第八章数字图像处理系统

第八章数字图像处理系统数字图像处理及应用第一页，共四十九页，2022年，8月28日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第二页，共四十九页，2022年，8月28日8.1系统的构成构造特点面向对象、面向应用基本成分硬件、软件分类专用、通用第三页，共四十九页，2022年，8月28日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第四页，共四十九页，2022年，8月28日图像处理设备终端输出图像存储输入图像存储图像采集及数字化设备图像显示设备程序库数字图像处理系统的构成图像处理系统构成图示第五页，共四十九页，2022年，8月28日图像处理系统构成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。第六页，共四十九页，2022年，8月28日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。第七页，共四十九页，2022年，8月28日主要指标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。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-uptable）特殊显示：重叠显示、动态显示等。第八页，共四十九页，2022年，8月28日指标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个单位帧存第九页，共四十九页，2022年，8月28日指标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。第十页，共四十九页，2022年，8月28日指标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。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。第十一页，共四十九页，2022年，8月28日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第十二页，共四十九页，2022年，8月28日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第十三页，共四十九页，2022年，8月28日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；量化度量每一像素的灰度，并把连续的度量结果量化为整数；储存将图像量化结果写入存储设备。第十四页，共四十九页，2022年，8月28日图像数字化第十五页，共四十九页，2022年，8月28日图像数字化器的组成采样孔（Samplingaperture）：图像扫描机构：光传感器：量化器：输出存储体第十六页，共四十九页，2022年，8月28日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第十七页，共四十九页，2022年，8月28日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第十八页，共四十九页，2022年，8月28日CompactFlash存储卡MemoryStick

PCMCIA存储设备

数码相机及存储器第十九页，共四十九页，2022年，8月28日数码相机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-CoupledDevice第二十页，共四十九页，2022年，8月28日A/D转换器ADC（AnalogDigitalConverter），模拟数字转换器。将模拟电信号转换为数字电信号的器件。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。第二十一页，共四十九页，2022年，8月28日图像存储压缩、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。第二十二页，共四十九页，2022年，8月28日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。可移动存储器CompactFlash卡（CF卡）SmartMedia卡（SM卡）ATAFlash第二十三页，共四十九页，2022年，8月28日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连接电视机的视频接口连接打印机的接口第二十四页，共四十九页，2022年，8月28日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。第二十五页，共四十九页，2022年，8月28日型号Model彩色YH-9618彩色YH-9616影像传感器PickupElement1/4"CCD影像图素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有效口径）信噪比S/NRatio优于46db电子快门ElectronicShutter1/50(60)to1/100,000背光补偿BacklightCompensations数位处理AUTO电源PowerSupply带稳压直流DC12V±10%工作温度OperationTemp-20℃～+50℃白平衡WhiteBalance自动AUTO同步系统SyncSystem自动AUTO重量Weigh380公克尺寸Dimensions(mm)60(宽)×50（高）×102（深）第二十六页，共四十九页，2022年，8月28日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。第二十七页，共四十九页，2022年，8月28日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。硅光导管摄像管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。固体器件摄像管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。第二十八页，共四十九页，2022年，8月28日图像获取同时摄像方式依次摄像方式第二十九页，共四十九页，2022年，8月28日（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。第三十页，共四十九页，2022年，8月28日（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、教学和家庭第三十一页，共四十九页，2022年，8月28日采用半导体隔离CCD采用硅氧化物隔离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)

笔式扫描仪

条码扫描仪

实物扫描仪

3D扫描仪

Canon656U采用CIS技术扫描仪主要类型8.2.5扫描仪第三十二页，共四十九页，2022年，8月28日扫描仪图像处理阴影校正解决光照不均匀的问题背景校正由于底稿颜色不同、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分辨率处理常采用微分电路对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第三十三页，共四十九页，2022年，8月28日扫描仪的主要指标分辨率每英寸点数DPI(DotPerInch)，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100DPI灰度等级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，真彩色第三十四页，共四十九页，2022年，8月28日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。扫描尺寸最常见的为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，扫描仪的价格越高第三十五页，共四十九页，2022年，8月28日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。第三十六页，共四十九页，2022年，8月28日三种常用的图像输入设备的比较设备名称分辨率速度输入对象图像送入计算机的主要方式摄像机较低快景物、图片、文稿通过图像采集卡扫描仪最高慢图片、文稿等通过自带专用适配器数码相机高慢景物、图片、文稿通过USB等串口第三十七页，共四十九页，2022年，8月28日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第三十八页，共四十九页，2022年，8月28日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

第三十九页，共四十九页，2022年，8月28日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。第四十页，共四十九页，2022年，8月28日8.4数字图像处理设备实时处理系统的处理速度和图像的实际变化的速度一致PAL制式电视图像按40ms/帧的速率变化，处理速度也应为40ms/帧第四十一页，共四十九页，2022年，8月28日8.5图像输出设备图像的显示方式永久性系统，改变了记录媒体的光吸收特性，留下图像的硬拷贝，如照片、胶片、打印纸等。暂时显示设备，在图像显示器上留下瞬间的影像，如图像监视器、投影仪等。图像显示系统最重要的显示特性图像的大小、光度分辨率和空间分辨率、高低频响应特性和噪声特性。第四十二页，共四十九页，2022年，8月28日8.5.1暂时显示设备电视监视器黑白/彩色主要指标有扫描制式、清晰度、扫描线性度、屏幕尺寸等。扫描制式一般是是符合国际电视标准的单制式，PAL/NTSC/SECAM等。第四十三页，共四十九页，2022年，8月28日黑白电视信号特点我国的，每秒传送25幅画面，每幅画面625行，采用隔行扫描方式分成两场，每场312.5行，其中25行是场消隐时间，因此每场的有效信号是287.5行。视频带宽为6MHz，建议传输带宽也为6MHz。第四十四页，共四十九页，2022年，8月28日彩色电视制式NTSC制（NationalTelevisionSystemsCommittee）1953年，美国正式发布色度信号，正交平衡调幅制最先创建了兼容性同时制（携带彩色图像的亮度和色度信息的三个信号同时传送）的彩色电视，为近代彩色电视制式与技术的发展奠定了良好的基础。主要用于美国、日本和加拿大等国第四十五页，共四十九页，2022年，