数字图像处理技术基础.ppt

图像工程与计算机图形学(Computer Graphics)、 模式识别（Pattern Recognition）、 计算机视觉（Computer Vision）等的关系如图1-3所示。计算机图形学研究的是用计算机技术生成图形的理论、方法和技术，即由非图像形式的数据描述来生成逼真的图像。它可以生成现实世界中已经存在的物体的图形，也可以生成虚构物体的图形， 它和图像分析的对象和输出结果正好对调。图像模式识别与图像分析则比较相似，只是前者试图把图像分解成可用符号较抽象地描述的类别。计算机视觉主要强调用计算机实现人的视觉功能， 要用到图像工程三个层次的许多技术， 但目前的研究内容主要与图像理解相结合。 图1-3 图像工程与相关学科的联系和区别 1.4 数字图像处理系统 1.4.1 数字图像处理系统硬件 早期的数字图像处理系统为了提高处理速度、增加容量都采用大型机。随着计算机性价比（性能价格比）日新月异的提高，以小型机为主的微型图像处理系统得到发展。主机为PC机， 配以图像采集卡及显示设备就构成了最基本的微型图像处理系统。目前，国产的CA540、VP32、FGCT11010N8、 CA-CPE-1000、CA-CPE-3000等图像板研制成功并已商品化。微型图像处理系统成本低、应用灵活、便于推广。特别是微型计算机的性能逐年提高，使得微型图像处理系统的性能也不断升级，加之软件配置丰富，使其更具实用意义。 图1-4 图像处理系统示意图 1） 电视摄像机(Video Camera) 电视摄像机是目前使用最广泛的图像获取设备。电视摄像机的核心部件是光电转换装置，也称为固态阵。目前大多数感光基元多为电荷耦合器件CCD（Charge Coupled Device），CCD可以将照射在其上的光信号转换为对应的电信号。该设备小巧、 速度快、成本低、灵敏度高，多作为实时图像输入设备应用。但灰度层次较差、非线性失真较大、有黑斑效应，在使用中需要校正。目前，CCD摄像机可达2048×2048的高分辨率，快门速度可达10-4s。 2） 扫描仪（Scanner） 扫描仪是将各种形式的图像信息（如图片、 照片、 胶片及文稿资料等）输入计算机的重要工具，特点是精度和分辨率高。目前，1200DPI（Dot Per Inch）以上精度的扫描仪很常见。而且扫描仪的成本很低，一台平板式扫描仪的价格在千元左右。由于扫描仪良好的精度和低廉的价格，已成为当今应用最为广泛的图像数字化设备。但用扫描仪获取图像信息速度较慢，不能实现实时输入。 3） 数码照相机（Digital Camera） 数码照相机也叫数字相机， 是一种能够进行景物拍摄， 并以数字格式存放拍摄图像的特殊照相机。它的核心部件是CCD图像传感器， 主流机型分辨率已在400万像素以上。数码照相机的感光器件也是CCD阵列。CCD可以对亮度进行分级，但并不能识别颜色。为此，数码照相机用红、绿和蓝三个彩色滤镜，当光线从红、 绿、 蓝滤镜中穿过时，就可以得到每种色光的反应值，再通过软件对得到的数据进行处理，从而确定每一个像素点的颜色。CCD生成的数字图像被传送到照相机的一块内部芯片上。该芯片负责把图像转换成相机内部的存储格式(通常为JPEG格式)。最后， 把生成的图像保存在存储卡中。 数码照相机可通过USB接口与计算机相连，将拍摄的图像下载到计算机中，以便处理或插到文档／Web页面中，或用彩色打印机输出。 4） 遥感图像获取设备 遥感中常用的图像获取设备有光学摄影设备， 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)。 2. 图像输入卡（采集卡) 通常图像输入卡安装于计算机主板扩展槽中， 主要包括图像存储器单元、 显示查找表（LUT）单元、 CCD摄像头接口(A/D)、 监视器接口(D/A)和PC机总线接口单元。工作过程如下：摄像头实时或准实时采集图像数据， 经A/D变换后将图像存放在图像存储单元的一个或三个通道中，D/A变换电路自动将图像显示在监视器上。通过主机发出指令， 将某一帧图像静止在存储通道中， 即采集或捕获一帧图像，然后可对图像进行处理或存盘。高档卡还包括卷积滤波、FFT（快速傅立叶变换）等图像处理专用的快速部件。现在有的图像采集卡将图像和图形功能合为一体，如北京大恒图像视觉有限公司开发的VIDEO-PCI-C真彩色图像采集卡。该卡基于PCI总线