第3章 图像的获取技术(共7页)

1、PAGE PAGE 9第三章 图像(t xin)的获取技术图像(t xin)的获取技术是实现准确记录画面(humin)这一目的。数字图像的获取技术主要有两个方面；1. 光学画面的获取技术2. 数字图像文件的获取技术3.1光学画面获取技术正确的焦距：由光学可知，清晰的图像首先取决于成像过程中准确的光程关系，即画面聚焦，使感光材质处于焦平面，否则获取的图像将是“模糊”的，没有清晰度可言。设： u(物距）；v（像距）；f（透镜焦距）则有：1/f =1/u+1/v公式变形后可以得到f=uv/(u+v) 或 v=uf/(u-f)即：聚焦主要(zhyo)由调整像距完成对业余(yy)设备而言，多采用(ciy

2、ng)自动聚焦工作模式，有所谓 “面部识别”的自动聚焦系统和“像场固定点” 的自动聚焦系统。对专业设备而言，可灵活采用手工聚焦和自动聚焦两种工作模式，有更大的自由度，能适应更灵活、更复杂的要求。在自动聚焦方面：即有所谓 “面部识别” 的自动聚焦系统也有支持“像场多聚焦参考点” 的自动聚焦系统。在手动聚焦方面：有“ HYPERLINK ./单反光程系统.doc 单反光程系统”支持的实时监测手动聚焦功能。但问题还有复杂的一方面，即在大多数情况下真实的景象是三维的，我们不可能使不在同一“Z”轴平面上的不同物体都准确的聚焦在一个焦平面。也就是说一般情况下同一个画面上总有一些内容清晰而另一些内容不清晰。

3、为此引入“聚焦参考点”和“景深” 两个解决方法。小景深调节出主体的清晰可选的聚焦参考点：能使我们自主决定需要画面中那些对象（图元）清晰。加大景深：可使画面中清晰的空间范围变大。景深是焦平面前、后一段仍能较清晰成像的距离，超出这个距离物体成像将急剧变模糊。景深的大小和镜头的光圈设定有关，“光圈系数”设定越大，相对孔径小 HYPERLINK ./景深.doc 景深也越大。正确(zhngqu)的曝光：用传统相机拍摄时，镜头成像在胶卷上感光，用数字相机拍摄时，镜头成像在影像(yn xin)传感器上进行光电转换。要拍摄到图像(t xin)正常的影像，必须让相机中的胶卷或影像传感器得到合适的曝光量。曝光控

4、制就是在拍摄时采取各项措施灵活控制 曝光量。细节层次 一、曝光对影像质量的影响曝光合适，即曝光量大小准确，使最终再现的影像影调正常，明暗反差合适，彩色影像色彩饱和；曝光太少，即曝光不足，则冲洗得到的底片影像浅淡，密度太低（俗称底片薄），甚至于没有影像，反差极低，画面暗部没有层次；曝光太多，即曝光过度，则冲洗得到的底片影像深浓，密度太大（俗称底片厚），所得正像（如照片）影像泛白，画面高光部分无层次，彩色不饱和，整个画面像褪了色似的。二、影响曝光量的因素拍摄时胶卷或影像传感器曝光量的多少取决于拍摄时的进光照度(光通量 ，单位时间内通过镜头的光线量 ) 及曝光时间，即S= I * T/F曝光量=进光

5、照度曝光时间上式中：S为 曝光量； I为 入射光强度； F 为光圈系数； T为 曝光时间相机用光圈和快门分别控制进光照度和曝光时间, 即在入射光强度I 不变的条件下由T/F之积控制曝光量。其中光圈和快门还各有其它作用，如光圈具有控制曝光量、控制景深和减小镜头缺陷等作用，而曝光时间调整有控制曝光量和拍摄运动物体等作用。（胶卷或影像传感器的感光度ISO也决定着得到影像所需要曝光量的多少） HYPERLINK ./构图(gut)的概念.doc 合理(hl)的构图(gut)：3.2 数字图像的获取我们人能直接感受的 视觉景象 都是模拟性质的，为了能利用多媒体技术在数字域存储图像、处理图像，首先要做的第

6、一步就是将其转化为 “数字图像”， 即ADC转化（Analog-to-Digital Converter，模-数转换，将模拟信号转换为数字信号的转换过程）。数字图像的获取主要有两个渠道，一个是利用数字化设备 HYPERLINK ./CCD-数字成像基础.doc 直接由视觉景象获取，另一个是利用“ HYPERLINK ./扫描仪.doc 扫描仪”将模拟图像转化为数字图像。在数字视频技术中有面向静态图像和运动图像的两种ADC转换。本课程主要涉及的是面向静态图像的ADC转换。3.2.1由模拟图像(t xin)到数字图像的转化静态(jngti)图像的模数转换：为解决如何完成一幅图像由模拟向数字化表示转

7、换的问题，它的中心仍是由连续到离散，由直接物理量表示到抽象数字编码表示，这和数字化音频(ynpn)技术即相像又有不同之处。数字化一幅静态模拟彩色图像的过程包含对其进行采样处理和量化编码处理两个步骤。ADC过程主要包含两个步骤，采样和量化。它们分别使模拟信号在时、空域和值域两个方面由连续变为离散。其过程是先采样后量化。我们已知：一幅平面彩色图像是彩色的两维空间连续函数，即F = f(x,y)。则对图像采样过程在空间域进行。而量化过程在色彩域（已包含亮度参数）进行。从物理上看；这是一个把直观的物理量转化为抽像的编码数据的过程从数学上看；这是一个將连续函数转化为离散的数据集的过程。其本质就是将连续函

8、数f(x，y)在空间坐标和彩色幅值两方面离散并编码。采样：采样的定义；以一定的间距作为空间间隔，对模拟图像进行连续的、准确的瞬间测量得到的测量值称为样本值和样本值序列。空间坐标x，y的离散化问题相对简单，以很小的X,Y为间隔，以覆盖全图像平面的某一采样路径连续采样即可， HYPERLINK ./pic/扫描路径 如图所示。在这里(zhl)，如果(rgu)x，y均为常量(chngling)，即均匀采样或称“等间距采样”。每一个采样点我们可理解为將对应一个像素，而整个样本值序列组成一个数字矩阵就对应被采样的图像。量化：对样本值序列如何量化要复杂一些，因为这取决于所使用的彩色空间，如果在“RGB彩色

9、空间”，量化过程就是：先对每一个样本值进行三基色分解，我们可得到该像素的三个基色值（也称色分量），然后分别对这三个基色值使用相应的bit位再进行一定算法的数字编码，如此就完成了此像素的量化； 当样本值序列中最后一个像素被量化后整个图像的模数转换就完成了。这样的数字图像是已有模拟(mn)图像的数字化表示，被称为点位图（bitmap， bmp）,它是多媒体技术中使用(shyng)最广泛的图像格式。 实例：（bmp文件(wnjin)容量实例24bit-等分，还有很多其它编码算法）在实际操作中，我们常常使用 扫描仪 完成上述ADC过程。扫描仪的工作原理主要是实现： 光信号电信号数据编码的精确转换，其中

10、的关键技术是 半导体光敏原件 也称光电藕合器 或 HYPERLINK CCD-数字成像基础.doc CCD (Charge Coupled Device, 电荷耦合装置)。其工作原理见 HYPERLINK ./扫描仪.doc 附录。 HYPERLINK photo lab 实例：设采样频率， 量化位取24bit位，等分算法，三信道。本章要求：掌握：1.了解并掌握正确光学成像的要素2. 了解并掌握静态数字成像的过程。3.了解数字相机、扫描仪的工作原理和使用。实践：1. 掌握正确曝光的方法；时间；光圈 。2. 掌握正确利用“景深” 。3. 利用扫描仪生成图像文件，思考并体会生成图像文件的过程。4. 掌握 调整扫描仪参数，获取最佳效果的图像