b662.5圖像輸出設(shè)備圖像的顯示方式永久性系統(tǒng)，改變了記錄媒體的光吸收特性，留下圖像的硬拷貝，如照片、膠片、打印紙等。暫時(shí)顯示設(shè)備，在圖像顯示器上留下瞬間的影像，如圖像監(jiān)視器、投影儀等。圖像顯示系統(tǒng)最重要的顯示特性圖像的大小、光度分辨率和空間分辨率、高低頻響應(yīng)特性和噪聲特性。2.5圖像輸出設(shè)備圖像的顯示方式672.5.1暫時(shí)顯示設(shè)備電視監(jiān)視器黑白/彩色主要指標(biāo)有掃描制式、清晰度、掃描線性度、屏幕尺寸等。掃描制式一般是是符合國(guó)際電視標(biāo)準(zhǔn)的單制式，PAL/NTSC/SECAM等，分辨率較低。2.5.1暫時(shí)顯示設(shè)備電視監(jiān)視器68監(jiān)視器的輸入信號(hào)形式不同外同步方式：輸入視頻信號(hào)/同步信號(hào)。內(nèi)同步方式：輸入全電視信號(hào)，而同步信號(hào)和視頻信號(hào)由監(jiān)視器內(nèi)部電路進(jìn)行分離得到。須注意圖像采集卡與顯示器的兼容性問題。監(jiān)視器的輸入信號(hào)形式不同外同步方式：69黑白電視信號(hào)特點(diǎn)我國(guó)的，每秒傳送25幅畫面，每幅畫面625行，采用隔行掃描方式分成兩場(chǎng)，每場(chǎng)312.5行，其中25行是場(chǎng)消隱時(shí)間，因此每場(chǎng)的有效信號(hào)是287.5行。視頻帶寬為6MHz，建議傳輸帶寬也為6MHz。。黑白電視信號(hào)特點(diǎn)我國(guó)的，每秒傳送25幅畫面，每幅畫面625行70彩色電視制式NTSC制（NationalTelevisionSystemsCommittee）1953年，美國(guó)正式發(fā)布色度信號(hào)，正交平衡調(diào)幅制最先創(chuàng)建了兼容性同時(shí)制（攜帶彩色圖像的亮度和色度信息的三個(gè)信號(hào)同時(shí)傳送）的彩色電視，為近代彩色電視制式與技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。主要用于美國(guó)、日本和加拿大等國(guó)彩色電視制式NTSC制71電視制式2帕爾（PAL）制相位逐行交變（PhaseAlternationLine）聯(lián)邦德國(guó)的布魯赫，1962年兩個(gè)色差信號(hào)也采用正交平衡調(diào)幅的調(diào)制方法，其中一個(gè)色差信號(hào)調(diào)幅波（R-Y）逐行倒相。主要用于西歐、澳大利亞、非洲和中東部分國(guó)家，中國(guó)也采用PAL制電視制式2帕爾（PAL）制72電視制式3塞康（SECAM）制順序傳送彩色和存儲(chǔ)（SequencedeCoulenursavecMcmoire）的法文縮寫1956年，法國(guó)工程師亨利·弗朗斯提出，1967年實(shí)用化為克服NTSC制的色度信號(hào)本位敏感性的缺點(diǎn)而開發(fā)出來的。兩個(gè)色差信號(hào)逐行傳送，在接收端將收到的信號(hào)延遲一行，使每一行傳送的色差使用兩次，以補(bǔ)償?shù)谝恍兄腥鄙俚牧硪粋€(gè)色差信號(hào)。色差信號(hào)對(duì)副載波的調(diào)制方式為調(diào)頻。SECAM制主要用于法國(guó)、原蘇聯(lián)、東歐和沙特阿拉拍等國(guó)電視制式3塞康（SECAM）制732.5.2永久顯示設(shè)備將圖像永久記錄在紙張或膠片上的設(shè)備膠片記錄器、激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、熱蠟轉(zhuǎn)移打印機(jī)、顏料升華打印機(jī)等“圖像記錄設(shè)備”或“硬拷貝設(shè)備”。采用半調(diào)（halftone）技術(shù)，通過改變排列成規(guī)則圖案的小黑點(diǎn)的大小來仿真多種灰度級(jí)，提高圖片的質(zhì)量。另一種提高顯示質(zhì)量的常用技術(shù)稱為“抖動(dòng)”（dither）2.5.2永久顯示設(shè)備將圖像永久記錄在紙張或膠片上的設(shè)備74打印機(jī)針式打印機(jī)激光打印機(jī)噴墨打印機(jī)熱升華打印機(jī)膠片照片幻燈片永久顯示設(shè)備打印機(jī)針式打印機(jī)膠片照片幻燈片永久顯示設(shè)備752.6圖像處理軟件高級(jí)程序C程序本課程建議采用Matlab實(shí)現(xiàn)算法提供了專門的圖像輸入輸出函數(shù)，對(duì)圖像的訪問很簡(jiǎn)單。強(qiáng)大的圖像處理工具包，對(duì)以后的工程實(shí)踐以及科研很有幫助。Photoshop等圖像處理軟件沒有二次開發(fā)功能，不能用于專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)2.6圖像處理軟件高級(jí)程序76常見圖像存儲(chǔ)格式英文名稱類型說明Taggedimagefileformat*.TIFDOS,UNIX及Macintosh圖像EncapsulatedPostScript*.EPS出版業(yè)使用格式Graphicalinterchangeformat*.GIFCompuSever圖形格式Bit-Mappedformat*.BMPMicrosoftWindows標(biāo)準(zhǔn)格式Macintosh*.PICTAppleMacintosh圖像Presentationmanager*.BMPIBMOS/2位圖格式常見圖像存儲(chǔ)格式英文名稱類型說明Taggedimage77圖像文件主要特征（1）描述圖像的高度、寬度以及各種物理特征的數(shù)據(jù)；（2）彩色定義：每點(diǎn)bit數(shù)(決定顏色的數(shù)量)、彩色平面數(shù)，非真彩色圖像要提供一個(gè)調(diào)色板；（3）描述圖像的位圖數(shù)據(jù)體：將該圖像由一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣描述出來，該矩陣的結(jié)構(gòu)由圖像的高、寬及每點(diǎn)bit數(shù)決定。如果圖像采用了壓縮，每行數(shù)據(jù)都用特定壓縮算法壓縮過，使用前需解碼。圖像文件主要特征（1）描述圖像的高度、寬度以及各種物理特征的7836、自己的鞋子，自己知道緊在哪里?！靼嘌?/p>

37、我們唯一不會(huì)改正的缺點(diǎn)是軟弱?！_什?？?/p>

38、我這個(gè)人走得很慢，但是我從不后退。——亞伯拉罕·林肯

39、勿問成功的秘訣為何，且盡全力做你應(yīng)該做的事吧。——美華納

40、學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆?！鬃觴iexie!謝謝！36、自己的鞋子，自己知道緊在哪里。——西班牙xiexie!79數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件11、戰(zhàn)爭(zhēng)滿足了，或曾經(jīng)滿足過人的好斗的本能，但它同時(shí)還滿足了人對(duì)掠奪，破壞以及殘酷的紀(jì)律和專制力的欲望。——查·埃利奧特12、不應(yīng)把紀(jì)律僅僅看成教育的手段。紀(jì)律是教育過程的結(jié)果，首先是學(xué)生集體表現(xiàn)在一切生活領(lǐng)域——生產(chǎn)、日常生活、學(xué)校、文化等領(lǐng)域中努力的結(jié)果。——馬卡連柯(名言網(wǎng))13、遵守紀(jì)律的風(fēng)氣的培養(yǎng)，只有領(lǐng)導(dǎo)者本身在這方面以身作則才能收到成效?！R卡連柯14、勞動(dòng)者的組織性、紀(jì)律性、堅(jiān)毅精神以及同全世界勞動(dòng)者的團(tuán)結(jié)一致，是取得最后勝利的保證?！袑幷悦跃W(wǎng)15、機(jī)會(huì)是不守紀(jì)律的?！旯麛?shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件11、戰(zhàn)爭(zhēng)滿足了，或曾經(jīng)滿足過人的好斗的本能，但它同時(shí)還滿足了人對(duì)掠奪，破壞以及殘酷的紀(jì)律和專制力的欲望。——查·埃利奧特12、不應(yīng)把紀(jì)律僅僅看成教育的手段。紀(jì)律是教育過程的結(jié)果，首先是學(xué)生集體表現(xiàn)在一切生活領(lǐng)域——生產(chǎn)、日常生活、學(xué)校、文化等領(lǐng)域中努力的結(jié)果。——馬卡連柯(名言網(wǎng))13、遵守紀(jì)律的風(fēng)氣的培養(yǎng)，只有領(lǐng)導(dǎo)者本身在這方面以身作則才能收到成效。——馬卡連柯14、勞動(dòng)者的組織性、紀(jì)律性、堅(jiān)毅精神以及同全世界勞動(dòng)者的團(tuán)結(jié)一致，是取得最后勝利的保證。——列寧摘自名言網(wǎng)15、機(jī)會(huì)是不守紀(jì)律的?！旯麛?shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)第二章數(shù)字圖像處理系統(tǒng)黃愛民安向京駱力中國(guó)水利水電出版社新世紀(jì)電子信息與自動(dòng)化系列課程改革教材ISBN7-5084-2930-3第二章數(shù)字圖像處理系統(tǒng)系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)字化設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備處理設(shè)備輸出設(shè)備處理軟件數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件11、戰(zhàn)爭(zhēng)滿足了，或曾經(jīng)滿足過人的80數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件81數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件82數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件83數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)課件84圖像處理設(shè)備終端輸出圖像存儲(chǔ)輸入圖像存儲(chǔ)圖像采集及數(shù)字化設(shè)備圖像顯示設(shè)備程序庫(kù)圖2-1數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成圖示圖像處理終端輸出圖像存儲(chǔ)輸入圖像存儲(chǔ)圖像采85圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成2圖像采集：？電信號(hào)（電流、電壓）圖像數(shù)字化設(shè)備：將圖像轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字形式，通常用數(shù)字矩陣表示轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖像處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)）：包括硬件設(shè)備和軟件兩部分，即圖像存儲(chǔ)設(shè)備、CPU、程序庫(kù)等，其中軟件或算法是本課程研究的重點(diǎn)。圖像顯示設(shè)備：包括永久顯示設(shè)備和暫時(shí)顯示設(shè)備CRT、LED等為暫時(shí)顯示設(shè)備打印機(jī)、照片等可永久顯示圖象顯示設(shè)備的性能評(píng)價(jià)通常由人眼觀察的圖像效果決定。圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成2圖像采集：？電信號(hào)（電流、電壓）86圖像處理系統(tǒng)性能主要衡量指標(biāo)圖像分辨率：“空間分辨率”，圖像處理系統(tǒng)具有的分辨圖像細(xì)節(jié)的能力，線對(duì)/數(shù)字圖像的點(diǎn)陣數(shù)般來說，高分辨率的不應(yīng)低于1024768點(diǎn)陣，中分辨率的為512512或576768點(diǎn)陣，低分辨率的則為256256點(diǎn)陣。圖像分解力：是指圖像系統(tǒng)對(duì)圖像明暗程度或色彩的分解能力，bit數(shù)表示，bit數(shù)越高，性能越好衡量指標(biāo)：標(biāo)稱值/實(shí)際值兩種標(biāo)稱值指系統(tǒng)A/D取的bit數(shù)實(shí)際值則指系統(tǒng)實(shí)際所達(dá)到的bit位數(shù)，實(shí)際值常用有效bit位數(shù)表示。圖像處理系統(tǒng)性能主要衡量指標(biāo)圖像分辨率：“空間分辨率”，圖87主要指標(biāo)2視頻鎖相：外同步，即圖像硬件系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)同步信號(hào)，再送到攝像機(jī)以同步進(jìn)行場(chǎng)掃描。視頻鎖相方式，即圖像系統(tǒng)分解場(chǎng)同步和行同步信號(hào)。顯示功能：顯示的類型，黑白/偽彩色/真彩色顯示每個(gè)象素顯示的bit數(shù)。查找表（LUT，look-uptable）重疊顯示、動(dòng)態(tài)顯示等。主要指標(biāo)2視頻鎖相：88指標(biāo)3幀存容量：圖像硬件系統(tǒng)內(nèi)部，圖像存儲(chǔ)體容量的大小。三部分：幀存的數(shù)目/單位幀存的點(diǎn)陣數(shù)（指圖像系統(tǒng)用來存儲(chǔ)一幅圖像必需的幀存，其容量大于等于一幅數(shù)字圖像的點(diǎn)陣數(shù)，小于兩幅圖像的點(diǎn)陣數(shù)，通常取512512或10241024）/每個(gè)象素的字長(zhǎng)（用bit數(shù)表示，黑白或偽彩色系統(tǒng)為8bit，真彩色系統(tǒng)通常為83bit/84bit），新增的通道用于圖像疊加處理。如幀存容量為245125128bit，則表示單位幀存的點(diǎn)陣數(shù)為512512，灰度分辨率8bit，共有24個(gè)單位幀存指標(biāo)3幀存容量：圖像硬件系統(tǒng)內(nèi)部，圖像存儲(chǔ)體容量的大小。89指標(biāo)4數(shù)據(jù)傳輸速度：主要指圖像硬件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸速度，單位s/pixel。不給出具體的數(shù)值，而是指出所采用的計(jì)算機(jī)總線類型，如PCI或ISA。影響的因素有微機(jī)的速度、軟件的編排、硬件采用的等待時(shí)間等等。指標(biāo)4數(shù)據(jù)傳輸速度：主要指圖像硬件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸速90指標(biāo)5硬件指標(biāo):處理功能圖像的代數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、直方圖統(tǒng)計(jì)、卷積、FFT、二值化以及圖像的形態(tài)學(xué)運(yùn)算等。功能參數(shù)。主機(jī)功能：主要指軟件的功能和環(huán)境包括處理功能、處理速度。主機(jī)處理還涉及軟件環(huán)境（DOS/Windows/Unix），以及編程語(yǔ)言、庫(kù)函數(shù)、菜單形式等。指標(biāo)5硬件指標(biāo):處理功能91現(xiàn)狀與趨勢(shì)目前仍然是PCI+MMX為主流模式大量的工作集中在算法和應(yīng)用軟件的研制上，將涌現(xiàn)更多的應(yīng)用系統(tǒng)圖像硬件系統(tǒng)的發(fā)展則集中在高速圖像處理系統(tǒng)和各種專業(yè)系統(tǒng)的研制現(xiàn)狀與趨勢(shì)目前仍然是PCI+MMX為主流模式922.2圖像數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化器的組成圖像數(shù)字化器的性能數(shù)字照相機(jī)攝像機(jī)掃描儀2.2圖像數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化器的組成932.2.1圖像數(shù)字化器的功能采樣把圖像劃分為若干圖像元素（像素），并給出它們各自的存儲(chǔ)地址；量化度量每一像素的灰度，并把連續(xù)的度量結(jié)果量化為整數(shù)；信息保存將圖像量化結(jié)果寫入存儲(chǔ)設(shè)備。2.2.1圖像數(shù)字化器的功能94圖2-2圖像數(shù)字化器圖2-2圖像數(shù)字化器95圖像數(shù)字化器的組成采樣孔（Samplingaperture）：圖像掃描機(jī)構(gòu)：光傳感器：量化器：輸出存儲(chǔ)體圖像數(shù)字化器的組成采樣孔（Samplingaperture962.2.2圖像數(shù)字化器的性能像素大小圖像大小被測(cè)對(duì)象的局部特征線性度灰度級(jí)噪聲2.2.2圖像數(shù)字化器的性能像素大小972.2.3數(shù)字照相機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）鏡頭、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微處理器）、內(nèi)置存儲(chǔ)器、LCD（液晶顯示器）、PC卡（可移動(dòng)存儲(chǔ)器）和接口（計(jì)算機(jī)接口、電視機(jī)接口）等部分組成數(shù)碼相機(jī)的立體剖面圖2.2.3數(shù)字照相機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）鏡頭、感光器件（CCD或CM98CompactFlash存儲(chǔ)卡CompactFlashMemoryCardMemoryStick

PCMCIA存儲(chǔ)設(shè)備

數(shù)碼相機(jī)及存儲(chǔ)器CompactFlash存儲(chǔ)卡MemoryStickPCM99數(shù)碼相機(jī)2電子自掃描固態(tài)傳感器陣列電耦合器件（CCD）陣列、CMOS、電荷注入器件（CID）陣列以及光電二極管陣列。CCD，ChargeCoupleDevice數(shù)碼相機(jī)2電子自掃描固態(tài)傳感器陣列100圖2-3面陣CCD示意圖圖2-3面陣CCD示意圖101A/D轉(zhuǎn)換器ADC（AnalogDigitalConverter），模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)的器件。轉(zhuǎn)換速度量化精度CCD是將實(shí)際景物在X和Y的方向上量化為若干像素，A/D轉(zhuǎn)換器則是將每一個(gè)像素的亮度或色彩值量化為若干個(gè)等級(jí)，這個(gè)等級(jí)在數(shù)碼相機(jī)中叫做色彩深度。色彩深度就是色彩位數(shù)，常見的有24位、30位和36位等。A/D轉(zhuǎn)換器ADC（AnalogDigitalConve102圖像存儲(chǔ)壓縮、存儲(chǔ)壓縮由系統(tǒng)內(nèi)置的微處理器來完成。壓縮處理與存儲(chǔ)圖像所用的時(shí)間不可忽略，因此在使用數(shù)碼相機(jī)時(shí)可以明顯感到較長(zhǎng)的等待時(shí)間。圖像格式的種類繁多，JPEG格式。圖像存儲(chǔ)壓縮、存儲(chǔ)103存儲(chǔ)器內(nèi)置存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，安裝在相機(jī)內(nèi)部，用于臨時(shí)存儲(chǔ)圖像，接口傳送?？梢苿?dòng)存儲(chǔ)器CompactFlash卡（CF）SmartMedia卡（SSFDC）ATAFlash存儲(chǔ)器內(nèi)置存儲(chǔ)器104數(shù)碼相機(jī)輸出接口計(jì)算機(jī)通訊接口串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。若使用紅外線接口，則要為計(jì)算機(jī)安裝相應(yīng)的紅外接收器及其驅(qū)動(dòng)程序連接電視機(jī)的視頻接口連接打印機(jī)的接口數(shù)碼相機(jī)輸出接口1052.2.4攝像機(jī)（攝像頭）“電視制式攝像頭”把景物光像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。其結(jié)構(gòu)大致可分為三部分：光學(xué)系統(tǒng)（主要指鏡頭）光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（主要指攝像管或固體攝像器件）電路系統(tǒng)（主要指視頻處理電路）光學(xué)系統(tǒng)的主要部件是光學(xué)鏡頭，它由透鏡系統(tǒng)組合而成。2.2.4攝像機(jī)（攝像頭）“電視制式攝像頭”106型號(hào)Model彩色YH-9618彩色YH-9616影像傳感器PickupElement1/4"CCD影像圖素Numberofpixels510(H)×492(V)ELA500(H)×582(V)CCIR清晰度Resolution400TV380TV最低照度Min.Illumination2Lux/F2.0(F=f/D,f焦距，D有效口徑）信噪比S/NRatio優(yōu)于46db電子快門ElectronicShutter1/50(60)to1/100,000背光補(bǔ)償BacklightCompensations數(shù)位處理AUTO電源PowerSupply帶穩(wěn)壓直流DC12V±10%工作溫度OperationTemp-20℃～+50℃白平衡WhiteBalance自動(dòng)AUTO同步系統(tǒng)SyncSystem自動(dòng)AUTO重量Weigh380公克尺寸Dimensions(mm)60(寬)×50（高）×102（深）型號(hào)Model彩色YH-9618彩色YH-9616影像傳感器107攝像管攝像機(jī)中利用電子束掃描把景物的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種真空電子管。攝像管攝像機(jī)中利用電子束掃描把景物的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一108攝像管類別氧化鉛攝像管具有良好的光電特性，靈敏度和分辨率高，靶面的均勻性好。硅光導(dǎo)管攝像管具備低照度下的高靈敏度性能，能跟上運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)而沒有拖尾的現(xiàn)象，而且拍攝高亮度下的物體。但是分辨率較低。固體器件攝像管光電轉(zhuǎn)換過程是在一個(gè)半導(dǎo)體硅片上完成的CCD攝像機(jī)，具有體積小、重量輕、耗電少、壽命長(zhǎng)、重合精度高等優(yōu)點(diǎn)攝像管類別氧化鉛攝像管109１、黑白圖像的信號(hào)產(chǎn)生圖2-4光導(dǎo)管攝像機(jī)１、黑白圖像的信號(hào)產(chǎn)生圖2-4光導(dǎo)管攝像機(jī)110圖像形成ABCN圖2-5電子束的掃描方式(a)逐行掃描12345(b)隔行掃描從AB稱行掃描正程；從BC稱為行掃描逆程；從AN稱幀掃描正程；從NA稱為幀掃描逆程。圖像形成ABCN圖2-5電子束的掃描方式(a)逐行掃描1111２、攝像機(jī)參數(shù)的確定設(shè)電視有效畫面高度為h，每個(gè)象素可以看作一個(gè)邊長(zhǎng)為a的小正方形，觀看者距離電視屏的距離為s。人眼的極限分辨率為（=1’），此時(shí)正好看見a高度時(shí)有：觀看者對(duì)整個(gè)畫面的視角為

２、攝像機(jī)參數(shù)的確定設(shè)電視有效畫面高度為h，每個(gè)象素可以看作112參數(shù)計(jì)算若取s=5.5h（通常建議電視的觀看距離為5~6倍電視畫面高度），則近似10。攝像機(jī)的掃描行數(shù)Z：畫面最少像素總數(shù)N：是屏幕的有效寬高比，一般為4/3

參數(shù)計(jì)算若取s=5.5h（通常建議電視的觀看距離為5~6倍電113參數(shù)PAL制式規(guī)定電視畫面掃描行為625，NTSC規(guī)定為525。而經(jīng)圖像板數(shù)字采樣后，得到的是512512的方陣。圖像總數(shù)被稱為“圖像的空間分辨率”。幀頻為f=16Hz時(shí)，人眼就可以感到畫面有連續(xù)性和自然性。但此時(shí)畫面亮度的突變會(huì)產(chǎn)生視覺上的“閃爍感”。只有在f50Hz時(shí)，這種閃爍感才消除。因此目前PAL規(guī)定f=50Hz，即每秒鐘提供50幅畫面；NTSC規(guī)定f=60Hz。在電視圖像研究中，人眼的這種視覺特性稱為“時(shí)間平均效應(yīng)”，幀頻f稱為“圖像的活動(dòng)分辨率”。參數(shù)PAL制式規(guī)定電視畫面掃描行為625，NTSC規(guī)定為52114圖像“帶寬”分析設(shè)z為圖像的掃描行數(shù)，k為顯示屏的寬高比（4/3），則kz可以表示一行的像素?cái)?shù)。如一行圖像信號(hào)變化的次數(shù)為kz/2，則一幅圖像為kz2/2，一秒鐘內(nèi)為fmaxPAL制式中，z=625,f=50Hz，則fmax=13MHz。這個(gè)參數(shù)可以看作圖像信號(hào)的頻帶寬度（帶寬）。逐行掃描改成“隔行掃描”（interleavedscan），使掃描頻率下降為25Hz。圖像“帶寬”分析設(shè)z為圖像的掃描行數(shù)，k為顯示屏的寬高比（115３、彩色圖像獲取同時(shí)攝像方式依次攝像方式３、彩色圖像獲取同時(shí)攝像方式116（1）同時(shí)攝像方式三管攝像機(jī)。分光鏡把被攝物體分為紅、綠、藍(lán)三種基色，三支攝像管同時(shí)攝取紅、綠、藍(lán)三幅圖像。三基色同時(shí)攝取的方式，廣播級(jí)的電視領(lǐng)域，高性能的氧化鉛攝像管。缺點(diǎn)是系統(tǒng)體積大，造價(jià)高。（1）同時(shí)攝像方式三管攝像機(jī)。117（2）依次攝像方式又稱“時(shí)間分割方式”，按照時(shí)間的順序依次攝取紅、綠、藍(lán)三基色。單管彩色攝像機(jī)，只用一支彩色攝像管來完成彩色圖像的光電轉(zhuǎn)換，“單管機(jī)”。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、制造成本低、彩色重合性好、調(diào)整維修簡(jiǎn)便等。缺點(diǎn)：是靈敏度、分解力和信噪比較低多于工業(yè)、教學(xué)和家庭（2）依次攝像方式又稱“時(shí)間分割方式”，按照時(shí)間的順序依次攝118４、信號(hào)輸出攝像機(jī)一般有四組輸出（1）圖像輸出，直接接監(jiān)視器，用來觀察被攝對(duì)象；（2）復(fù)合視頻圖像輸出；（3）復(fù)合同步信號(hào)輸出；（2）、（3）同時(shí)使用，連接到圖像采集卡。（4）用三基色RGB輸出的彩色圖像信號(hào)，可連接到圖像采集卡。４、信號(hào)輸出攝像機(jī)一般有四組輸出1192.2.5掃描儀原稿線陣CCDA/D及圖像處理控制部分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)去計(jì)算機(jī)長(zhǎng)光管光源光學(xué)鏡頭圖2-6CCD掃描儀的系統(tǒng)框圖2.2.5掃描儀原稿線陣CCDA/D及圖像處理控制部分步進(jìn)電120采用半導(dǎo)體隔離CCD采用硅氧化物隔離CCD手持式掃描儀饋紙式掃描儀鼓式掃描儀平臺(tái)式掃描儀:采用CCD/CIS技術(shù)大幅面掃描儀底片掃描儀(膠片掃描儀)

筆式掃描儀

條碼掃描儀

實(shí)物掃描儀

3D掃描儀

Canon656U采用CIS技術(shù)掃描儀主要類型采用半導(dǎo)體隔離CCD采用硅氧化物隔離CCD手持式掃描儀C121平臺(tái)式掃描儀平臺(tái)式掃描儀122掃描儀工作原理副掃描掃描

掃描儀工作原理副掃描123掃描儀圖像處理陰影校正解決光照不均勻的問題背景校正由于底稿顏色不同、字跡深淺不一，造成圖像信號(hào)電平變化范圍很大，這樣不利于數(shù)模轉(zhuǎn)換和有用信號(hào)的合理分布分辨率處理常采用微分電路對(duì)CCD輸出的信號(hào)進(jìn)行邊緣增強(qiáng)，并用抖動(dòng)電路來增強(qiáng)圖像效果掃描儀圖像處理陰影校正124掃描儀的主要指標(biāo)分辨率每英寸點(diǎn)數(shù)DPI(DotPerInch)，如300、600、1200DPI等。非專業(yè)使用，300或600DPI足夠用于文字識(shí)別時(shí)，漢字至少要300DPI，而數(shù)字和字母只需要100DPI灰度等級(jí)單色掃描儀的灰度級(jí)是指識(shí)別和反映像素點(diǎn)明暗程度的能力。每像點(diǎn)8bit編碼，可區(qū)分256個(gè)灰度等級(jí)。彩色掃描儀掃描圖像時(shí)要對(duì)像素分色，把一個(gè)像素點(diǎn)分解為紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三基色的組合。對(duì)每一基色的深淺程度也要用灰度級(jí)表示，這就是色彩分辨率。高檔掃描儀對(duì)每一基色可識(shí)別和表達(dá)成1024(10bit)灰度，處理時(shí)一般取每色8bit，能確保1680萬(wàn)種顏色再現(xiàn)，真彩色掃描儀的主要指標(biāo)分辨率125指標(biāo)掃描速度影響因素：掃描儀本身的設(shè)計(jì)、掃描時(shí)的解析度、計(jì)算機(jī)CPU的工作頻率、掃描儀與計(jì)算機(jī)的接口方式、主機(jī)RAM的容量和掃描軟件的處理能力。接口主要有SCSI、EPP、USB等幾種。圖像處理軟件常采用PhotoShop和PhotoStyler等專業(yè)軟件掃描尺寸最常見的為A4幅面的掃描儀，大型圖片A3、A1或A0掃描儀利用軟件拼接實(shí)現(xiàn)，將大型圖片分幾次掃描，然后將幾個(gè)畫面拼接在一起。最大掃描幅度越大，掃描儀的價(jià)格越高指標(biāo)掃描速度126接口Aldus、HP、Logitech等公司在1992年共同定義了TWAIN界面，軟硬件發(fā)展廠商都可以通過這個(gè)共同界面相互溝通數(shù)據(jù)接口Aldus、HP、Logitech等公司在1992年共同127掃描儀的應(yīng)用灰度掃描儀最主要的應(yīng)用是OCR(光學(xué)字元識(shí)別)、黑白印刷、排版及文件檔案管理。彩色掃描儀主要應(yīng)用于辦公室簡(jiǎn)報(bào)、彩色排版、廣告設(shè)計(jì)等。掃描儀的應(yīng)用灰度掃描儀最主要的應(yīng)用是OCR(光學(xué)字元識(shí)別)、128表2-1三種常用的圖像輸入設(shè)備的比較設(shè)備名稱分辨率速度輸入對(duì)象圖像送入計(jì)算機(jī)的主要方式攝像機(jī)較低快景物、圖片、文稿通過圖像采集卡掃描儀最高慢圖片、文稿等通過自帶專用適配器數(shù)碼相機(jī)高慢景物、圖片、文稿通過USB等串口表2-1三種常用的圖像輸入設(shè)備的比較設(shè)備名稱分辨率速度輸入對(duì)1292.2.6圖像采集卡對(duì)視頻信號(hào)解碼、數(shù)字化的專用設(shè)備安裝在計(jì)算機(jī)中圖像采集卡的結(jié)構(gòu)決定了圖像系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。硬件結(jié)構(gòu)主要有面向圖像幀存和面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存兩種方式。2.2.6圖像采集卡對(duì)視頻信號(hào)解碼、數(shù)字化的專用設(shè)備1301、面向圖像幀存的圖像卡結(jié)構(gòu)視頻源數(shù)字化設(shè)備圖像幀存微機(jī)接口微機(jī)圖像顯示監(jiān)視器圖2-7面向圖像幀存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、面向圖像幀存的圖像卡結(jié)構(gòu)視頻源數(shù)字化圖像微機(jī)微機(jī)圖像顯示131PCVISION圖像卡視頻源A/D幀存LUTD/A監(jiān)視器PC存儲(chǔ)體映射圖2-8PCVISION圖像卡邏輯圖美國(guó)ImageTechnology公司PCVISION圖像卡視頻源A/D幀存LUTD/A監(jiān)視器PC132LUT012.....255Rr...012.....255Gg...012.....255Bb...圖2-9LUT構(gòu)成LUT0Rr.0Gg.0Bb.圖2-9LUT構(gòu)成133（2）DT2871真彩色圖像卡圖2-10RGBRGB轉(zhuǎn)換HSI幀存1幀存2幀存3幀存4HSI轉(zhuǎn)換RGB圖形疊加外部端口入外部端口出A/DA/DA/DRGBA/DA/DA/DI/O控制IBMPC總線（2）DT2871真彩色圖像卡圖2-10RGBRGB轉(zhuǎn)換HS1342、面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像卡基本結(jié)構(gòu)視頻源圖像數(shù)字化微機(jī)接口微機(jī)內(nèi)存微機(jī)顯存圖2-11一般的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像卡基本結(jié)構(gòu)視頻圖像微機(jī)微機(jī)微機(jī)圖2-135圖2-12帶硬件處理的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視頻源圖像數(shù)字化微機(jī)接口微機(jī)顯存幀存硬件處理微機(jī)內(nèi)存硬件處理常包括卷積、分割、圖像加減、灰度變換等圖2-12帶硬件處理的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視1363、視頻采集卡視頻采集將視頻源的模擬信號(hào)通過處理轉(zhuǎn)變成數(shù)碼信息，并將這些數(shù)碼信息存儲(chǔ)在電腦硬盤上的過程。模擬——數(shù)碼采集芯片較高檔的采集卡，硬件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮處理通過計(jì)算機(jī)上的CPU進(jìn)行軟件壓縮

3、視頻采集卡視頻采集1372.3數(shù)字圖像存儲(chǔ)設(shè)備（1）用于處理時(shí)的短期快速存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)內(nèi)存，另一種是幀存（2）關(guān)系到快速調(diào)用的在線存儲(chǔ)主要考慮速度，常采用磁盤（3）大容量的檔案存儲(chǔ)主要考慮存儲(chǔ)容量，一般采用磁帶、光盤存儲(chǔ)的容量以字節(jié)（B）、千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）為單位2.3數(shù)字圖像存儲(chǔ)設(shè)備（1）用于處理時(shí)的短期快速存儲(chǔ)1382.3.1圖像幀存儲(chǔ)體圖像幀存儲(chǔ)體（framebuffer或framestorememory），簡(jiǎn)稱為幀存（FB），是指至少能存儲(chǔ)一幀電視圖像，并能按照一定的速率顯示所存儲(chǔ)圖像的由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成的存儲(chǔ)裝置。計(jì)算機(jī)顯存和圖像卡上的存儲(chǔ)數(shù)字圖像的半導(dǎo)體緩存，都可以稱為幀存。幀存主要用于解決快速的視頻數(shù)據(jù)流（如８bit/100ns）和計(jì)算機(jī)慢速的數(shù)據(jù)傳輸速率之間的矛盾2.3.1圖像幀存儲(chǔ)體圖像幀存儲(chǔ)體（framebuffe139構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類DRAM(dynamicrandomaccessmemory)整體的功耗低、體積小、價(jià)格便宜電路復(fù)雜VRAM(videoRAM)圖像圖形系統(tǒng)的專用存儲(chǔ)芯片，雙端口存儲(chǔ)芯片，標(biāo)準(zhǔn)的DRAM/SAM(serialaccessmemory)。構(gòu)成幀存時(shí)電路簡(jiǎn)單，SAM端口，簡(jiǎn)化了與A/D、D/A高速數(shù)據(jù)流相關(guān)的讀寫電路價(jià)格較貴，存儲(chǔ)容量一般不如DRAM。構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類DRAM(dynamicran140構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類2SRAM(staticRAM)SRAM芯片時(shí)序簡(jiǎn)單、讀寫周期快價(jià)格高、容量低、功耗大，一般不用來構(gòu)成常規(guī)的幀存，而用來在高速圖像系統(tǒng)中構(gòu)成高速幀存。構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類2SRAM(staticRAM)1412.4數(shù)字圖像處理設(shè)備通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有以下四類：AppleMacintosh包括其內(nèi)置的操作系統(tǒng)軟件及用戶接口；IBMPC兼容機(jī)使用磁盤操作系統(tǒng)（DOS，MicrosoftWindows系列)；圖形工作站使用UNIX操作系統(tǒng)，或XWINDOWS環(huán)境；大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)擁有大量的資源并被許多用戶通過遠(yuǎn)程工作站共享。各系統(tǒng)也通過網(wǎng)絡(luò)共享資源和數(shù)據(jù)。2.4數(shù)字圖像處理設(shè)備通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有以下四類：142實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的處理速度和圖像的實(shí)際變化的速度一致PAL制式電視圖像按40ms/幀的速率變化，處理速度也應(yīng)為40ms/幀實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)的處理速度和圖像的實(shí)際變化的速度一致143硬件結(jié)構(gòu)層次三個(gè)層次-——初級(jí)處理中級(jí)處理高級(jí)處理硬件結(jié)構(gòu)層次三個(gè)層次-——144典型的初級(jí)處理系統(tǒng)-DT2858外部端口輸入25632bit直方圖表625616bit轉(zhuǎn)換表16bitALU51251216bit幀存儲(chǔ)體外