数字图像处理第四章

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4.1 图像的采样
二.采样传感器
采样传感器
CCD
(Charge Couple Device)电荷耦合器件； CMOS：互补性金属氧化物半导体。
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4.1 图像的采样
二.采样传感器
1. CCD
CCD(Charge
Couple Device)电荷耦合器件是20 世纪70 年代初发展起来 的半导体器件。 CCD 以电荷为信号，而不是以或电压为信号。 CCD 基本单元采用MOS（金属-氧化物-半导体）结构，从本质上讲， CCD 的基本功能是电荷的产生、存储和转移。 CCD 的基本原理：通过光学系统将景物成像在CCD 象敏面上，象敏面 将照在每一个象敏单元上的图像照度转换为少数载流子数密度信号存储 在象敏单元中，然后再转移到CCD 的移位寄存器中，在驱动脉冲的作 用下顺序移出器件，形成强弱不同的电信号。即： –光-电转换 –电荷存贮 –电荷转移
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4.1 图像的采样
三. 采样设备 1. 扫描仪 滚筒式扫描仪
滚筒式扫描仪通常
用于输入大幅面（ A0）的图像信息， 亦可扫描工程图纸 。 滚筒式扫描仪通常 有较高的分辨率和 扫描效率。
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4.1 图像的采样
三. 采样设备 2.数码相机
数码相机是一种采用数字 化格式录制运动或者静止 图像的相机。 和传统模拟相机录制无限 变化的光强度不同，数码 相机录制离散的数字信息 ，存储在闪存卡。并可通 过一根串口缆线或USB缆 线传送到电脑上。 和其他所有数字式设备一 样，数码相机拥可以表现 出来的固定最大分辨率： 简单相机：130万像素（ 640x480，1024x768， 1280x1024） 专业相机：800~1000万像 素或更多。
上式右边就是一个通常所说的数字图像。其中每一个元素称
之为象素。
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4.1 图像的采样
一.概述
数字化时，关键是要决定：
采样点数N
（行和列） 量化级别G （灰度级数）
为了便干处理，采样点数N与量化级别G都为2的方次数，即 N=2n ，G=2m （n，m均为正整数）。记录一幅图像所需的位

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4.1 图像的采样
三. 采样设备 2.数码相机
摄像机中使用的是面阵CCD，扫描仪中使用的是线阵CCD，
而数码相机中既有使用面阵CCD的又有使用线阵CCD的，而 一般数码相机都使用面阵CCD，专门拍摄静态物体的扫描式 数码相机使用线阵CCD，它牺牲了时间换取可与传统胶卷相 媲美的极高分辨率（可高达8400×6000）。 CCD本身不能分辨色彩，它仅仅是光电转换器。 为了实现彩色输入，通常给CCD器件表面加以CFA（Color Filter Array，彩色滤镜阵列），或者使用分光系统将光线分 为红、绿、蓝三色，分别用3片CCD接收。 数码相机是由镜头、CCD、A/D（模/数转换器）、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 。
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4.1 图像的采样
三. 采样设备
2.数码相机 镜头将光线会聚到感光器件CCD（Charge Couple Device 光 电荷耦合器件）上，它是利用微电子技术制成的表面光电器 件，它的功能是把光信号转变为电信号。即得到了对应于拍 摄景物的电子图像的模拟信号，经ADC（模数转换器）器件 转换为数字信号，再由MPU（微处理器）进行压缩并转化为 特定的图像格式，例如JPEG格式，存储在内置存储器中。
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4.1 图像的采样
三. 采样设备 5. 其它采样设备
X光机； B超； 显微成像设备； CT、核磁共振机等。
医用的图像获取设备：
遥感中常用的图像获取设备：
光学摄影设备，
如摄像机、 多光谱像机等； 红外摄影设备，如红外辐射计、 红外摄像仪、 多通道红外 扫描仪、 多光谱扫描仪（MSS）； 微波设备，如微波辐射计、 侧视雷达、 真空孔径雷达、 合成孔径雷达(SAR)。
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4.1 图像的采样
二.采样传感器
1. CCD
线阵CCD
：
单元数有： 256， 1024， 2048， 4096 等；
面阵CCD：
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4.1 图像的采样
二.采样传感器
1. CCD
CCD的三层结构
第一层“微型镜头”：在感光
层前面加上一副眼镜，增加感 光面积。 第二层“分色滤色片”：有两 种分色方式，一是RGB原色分 色法，另一个则是CMYK补色 分色法这两种方法各有优缺点 。 第三层感光层：主要是负责将 穿过滤色层的光源转换成电子 信号，并将信号传送到影像处 理芯片，将影像还原。
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4.1 图像的采样
三. 采样设备
扫描仪， 数码照相机， 数码摄像机， 采集卡， 其它采样设备。
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4.1 图像的采样
三. 采样设备 1. 扫描仪
扫描仪用于各种形式的计算机图像输入。 从最直接的图片、照片、胶片到各类图纸图形以及各类文稿
资料都可以用扫描仪输入到计算机中进而实现对这些图像形 式的信息的处理、管理、使用、存贮、输出等。 目前扫描仪已广泛应用于各类图形图像处理、出版、印刷、 广告制作、办公自动化、多媒体、图文数据库、图文通讯、 工程图纸输入等许多领域。
第四章
图像的基本概念
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4.1 图像的基本概念
概述
我们日常生活中见到的图像一般是连续形式的模拟
图像，可由一个二维连续函数f（x ，y）来描述。
其中：（x ，y） 是图像平面上任意一个二维坐标点， f （x ，y）则是该点颜色的深浅。
图像处理的方法有模拟式和数字式两种。 由于数字计算技术的迅猛发展，数字图像处理技术
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4.1 图像的采样
一.概述
图4-3 （a）原始图像(256×256)；（b）采样图像1(128×128)；（c） 采样图像2(64×64)； （d）采样图像3(32×32)； （e）采样图像4(16×16)；（f） 采样图像5(8×8)
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4.1 图像的采样
一.概述
图4-4 （a） 原始图像(256色)； （b） 量化图像1(64色)； （c） 量化图像2(32色)； （d） 量化图像3(16色)； （e） 量化图像4(4色)； （f） 量化图像5(2色)
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4.1 图像的采样
三. 采样设备 1. 扫描仪
扫描仪主要由光学系统、线阵CCD（电荷耦合器件）扫描头
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、A/D转换电路及机械传动部分组成。 扫描时，原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上; 扫描仪内部 的可移动光源通过机械传动机构在控制电路的控制下带动装 着光学系统和CCD的扫描头沿垂直方向扫过整个原稿，并每 扫一行就得到原稿 横向一行的图像信 息; CCD将RGB光 线转变为模拟电信 号，再经A/D变换 器转变为数字信号 ，传送至计算机内 部逐步形成原稿的 全图。
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4.1 图像的采样
三. 采样设备
4. 视频采集卡 视频采集卡可将录像机、摄像机、摄录机、影碟机等模拟视 频设备的保存在录像带、激光视盘等介质上的模拟图像信息 经过采样、量化以后转换为数字图像并输入存储到计算机。 利用视频采集卡也可以将摄像机也可以将现场的图像实时输 入计算机。 采集过程也叫数字化、获取、捕获、捕捉、抓帧等。 视频采集卡的工作方式可以是单帧采集或者连续采集；可以 将采集的图像序列放在内存或直接存储到磁盘；也可以采用 MPEG压缩算法实时压缩成VCD 格式，压缩比可高达150∶1 到200∶1。也可以采用MPEG Ⅱ压缩算法压缩成DVD 格式。 高档视频卡（非线性编辑卡）：高档视频卡集成了视频输入/ 输出、特技、压缩及编辑加工等多种功能，主要用于影视节 目后期制作的非线性编辑系统。
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4.2 图像的存储格式
一.概述
图像是由排成矩形点阵的象素组成的。 图像通常与操作系统有关：windows、unix、mac；
图像有不同的编码方式：无压缩、无损压缩、有损压缩
把一幅图像记录进文件时，必须同时记录下各象素在点阵中
的位置及象素的灰度值。 实际上我们可以利用各象素在文件中的记录位置来表示其在 图像点阵中的位置，这样就可以省去记录象素位置坐标的数 据量，而各象素的数据只用来记录其灰度值。 文件中的数据只能以一维方式记录，而图像点阵是二维的。 为了用一维形式记录二维图像，通常采用的办法是将各行象 素的数据首尾相连。 例如，一幅NXM图像的数据文件中，它的NXM个象素数据 是这样排列的：最初的N个数据分别对应图像第一行从左到 右N个象素；第N＋1到第ZN个数据分别对应图像第二行从左 到右N个象素，等等。如此类推，最后的N个数据分别对应图 像第M行从左到右N个象素。
一.概述
图像f 经数字化的图像方可用计算机来处理。
（x ，y） 必须在空间上和在颜色深浅的幅度上都进行
数字化： 空间坐标（x ，y） 的数字化被称为图像采样； 颜色深浅幅度的数字化被称为灰度级量化。 假定连续图像f（x ，y） 被等距离取点采样形成一个N×N方 形点阵，它可用下式表示：
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4.1 图像的采样
三. 采样设备
3.数码摄像机 数码摄像机亦称DV; 数码摄像机的成像原理与数 码照相机相同。 数码摄像机可以数字信号的 形式在磁带上记录连续影像 ，可以重放。 数码摄像机可以通过1394接 口或USB接口连到计算机。 模拟摄像机也可以通过采集 卡将图像输入到计算机。
f(t)
如前所述，图像的
数字化必须在空间 上和在颜色深浅的 幅度上都进行数字 化：

量 化 单 位
量 化 误 差
t
采样间隔
图4.1 采样与量化
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4.1 图像的采样
一.概述
由于图像是一种二维分布的信息，对它进行采样操作也是