第八章数字图像处理系统

数字图像处理及应用
摄像管类别

氧化铅摄像管

具有良好的光电特性，灵敏度和分辨率高，靶面的 均匀性好。用于演播室/现场座机型摄像机。 具备低照度下的高灵敏度性能，能跟上运动的目标 而没有拖尾的现象，而且拍摄高亮度下的物体。但 是分辨率较低。用于高速摄像或监控。 光电转换过程是在一个半导体硅片上完成的 CCD摄像机，具有体积小、重量轻、耗电少、寿命 长、重合精度高等优点 便携式摄像机，家用或者采访。
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型号Model 影像传感器Pick up Element
彩色YH-9618
彩色YH-9616
1/4"CCD
510(H)×492(V)ELA 500(H)×582(V)CCIR 400TV 优于46db 1/50(60)to1/100,000 数位处理AUTO 带稳压直流DC12V±10% -20℃～+50℃
影像图素Number of pixels
清晰度Resolution 最低照度 Min.Illumination 信噪比S/N Ratio 电子快门Electronic Shutter 背光补偿Backlight Compensations 电源Power Supply 工作温度Operation Temp
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指标4

数据传输速度：主要指图像硬件系统和 计算机之间数据传输速度，单位 s/pixel。


不给出具体的数值，而是指出所采用的计 算机总线类型，如PCI或ISA。 影响的因素有微机的速度、软件的编排、 硬件采用的等待时间等等。
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指标5


硬件指标:处理功能
图像的代数运算、逻辑运算、直方图统计、 卷积、FFT、二值化以及图像的形态学运 算等。 功能参数。
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8.2.3数字照相机（数码相机）
镜头、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微处理 器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡 （可移动存储器）和接口（计算机接口、电视机 接口）等部分组成
数码相机的立体剖面图
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MemoryStick CompactFlash存储卡
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8.3 数字图像存储设备

计算机内存，光盘，硬盘，存储卡， U盘，手机等各种存储介质。
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图像处理系统构成图示


图像采集及 数字化设备
终端

输入图像存储

பைடு நூலகம்
图像处理 设备

输出图像存储

图像显示 设备
程序库
数字图像处理系统的构成
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图像处理系统构成2
图像采集：？电信号（电流、电压） 图像数字化设备：将图像转换成计算机可以处理的 数字形式，通常用数字矩阵表示转换结果。 图像处理设备（计算机）：包括硬件设备和软件两 部分，即图像存储设备、CPU、程序库等。 图像显示设备：包括永久显示设备和暂时显示设备 CRT、LED等为暂时显示设备 打印机、照片等可永久显示图象 显示设备的性能评价通常由人眼观察的图像效果 决定 。
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量化


储存

图像数字化
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图像数字化器的组成


采样孔（Sampling aperture）： 图像扫描机构： 光传感器： 量化器： 输出存储体
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8.2.2图像数字化器的性能


像素大小 图像大小 被测对象的局部特征 线性度 灰度级 噪声
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8.2 图像数字化设备


图像数字化器的组成 图像数字化器的性能 数字照相机 摄像机 扫描仪
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8.2.1图像数字化器的功能

采样

把图像划分为若干图像元素（像素），并给 出它们各自的存储地址； 度量每一像素的灰度，并把连续的度量结果 量化为整数；
将图像量化结果写入存储设备。
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（2）依次摄像方式




又称“时间分割方式”，按照时间的顺 序依次摄取红、绿、蓝三基色。 单管彩色摄像机，只用一支彩色摄像管 来完成彩色图像的光电转换，“单管 机”。 优点：体积小、重量轻、制造成本低、 彩色重合性好、调整维修简便等。 缺点：是灵敏度、分解力和信噪比较低 多于工业、教学和家庭
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8.2.5扫描仪
扫描仪主要类型
采用半导体隔离CCD 手持式扫描仪 馈纸式扫描仪 鼓式扫描仪
平台式扫描仪 :采用CCD/CIS技术
大幅面扫描仪 底片扫描仪 (胶片扫描仪 ) 采用硅氧化物隔离CCD
笔式扫描仪
条码扫描仪 实物扫描仪 3D扫描仪 Canon 656U采用CIS技术
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主机功能：主要指软件的功能和环境
包括处理功能、处理速度。 主机处理还涉及软件环境 （DOS/Windows/Unix），以及编程语言、 库函数、菜单形式等。
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现状与趋势



目前仍然是PCI+MMX为主流模式 大量的工作集中在算法和应用软件的研 制上，将涌现更多的应用系统 图像硬件系统的发展则集中在高速图像 处理系统和各种专业系统的研制
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存储器

内置存储器

半导体存储器，安装在相机内部，用于临时 存储图像，接口传送。 CompactFlash卡（CF卡） SmartMedia卡（SM卡） ATA Flash

可移动存储器

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数码相机输出

接口

计算机通讯接口

串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。 若使用红外线接口，则要为计算机安装相应的红 外接收器及其驱动程序
380TV
2Lux/F2.0(F=f/D,f焦距，D有效口径）
白平衡White Balance
同步系统Sync System 重量Weigh 尺寸Dimensions(mm)
自动AUTO
自动AUTO 380公克
数字图像处理及应用 60(宽)×50（高）× 102（深）
摄像管
摄像机中利用电子束扫描把景物的光学 图像转换成电信号的一种真空电子管。
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8.2.6图像采集卡


对视频信号解码、数字化的 专用设备 安装在计算机中
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视频采集 将视频源的模拟信号通过处理转变成数码信息， 并将这些数码信息存储在电脑硬盘上的过程。 模拟——数码 采集芯片 较高档的采集卡，硬件实时数据压缩处理 通过计算机上的CPU进行软件压缩
扫描仪图像处理

阴影校正

解决光照不均匀的问题 由于底稿颜色不同、字迹深浅不一，造成图 像信号电平变化范围很大，这样不利于数模 转换和有用信号的合理分布 常采用微分电路对CCD输出的信号进行边缘 增强，并用抖动电路来增强图像效果
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背景校正


分辨率处理

扫描仪的主要指标

分辨率

显示功能：


显示颜色的类型，黑白/伪彩色/真彩色显示 清晰度：每个象素显示的bit数。 伪彩色：查找表（LUT，look -up table） 特殊显示：重叠显示、动态显示等。
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指标3
帧存容量：图像硬件系统内部，图像存储体容 量的大小。
三部分：帧存的数目/单位帧存的点阵数（指图像系 统用来存储一幅图像必需的帧存，其容量大于等于 一幅数字图像的点阵数，小于两幅图像的点阵数， 通常取512512或10241024）/每个象素的字长 （用bit数表示，黑白或伪彩色系统为8bit，真彩色 系统通常为83bit/84bit），新增的通道用于图像 叠加处理。 如帧存容量为245125128bit，则表示单位帧存 的点阵数为512512，灰度分辨率8bit，共有24个 单位帧存

扫描尺寸



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扫描仪的应用
灰度扫描仪最主要的应用是OCR(光学字 元识别)、黑白印刷、排版及文件档案管 理。 彩色扫描仪主要应用于办公室简报、彩 色排版、广告设计等。
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三种常用的图像输入设备的比较
设备 名称 摄像 机 扫描 仪 数码 相机 分辨 率 较低 最高 高 速 输入对象 度 快 景物、图片、 文稿 慢 图片、文稿 等 慢 景物、图片、 文稿 图像送入计算机的 主要方式 通过图像采集卡 通过自带专用适配 器 通过USB等串口

灰度等级


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指标

扫描速度

影响因素：扫描仪本身的设计、扫描时的解析度、 计算机CPU的工作频率、扫描仪与计算机的接口方 式、主机RAM的容量和扫描软件的处理能力。 最常见的为A4幅面的扫描仪，大型图片A3、A1或 A0扫描仪 利用软件拼接实现，将大型图片分几次扫描，然后 将几个画面拼接在一起。 最大扫描幅度越大，扫描仪的价格越高

衡量指标：标称值/实际值两种 标称值指系统A/D取的bit数 实际值则指系统实际所达到的bit位数，实际值常 用有效bit位数表示 。
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主要指标2

视频锁相：


外同步，即图像硬件系统内部产生一个同步 信号，再送到摄像机以同步进行场扫描。 视频锁相方式，即图像系统分解场同步和行 同步信号。
第八章 数字图像处理系统



系统的构成 数字化设备 存储设备 处理设备 输出设备 处理软件
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8.1 系统的构成

构造特点

面向对象、面向应用 硬件、软件

基本成分


分类

专用、通用
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硬件结构


图像数字化设备 图像处理设备（计算机） 图像显示设备 图像存储设备
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硅光导管摄像管


固体器件摄像管


图像获取


同时摄像方式 依次摄像方式
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（1）同时摄像方式

三管摄像机。

分光镜把被摄物体分为红、绿、蓝三种基色， 三支摄像管同时摄取红、绿、蓝三幅图像。


三基色同时摄取的方式，广播级的电视 领域，高性能的氧化铅摄像管。 缺点是系统体积大，造价高。
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图像处理系统性能主要衡量指标

图像分辨率 ：“空间分辨率”，图像处理系 统具有的分辨图像细节的能力

高分辨率的不应低于1024768点阵，中分辨率的 为512512或576768点阵，低分辨率的则为 256256点阵。

图像分解力：是指图像系统对图像明暗程度 或色彩的分解能力，bit数表示，bit数越高， 性能越好

连接电视机的视频接口 连接打印机的接口
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8.2.4 摄像机（摄像头）


“电视制式摄像头” 把景物光像转变为电信号的装置。其结 构大致可分为三部分：


光学系统（主要指镜头） 光电转换系统（主要指摄像管或固体摄像器 件） 电路系统（主要指视频处理电路）

光学系统的主要部件是光学镜头，它由 透镜系统组合而成 。

转换速度 量化精度

CCD是将实际景物在X和Y的方向上量化为若干 像素，A/D转换器则是将每一个像素的亮度或 色彩值量化为若干个等级，这个等级在数码相 机中叫做色彩深度。色彩深度就是色彩位数， 常见的有 24位、32位和36位等 。
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图像存储

压缩、存储


压缩由系统内置的微处理器来完成。 压缩处理与存储图像所用的时间不可忽略， 因此在使用数码相机时可以明显感到等待时 间。 图像格式的种类繁多，JPEG格式。
PCMCIA存储设备
数码相机及存储器
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数码相机2


电子自扫描固态传感器阵列 电耦合器件（CCD）阵列、CMOS、电荷 注入器件（CID）阵列以及光电二极管阵 列。 CCD，Charge-Coupled Device
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A/D转换器

ADC（Analog Digital Converter），模拟数字 转换器。将模拟电信号转换为数字电信号的器 件。

每英寸点数DPI(Dot Per Inch)，如300、600、1200DPI等。 非专业使用，300或600DPI足够 用于文字识别时，汉字至少要300DPI，而数字和字母只需要 100 DPI 单色扫描仪的灰度级是指识别和反映像素点明暗程度的能力。 每像点8bit编码，可区分256个灰度等级。 彩色扫描仪扫描图像时要对像素分色，把一个像素点分解为 红(R)、绿(G)和蓝(B)三基色的组合。对每一基色的深浅程度 也要用灰度级表示，这就是色彩分辨率。高档扫描仪对每一 基色可识别和表达成1024(10bit)灰度，处理时一般取每色8bit， 能确保1680万种颜色再现，真彩色