图像采集系统
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与距离的平方成反比衰减
图像采集系统
3.2 什么是照明
光源与被测物之间的相互作用 Interaction of light and matter
图像采集系统
光源与物体之间的相互作用
▪ 能量的变换（反射、散射、投射和吸收） ▪ 几何关系（距离和方向） ▪ 光谱特性与颜色 ▪ 持续时间（闪光灯）
图像采集系统
光纤卤素灯（图像F采i集b系e统r Halogen Lamp）
人工光源
▪ 气体发光光源：电流流经气体或金属蒸气， 使之产生气体放电而发光的光源，分为弧 光放电和辉光放电两种。
荧光灯
氙灯（Xenon Lamp）图像采集系统（Fluorescent Lamp）
人工光源
▪ 固体发光光源：在电场作用下，使固体物 质发光的光源，电能直接转变为光能。
▪ 体积小、重量轻 ▪ 寿命长 ▪ 响应速度快 ▪ 直流供电容易控制 ▪ 功耗小 ▪ 受环境温度影响
发光二极管 L图E像D采集系统
人工光源
▪ 激光光源：利用激发态粒子在受激辐射作 用下发光的电光源。
半导体激光器 图像采集系统
激光三角测头
光源的光谱特性
汞灯 荧光灯
卤素灯
氙灯
图像采集系统
光源的强度
第2
图像采集系统
2015
图像采集系统
主要内容
▪ 内容讲授
▪ 什么是数字图像 ▪ 图像的采集过程 ▪ 光源、镜头和相机系统 ▪ 系统选型
图像采集系统
动手采集一幅图像
图像采集系统
图像采集的流程
图像采集系统
1 理解数字图像：数据矩阵
图像采集系统
位置与明暗
1.1 图像wenku.baidu.com标系与矩阵表示
x
y
图像采集系统
灰度级数就代表一幅数字图像的层次。图像数据的实际层次越多 视觉效果就越好。一般来说，G=2g，g就是表示存储图像像素灰度 值所需的比特位数。若一幅数字图像的量化灰度级数G=256=28级， 灰度取值范围一般是0~255的整数，由于用8bit就能表示灰度图像 像素的灰度值，因此常称8 bit 量化。
▪ 采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨 率高，图像质量好，但数据量大。
图像采集系统
量化(Quantization)
经采样图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度是连续的，还 不能用计算机进行处理。将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫 量化。
表示像素明暗程度的整数称为像素的灰度级（或灰度值或灰度）。 一幅数字图像中不同灰度级的个数称为灰度级数，用G表示。
▪ RGB三原色表示 ▪ HSI表示: (HSV)
▪ 色调 Hue：光谱频率 ▪ 饱和度 Saturation ▪ 亮度 Intensity
图像采集系统
2 数字图像的采集
光源
镜头 图像平面
图像采集系统
物体
成像原理
图像采集系统
光电转换与数字化
光子 曝光期间，落在图像传感器上 产生电荷 转换为电压 放大 数字化（采样和量化） 形成数字图像
图像采集系统
量化
图像采集系统
量化
▪ 量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨 率高，图像质量好，但数据量大；
▪ 量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低， 会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。
图像采集系统
1.5 图像的直方图
灰度直方图反映的是一幅图像中各灰度级像素出现的频 率。以灰度级为横坐标，纵坐标为灰度级的频率，绘制频率 同灰度级的关系图就是灰度直方图。它是图像的一个重要特 征，反映了图像灰度分布的情况，频率的计算式为
能量关系 f(x，y)---理想成像面坐标点（x，y） 的亮度 i(x，y)---照度分量 r(x，y)---反射分量，则
f(x，y)＝i(x，y)×r(x，y) 其中 ：0< i(x，y)< ∞ ，图0像<采r集(x系，统y)<1
成像模型
1.3 数字图像
图像数字化是将一幅画面转化成计算机能处理的形式。具体 来说，就是把一幅图画分割成的一个个小区域（像素），并 将小区域的灰度用整数来表示，形成一幅点阵式的数字图像。 包括采样和量化两个过程。
图像采集系统
相机内部
图像采集系统
3 照明（Illumination）与光源
3.1 光源 3.2 照明 3.3 使用照明的目的 3.4 如何构建合适的照明？
图像采集系统
3.1 关于光源
光是一定波长范围内的电磁辐射
图像采集系统
光谱
图像采集系统
人工光源
▪ 热辐射光源：电流流经导电物体，使之在 高温下辐射光能的光源。
能量的变换
能量关系 f(x，y)---理想成像面坐标点（x，y） 的亮度 i(x，y)---照度分量 r(x，y)---反射分量，则
f(x，y)＝i(x，y)×r(x，y) 其中 ：0< i(x，y)< ∞ ，图0像<采r集(x系，统y)<1
3.3 为什么要使用照明
二维函数
彩色图像：三个矩阵
人眼的视网膜上存在有大量能在适当亮度下分辨颜色的锥状 细胞，它们分别对应红、绿、蓝三种颜色，即分别对红光、 绿光、蓝光敏感。由此，红（R ）、绿（G ）、蓝（B ）这 三种颜色被称为三基色。
图像采集系统
彩色图像：三个矩阵
彩色数字图像可以用三个矩阵表示，其中R、B、G是由不 同的矩阵来描述。
255 240 240 0 160 80 0 80 160
R 255 0
80
G 255
255 160
B
0
0 240
255 0 0
0 255 0
255 255 255
图像采集系统
1.2 成像模型
位置关系
3-D客观场景到2-D成像 平面的中心投影。物方点 空间坐标与对应的像方点 坐标满足几何透视变换关 系（共线条件）。
vi
ni n
图像采集系统
图像的直方图
彩色图像的分波段直方图
图像采集系统
1.6 图像属性
▪ 像素 ▪ 灰度 ▪ 分辨率
▪ 像素个数（采样） ▪ 灰度等级或图像深度、图像位数（量化）
▪ 二值图像 ▪ 灰度图像
图像采集系统
图像属性
▪ 通道个数：单色和彩色 ▪ 单色图像
▪ 亮度 ▪ 对比度
▪ 彩色图像：
图像采集系统
对应扫描线的行 像素
采
量
逐
样
化
行
扫描行像素
扫 描
...
灰度整数值
数字化
图像采集系统
采样(sampling)
将空间上连续的 图像变换成离散 点的操作称为采 样。
图像采集系统
采样
图像采集系统
采样
▪ 一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少， 空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状 的国际棋盘效应；
图像采集系统
3.2 什么是照明
光源与被测物之间的相互作用 Interaction of light and matter
图像采集系统
光源与物体之间的相互作用
▪ 能量的变换（反射、散射、投射和吸收） ▪ 几何关系（距离和方向） ▪ 光谱特性与颜色 ▪ 持续时间（闪光灯）
图像采集系统
光纤卤素灯（图像F采i集b系e统r Halogen Lamp）
人工光源
▪ 气体发光光源：电流流经气体或金属蒸气， 使之产生气体放电而发光的光源，分为弧 光放电和辉光放电两种。
荧光灯
氙灯（Xenon Lamp）图像采集系统（Fluorescent Lamp）
人工光源
▪ 固体发光光源：在电场作用下，使固体物 质发光的光源，电能直接转变为光能。
▪ 体积小、重量轻 ▪ 寿命长 ▪ 响应速度快 ▪ 直流供电容易控制 ▪ 功耗小 ▪ 受环境温度影响
发光二极管 L图E像D采集系统
人工光源
▪ 激光光源：利用激发态粒子在受激辐射作 用下发光的电光源。
半导体激光器 图像采集系统
激光三角测头
光源的光谱特性
汞灯 荧光灯
卤素灯
氙灯
图像采集系统
光源的强度
第2
图像采集系统
2015
图像采集系统
主要内容
▪ 内容讲授
▪ 什么是数字图像 ▪ 图像的采集过程 ▪ 光源、镜头和相机系统 ▪ 系统选型
图像采集系统
动手采集一幅图像
图像采集系统
图像采集的流程
图像采集系统
1 理解数字图像：数据矩阵
图像采集系统
位置与明暗
1.1 图像wenku.baidu.com标系与矩阵表示
x
y
图像采集系统
灰度级数就代表一幅数字图像的层次。图像数据的实际层次越多 视觉效果就越好。一般来说，G=2g，g就是表示存储图像像素灰度 值所需的比特位数。若一幅数字图像的量化灰度级数G=256=28级， 灰度取值范围一般是0~255的整数，由于用8bit就能表示灰度图像 像素的灰度值，因此常称8 bit 量化。
▪ 采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨 率高，图像质量好，但数据量大。
图像采集系统
量化(Quantization)
经采样图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度是连续的，还 不能用计算机进行处理。将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫 量化。
表示像素明暗程度的整数称为像素的灰度级（或灰度值或灰度）。 一幅数字图像中不同灰度级的个数称为灰度级数，用G表示。
▪ RGB三原色表示 ▪ HSI表示: (HSV)
▪ 色调 Hue：光谱频率 ▪ 饱和度 Saturation ▪ 亮度 Intensity
图像采集系统
2 数字图像的采集
光源
镜头 图像平面
图像采集系统
物体
成像原理
图像采集系统
光电转换与数字化
光子 曝光期间，落在图像传感器上 产生电荷 转换为电压 放大 数字化（采样和量化） 形成数字图像
图像采集系统
量化
图像采集系统
量化
▪ 量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨 率高，图像质量好，但数据量大；
▪ 量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低， 会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。
图像采集系统
1.5 图像的直方图
灰度直方图反映的是一幅图像中各灰度级像素出现的频 率。以灰度级为横坐标，纵坐标为灰度级的频率，绘制频率 同灰度级的关系图就是灰度直方图。它是图像的一个重要特 征，反映了图像灰度分布的情况，频率的计算式为
能量关系 f(x，y)---理想成像面坐标点（x，y） 的亮度 i(x，y)---照度分量 r(x，y)---反射分量，则
f(x，y)＝i(x，y)×r(x，y) 其中 ：0< i(x，y)< ∞ ，图0像<采r集(x系，统y)<1
成像模型
1.3 数字图像
图像数字化是将一幅画面转化成计算机能处理的形式。具体 来说，就是把一幅图画分割成的一个个小区域（像素），并 将小区域的灰度用整数来表示，形成一幅点阵式的数字图像。 包括采样和量化两个过程。
图像采集系统
相机内部
图像采集系统
3 照明（Illumination）与光源
3.1 光源 3.2 照明 3.3 使用照明的目的 3.4 如何构建合适的照明？
图像采集系统
3.1 关于光源
光是一定波长范围内的电磁辐射
图像采集系统
光谱
图像采集系统
人工光源
▪ 热辐射光源：电流流经导电物体，使之在 高温下辐射光能的光源。
能量的变换
能量关系 f(x，y)---理想成像面坐标点（x，y） 的亮度 i(x，y)---照度分量 r(x，y)---反射分量，则
f(x，y)＝i(x，y)×r(x，y) 其中 ：0< i(x，y)< ∞ ，图0像<采r集(x系，统y)<1
3.3 为什么要使用照明
二维函数
彩色图像：三个矩阵
人眼的视网膜上存在有大量能在适当亮度下分辨颜色的锥状 细胞，它们分别对应红、绿、蓝三种颜色，即分别对红光、 绿光、蓝光敏感。由此，红（R ）、绿（G ）、蓝（B ）这 三种颜色被称为三基色。
图像采集系统
彩色图像：三个矩阵
彩色数字图像可以用三个矩阵表示，其中R、B、G是由不 同的矩阵来描述。
255 240 240 0 160 80 0 80 160
R 255 0
80
G 255
255 160
B
0
0 240
255 0 0
0 255 0
255 255 255
图像采集系统
1.2 成像模型
位置关系
3-D客观场景到2-D成像 平面的中心投影。物方点 空间坐标与对应的像方点 坐标满足几何透视变换关 系（共线条件）。
vi
ni n
图像采集系统
图像的直方图
彩色图像的分波段直方图
图像采集系统
1.6 图像属性
▪ 像素 ▪ 灰度 ▪ 分辨率
▪ 像素个数（采样） ▪ 灰度等级或图像深度、图像位数（量化）
▪ 二值图像 ▪ 灰度图像
图像采集系统
图像属性
▪ 通道个数：单色和彩色 ▪ 单色图像
▪ 亮度 ▪ 对比度
▪ 彩色图像：
图像采集系统
对应扫描线的行 像素
采
量
逐
样
化
行
扫描行像素
扫 描
...
灰度整数值
数字化
图像采集系统
采样(sampling)
将空间上连续的 图像变换成离散 点的操作称为采 样。
图像采集系统
采样
图像采集系统
采样
▪ 一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少， 空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状 的国际棋盘效应；