第二章數(shù)字圖像處理系統(tǒng)

1、數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)第二章第二章 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)黃愛民黃愛民 安向京安向京 駱力駱力中國水利水電出版社中國水利水電出版社新世紀(jì)電子信息與自動(dòng)化系列課程改革教材新世紀(jì)電子信息與自動(dòng)化系列課程改革教材ISBN7-5084-2930-3數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)第二章數(shù)字圖像處理系統(tǒng)n系統(tǒng)的構(gòu)成n數(shù)字化設(shè)備n存儲(chǔ)設(shè)備n處理設(shè)備n輸出設(shè)備n處理軟件數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.1系統(tǒng)的構(gòu)成n構(gòu)造特點(diǎn)n面向?qū)ο?、面向?yīng)用n基本成分n硬件、軟件n分類n專用、通用數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)硬件結(jié)構(gòu) n圖像數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化設(shè)備n圖像處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)）圖像處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)）n圖

2、像顯示設(shè)備圖像顯示設(shè)備n圖像存儲(chǔ)設(shè)備圖像存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像處理設(shè)備 終端輸出圖像存儲(chǔ)輸入圖像存儲(chǔ)圖像采集及數(shù)字化設(shè)備圖像顯示設(shè)備程序庫圖2-1 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成圖示數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成2p圖像采集圖像采集：？電信號(hào)（電流、電壓）p圖像數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化設(shè)備：將圖像轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字形式，通常用數(shù)字矩陣表示轉(zhuǎn)換結(jié)果。p圖像處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)）圖像處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)）：包括硬件設(shè)備和軟件兩部分，即圖像存儲(chǔ)設(shè)備、CPU、程序庫等，其中軟件或算法是本課程研究的重點(diǎn)。p圖像顯示設(shè)備圖像顯示設(shè)備：包括永久顯示設(shè)備和暫時(shí)顯示設(shè)備pCRT、LED等

3、為暫時(shí)顯示設(shè)備p打印機(jī)、照片等可永久顯示圖象p顯示設(shè)備的性能評(píng)價(jià)通常由人眼觀察的圖像效果決定 。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像處理系統(tǒng)性能主要衡量指標(biāo)n圖像分辨率圖像分辨率 ：“空間分辨率空間分辨率”，圖像處理系統(tǒng)具有的分辨圖像細(xì)節(jié)的能力，線對(duì)/數(shù)字圖像的點(diǎn)陣數(shù)般來說，n高分辨率的不應(yīng)低于1024768點(diǎn)陣，中分辨率的為512512或576768點(diǎn)陣，低分辨率的則為256256點(diǎn)陣。n圖像分解力圖像分解力：是指圖像系統(tǒng)對(duì)圖像明暗程度或色彩的分解能力，bit數(shù)表示，bit數(shù)越高，性能越好n衡量指標(biāo)：標(biāo)稱值/實(shí)際值兩種n標(biāo)稱值指系統(tǒng)A/D取的bit數(shù)n實(shí)際值則指系統(tǒng)實(shí)際所達(dá)到的bit位數(shù)，實(shí)際值常用有

4、效bit位數(shù)表示 。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)主要指標(biāo)2n視頻鎖相視頻鎖相：n外同步，即圖像硬件系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)同步信號(hào)，再送到攝像機(jī)以同步進(jìn)行場(chǎng)掃描。n視頻鎖相方式，即圖像系統(tǒng)分解場(chǎng)同步和行同步信號(hào)。n顯示功能顯示功能：n顯示的類型，黑白/偽彩色/真彩色顯示n每個(gè)象素顯示的bit數(shù)。n查找表（LUT，look -up table）n重疊顯示、動(dòng)態(tài)顯示等。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)指標(biāo)3n 幀存容量幀存容量：圖像硬件系統(tǒng)內(nèi)部，圖像存儲(chǔ)體容量的大小。n三部分：幀存的數(shù)目/單位幀存的點(diǎn)陣數(shù)（指圖像系統(tǒng)用來存儲(chǔ)一幅圖像必需的幀存，其容量大于等于一幅數(shù)字圖像的點(diǎn)陣數(shù)，小于兩幅圖像的點(diǎn)陣數(shù)，通常取512512或

5、10241024）/每個(gè)象素的字長（用bit數(shù)表示，黑白或偽彩色系統(tǒng)為8bit，真彩色系統(tǒng)通常為83bit/84bit），新增的通道用于圖像疊加處理。n如幀存容量為245125128bit，則表示單位幀存的點(diǎn)陣數(shù)為512512，灰度分辨率8bit，共有24個(gè)單位幀存數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)指標(biāo)4n數(shù)據(jù)傳輸速度：數(shù)據(jù)傳輸速度：主要指圖像硬件系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸速度，單位s/pixel。n不給出具體的數(shù)值，而是指出所采用的計(jì)算機(jī)總線類型，如PCI或ISA。n影響的因素有微機(jī)的速度、軟件的編排、硬件采用的等待時(shí)間等等。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)指標(biāo)5n硬件指標(biāo)硬件指標(biāo):處理功能n圖像的代數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)

6、算、直方圖統(tǒng)計(jì)、卷積、FFT、二值化以及圖像的形態(tài)學(xué)運(yùn)算等。n功能參數(shù)。n主機(jī)功能主機(jī)功能：主要指軟件的功能和環(huán)境n包括處理功能、處理速度。n主機(jī)處理還涉及軟件環(huán)境（DOS/Windows/Unix），以及編程語言、庫函數(shù)、菜單形式等。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)現(xiàn)狀與趨勢(shì)n目前仍然是PCI+MMX為主流模式n大量的工作集中在算法和應(yīng)用軟件的研制上，將涌現(xiàn)更多的應(yīng)用系統(tǒng)n圖像硬件系統(tǒng)的發(fā)展則集中在高速圖像處理系統(tǒng)和各種專業(yè)系統(tǒng)的研制數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.2 圖像數(shù)字化設(shè)備圖像數(shù)字化設(shè)備n圖像數(shù)字化器的組成n圖像數(shù)字化器的性能n數(shù)字照相機(jī)n攝像機(jī)n掃描儀數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.2.1圖像數(shù)字化器

7、的功能n采樣n把圖像劃分為若干圖像元素（像素），并給出它們各自的存儲(chǔ)地址；n量化n度量每一像素的灰度，并把連續(xù)的度量結(jié)果量化為整數(shù)；n信息保存n將圖像量化結(jié)果寫入存儲(chǔ)設(shè)備。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖2-2 圖像數(shù)字化器數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像數(shù)字化器的組成n采樣孔采樣孔（Sampling aperture）：n圖像掃描機(jī)構(gòu)圖像掃描機(jī)構(gòu)：n光傳感器：光傳感器：n量化器量化器：n輸出存儲(chǔ)體輸出存儲(chǔ)體數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.2.2圖像數(shù)字化器的性能圖像數(shù)字化器的性能n像素大小像素大小n圖像大小圖像大小n被測(cè)對(duì)象的局部特征被測(cè)對(duì)象的局部特征n線性度線性度n灰度級(jí)灰度級(jí)n噪聲噪聲數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)

8、2.2.3數(shù)字照相機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）數(shù)字照相機(jī)（數(shù)碼相機(jī)）鏡頭、感光器件（CCD或CMOS）、MPU（微處理器）、內(nèi)置存儲(chǔ)器、LCD（液晶顯示器）、PC卡（可移動(dòng)存儲(chǔ)器）和接口（計(jì)算機(jī)接口、電視機(jī)接口）等部分組成 數(shù)碼相機(jī)的立體剖面圖數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)CompactFlash存儲(chǔ)卡CompactFlash Memory Card MemoryStick PCMCIA存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備 數(shù)碼相機(jī)及存儲(chǔ)器數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)數(shù)碼相機(jī)2n電子自掃描固態(tài)傳感器陣列n電耦合器件（CCD）陣列、CMOS、電荷注入器件（CID）陣列以及光電二極管陣列。nCCD，Charge Couple Device數(shù)字圖

9、像處理與分析基礎(chǔ)圖2-3 面陣CCD示意圖數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)A/D轉(zhuǎn)換器nADC（Analog Digital Converter），模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)的器件。n轉(zhuǎn)換速度n量化精度nCCD是將實(shí)際景物在X和Y的方向上量化為若干像素，A/D轉(zhuǎn)換器則是將每一個(gè)像素的亮度或色彩值量化為若干個(gè)等級(jí)，這個(gè)等級(jí)在數(shù)碼相機(jī)中叫做色彩深度。色彩深度就是色彩位數(shù)，常見的有 24位、30位和36位等 。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像存儲(chǔ)n壓縮、存儲(chǔ)n壓縮由系統(tǒng)內(nèi)置的微處理器來完成。n壓縮處理與存儲(chǔ)圖像所用的時(shí)間不可忽略，因此在使用數(shù)碼相機(jī)時(shí)可以明顯感到較長的等待時(shí)間。n圖像格式的種類繁

10、多，JPEG格式。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)存儲(chǔ)器n內(nèi)置存儲(chǔ)器n半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，安裝在相機(jī)內(nèi)部，用于臨時(shí)存儲(chǔ)圖像，接口傳送。 n可移動(dòng)存儲(chǔ)器nCompactFlash卡（CF）nSmartMedia卡（SSFDC）nATA Flash 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)數(shù)碼相機(jī)輸出n接口n計(jì)算機(jī)通訊接口n串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。n若使用紅外線接口，則要為計(jì)算機(jī)安裝相應(yīng)的紅外接收器及其驅(qū)動(dòng)程序n連接電視機(jī)的視頻接口n連接打印機(jī)的接口數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.2.4 攝像機(jī)（攝像頭）攝像機(jī)（攝像頭）n“電視制式攝像頭” n把景物光像轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。其結(jié)構(gòu)大致可分為三部分：n光學(xué)系統(tǒng)（主要指

11、鏡頭）n光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（主要指攝像管或固體攝像器件）n電路系統(tǒng)（主要指視頻處理電路）n光學(xué)系統(tǒng)的主要部件是光學(xué)鏡頭，它由透鏡系統(tǒng)組合而成 。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)型號(hào)Model彩色YH-9618彩色YH-9616影像傳感器Pick up Element1/4CCD影像圖素Number of pixels510(H)492(V)ELA 500(H)582(V)CCIR 清晰度Resolution400TV380TV最低照度 Min.Illumination2Lux/F2.0(F=f/D,f焦距，D有效口徑）信噪比S/N Ratio優(yōu)于46db電子快門Electronic Shutter 1/50(

12、60)to1/100,000背光補(bǔ)償Backlight Compensations數(shù)位處理AUTO 電源Power Supply帶穩(wěn)壓直流DC12V10%工作溫度Operation Temp-20+50白平衡White Balance自動(dòng)AUTO同步系統(tǒng)Sync System自動(dòng)AUTO重量Weigh 380公克尺寸Dimensions(mm)60(寬)50（高）102（深）數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)攝像管p攝像機(jī)中利用電子束掃描把景物的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種真空電子管。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)攝像管類別n氧化鉛攝像管n具有良好的光電特性，靈敏度和分辨率高，靶面的均勻性好。n硅光導(dǎo)管攝像管n具備

13、低照度下的高靈敏度性能，能跟上運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)而沒有拖尾的現(xiàn)象，而且拍攝高亮度下的物體。但是分辨率較低。n固體器件攝像管n光電轉(zhuǎn)換過程是在一個(gè)半導(dǎo)體硅片上完成的nCCD攝像機(jī)，具有體積小、重量輕、耗電少、壽命長、重合精度高等優(yōu)點(diǎn)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)、黑白圖像的信號(hào)產(chǎn)生圖2-4 光導(dǎo)管攝像機(jī)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像形成ABCN圖2-5 電子束的掃描方式(a)逐行掃描12345(b)隔行掃描從AB稱行掃描正程；從BC稱為行掃描逆程；從AN稱幀掃描正程；從NA稱為幀掃描逆程。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)、攝像機(jī)參數(shù)的確定設(shè)電視有效畫面高度為h，每個(gè)象素可以看作一個(gè)邊長為a的小正方形，觀看者距離電視屏的距離

14、為s。人眼的極限分辨率為（=1），此時(shí)正好看見a高度時(shí)有：2s2/a)2(tgs2/h)2(tg觀看者對(duì)整個(gè)畫面的視角為 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)算若取s=5.5h（通常建議電視的觀看距離為56倍電視畫面高度），則近似10。攝像機(jī)的掃描行數(shù)Z：600/a/hZ畫面最少像素總數(shù)N：52108 . 4h/bZNh/b是屏幕的有效寬高比，一般為4/3 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)參數(shù)PAL制式規(guī)定電視畫面掃描行為625，NTSC規(guī)定為525。而經(jīng)圖像板數(shù)字采樣后，得到的是512512的方陣。圖像總數(shù)被稱為“圖像的空間分辨率圖像的空間分辨率”。幀頻為f=16Hz時(shí)，人眼就可以感到畫面有連續(xù)性和自然性。但

15、此時(shí)畫面亮度的突變會(huì)產(chǎn)生視覺上的“閃爍感”。只有在f50Hz時(shí)，這種閃爍感才消除。因此目前PAL規(guī)定f=50Hz，即每秒鐘提供50幅畫面；NTSC規(guī)定f=60Hz。在電視圖像研究中，人眼的這種視覺特性稱為“時(shí)間平均效應(yīng)時(shí)間平均效應(yīng)”，幀頻f稱為“圖圖像的活動(dòng)分辨率像的活動(dòng)分辨率”。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖像“帶寬”分析 設(shè)z為圖像的掃描行數(shù)，k為顯示屏的寬高比（4/3），則kz可以表示一行的像素?cái)?shù)。如一行圖像信號(hào)變化的次數(shù)為kz/2，則一幅圖像為kz2/2，一秒鐘內(nèi)為fmax2/fkzf2maxPAL制式中，z=625,f=50Hz，則fmax=13MHz。這個(gè)參數(shù)可以看作圖像信號(hào)的頻帶寬度（

16、帶寬）。 逐行掃描改成“隔行掃描”（interleaved scan），使掃描頻率下降為25Hz。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)、彩色圖像獲取n同時(shí)攝像方式n依次攝像方式數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（1）同時(shí)攝像方式n三管攝像機(jī)。n分光鏡把被攝物體分為紅、綠、藍(lán)三種基色，n三支攝像管同時(shí)攝取紅、綠、藍(lán)三幅圖像。n三基色同時(shí)攝取的方式，廣播級(jí)的電視領(lǐng)域，高性能的氧化鉛攝像管。n缺點(diǎn)是系統(tǒng)體積大，造價(jià)高。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（2）依次攝像方式n又稱“時(shí)間分割方式”，按照時(shí)間的順序依次攝取紅、綠、藍(lán)三基色。n單管彩色攝像機(jī)，只用一支彩色攝像管來完成彩色圖像的光電轉(zhuǎn)換，“單管機(jī)”。n優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、制造

17、成本低、彩色重合性好、調(diào)整維修簡便等。n缺點(diǎn)：是靈敏度、分解力和信噪比較低n多于工業(yè)、教學(xué)和家庭數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)、信號(hào)輸出n攝像機(jī)一般有四組輸出n（1）圖像輸出，直接接監(jiān)視器，用來觀察被攝對(duì)象；n（2）復(fù)合視頻圖像輸出；n（3）復(fù)合同步信號(hào)輸出；n （2）、（3）同時(shí)使用，連接到圖像采集卡。n（4）用三基色RGB輸出的彩色圖像信號(hào)，可連接到圖像采集卡。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.2.5掃描儀掃描儀原稿線陣CCDA/D及圖像處理控制部分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)去計(jì)算機(jī)長光管光源光學(xué)鏡頭圖2-6 CCD掃描儀的系統(tǒng)框圖數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)采用半導(dǎo)體隔離CCD 采用硅氧化物隔離CCD 手持式掃描儀手持式掃

18、描儀饋紙式掃描儀饋紙式掃描儀 鼓式掃描儀鼓式掃描儀 平臺(tái)式掃描儀平臺(tái)式掃描儀 :采用CCD/CIS技術(shù) 大幅面掃描儀大幅面掃描儀 底片掃描儀底片掃描儀 (膠片掃描儀 ) 筆式掃描儀筆式掃描儀 條碼掃描儀條碼掃描儀 實(shí)物掃描儀實(shí)物掃描儀 3D3D掃描儀掃描儀 Canon 656U采用CIS技術(shù) 掃描儀主要類型數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)平臺(tái)式掃描儀數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)掃描儀工作原理n副掃描n掃描 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)掃描儀圖像處理n陰影校正n解決光照不均勻的問題n背景校正n由于底稿顏色不同、字跡深淺不一，造成圖像信號(hào)電平變化范圍很大，這樣不利于數(shù)模轉(zhuǎn)換和有用信號(hào)的合理分布n分辨率處理n常采用微分電

19、路對(duì)CCD輸出的信號(hào)進(jìn)行邊緣增強(qiáng)，并用抖動(dòng)電路來增強(qiáng)圖像效果數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)掃描儀的主要指標(biāo)n分辨率n每英寸點(diǎn)數(shù)DPI(Dot Per Inch)，如300、600、1200DPI等。n非專業(yè)使用，300或600DPI足夠n用于文字識(shí)別時(shí)，漢字至少要300DPI，而數(shù)字和字母只需要100 DPIn灰度等級(jí)n單色掃描儀的灰度級(jí)是指識(shí)別和反映像素點(diǎn)明暗程度的能力。每像點(diǎn)8bit編碼，可區(qū)分256個(gè)灰度等級(jí)。n彩色掃描儀掃描圖像時(shí)要對(duì)像素分色，把一個(gè)像素點(diǎn)分解為紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三基色的組合。對(duì)每一基色的深淺程度也要用灰度級(jí)表示，這就是色彩分辨率。高檔掃描儀對(duì)每一基色可識(shí)別和表達(dá)成1

20、024(10bit)灰度，處理時(shí)一般取每色8bit，能確保1680萬種顏色再現(xiàn)，真彩色數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)指標(biāo)n掃描速度n影響因素：掃描儀本身的設(shè)計(jì)、掃描時(shí)的解析度、計(jì)算機(jī)CPU的工作頻率、掃描儀與計(jì)算機(jī)的接口方式、主機(jī)RAM的容量和掃描軟件的處理能力。n接口主要有SCSI、EPP、USB等幾種。n圖像處理軟件常采用Photo Shop 和Photo Styler等專業(yè)軟件n掃描尺寸n最常見的為A4幅面的掃描儀，大型圖片A3、A1或A0掃描儀n利用軟件拼接實(shí)現(xiàn)，將大型圖片分幾次掃描，然后將幾個(gè)畫面拼接在一起。n最大掃描幅度越大，掃描儀的價(jià)格越高數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)接口nAldus、HP、L

21、ogitech等公司在1992年共同定義了TWAIN界面，軟硬件發(fā)展廠商都可以通過這個(gè)共同界面相互溝通數(shù)據(jù)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)掃描儀的應(yīng)用n灰度掃描儀最主要的應(yīng)用是OCR(光學(xué)字元識(shí)別)、黑白印刷、排版及文件檔案管理。n彩色掃描儀主要應(yīng)用于辦公室簡報(bào)、彩色排版、廣告設(shè)計(jì)等。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)表2-1三種常用的圖像輸入設(shè)備的比較設(shè)備名稱分辨率速度輸入對(duì)象圖像送入計(jì)算機(jī)的主要方式攝像機(jī)較低快 景物、圖片、文稿通過圖像采集卡掃描儀最高慢 圖片、文稿等通過自帶專用適配器數(shù)碼相機(jī)高慢 景物、圖片、文稿通過USB等串口數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.2.6圖像采集卡圖像采集卡n對(duì)視頻信號(hào)解碼、數(shù)字化的專用

22、設(shè)備 n安裝在計(jì)算機(jī)中 n圖像采集卡的結(jié)構(gòu)決定了圖像系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。n硬件結(jié)構(gòu)主要有面向圖像幀存和面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存兩種方式。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)1、面向圖像幀存的圖像卡結(jié)構(gòu)視頻源數(shù)字化設(shè)備圖像幀存微機(jī)接口微機(jī)圖像顯示監(jiān)視器圖2-7 面向圖像幀存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)PCVISION圖像卡視頻源A/D幀存LUTD/A監(jiān)視器PC存儲(chǔ)體映射圖2-8 PCVISION圖像卡邏輯圖美國Image Technology公司 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)LUT012.255Rr.012.255Gg.012.255Bb.圖2-9 LUT構(gòu)成數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)（2）DT2871真彩色圖像卡圖2-

23、10RGBRGB轉(zhuǎn) 換HSI幀存1幀存2幀存3幀存4H S I轉(zhuǎn) 換RGB圖形疊加外部端口入外部端口出A/DA/DA/DRGBA/DA/DA/DI/O控制IBM PC 總線數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2、面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像卡基本結(jié)構(gòu)視頻源圖像數(shù)字化微機(jī)接口微機(jī)內(nèi)存微機(jī)顯存圖2-11 一般的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)圖2-12 帶硬件處理的面向計(jì)算機(jī)內(nèi)存的圖像硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)視頻源圖像數(shù)字化微機(jī)接口微機(jī)顯存幀存硬件處理微機(jī)內(nèi)存硬件處理常包括卷積、分割、圖像加減、灰度變換等 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)3、視頻采集卡n視頻采集n將視頻源的模擬信號(hào)通過處理轉(zhuǎn)變成數(shù)碼信息，并將這些數(shù)碼信

24、息存儲(chǔ)在電腦硬盤上的過程。n模擬數(shù)碼n采集芯片n較高檔的采集卡，硬件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)壓縮處理n通過計(jì)算機(jī)上的CPU進(jìn)行軟件壓縮 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.3 數(shù)字圖像存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)字圖像存儲(chǔ)設(shè)備n（1）用于處理時(shí)的短期快速存儲(chǔ)n計(jì)算機(jī)內(nèi)存，另一種是幀存n（2）關(guān)系到快速調(diào)用的在線存儲(chǔ)n主要考慮速度，常采用磁盤n（3）大容量的檔案存儲(chǔ)n主要考慮存儲(chǔ)容量，一般采用磁帶、光盤n存儲(chǔ)的容量以字節(jié)（B）、千字節(jié)（KB）、兆字節(jié)（MB）、吉字節(jié)（GB）、太字節(jié)（TB）為單位數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.3.1圖像幀存儲(chǔ)體圖像幀存儲(chǔ)體n圖像幀存儲(chǔ)體（frame buffer 或frame store memory），簡稱為

25、幀存（FB），n是指至少能存儲(chǔ)一幀電視圖像，并能按照一定的速率顯示所存儲(chǔ)圖像的由半導(dǎo)體存儲(chǔ)器芯片組成的存儲(chǔ)裝置。n計(jì)算機(jī)顯存和圖像卡上的存儲(chǔ)數(shù)字圖像的半導(dǎo)體緩存，都可以稱為幀存。n幀存主要用于解決快速的視頻數(shù)據(jù)流（如bit/100ns）和計(jì)算機(jī)慢速的數(shù)據(jù)傳輸速率之間的矛盾數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類 nDRAM( dynamic random access memory)n整體的功耗低、體積小、價(jià)格便宜n電路復(fù)雜 nVRAM( video RAM)n圖像圖形系統(tǒng)的專用存儲(chǔ)芯片，雙端口存儲(chǔ)芯片，標(biāo)準(zhǔn)的DRAM/SAM( serial access memory)。n構(gòu)成幀存時(shí)電

26、路簡單，SAM端口，簡化了與A/D、D/A高速數(shù)據(jù)流相關(guān)的讀寫電路n價(jià)格較貴，存儲(chǔ)容量一般不如DRAM。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)構(gòu)成幀存的存儲(chǔ)器芯片種類2nSRAM( static RAM) nSRAM芯片時(shí)序簡單、讀寫周期快n價(jià)格高、容量低、功耗大，一般不用來構(gòu)成常規(guī)的幀存，而用來在高速圖像系統(tǒng)中構(gòu)成高速幀存。 數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.4 數(shù)字圖像處理設(shè)備數(shù)字圖像處理設(shè)備n通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有以下四類：nApple Macintoshn包括其內(nèi)置的操作系統(tǒng)軟件及用戶接口；nIBM PC兼容機(jī)n使用磁盤操作系統(tǒng)（DOS，Microsoft Windows系列)；n圖形工作站n使用UNIX操作系統(tǒng)，

27、或 X WINDOWS環(huán)境；n大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)n擁有大量的資源并被許多用戶通過遠(yuǎn)程工作站共享。n各系統(tǒng)也通過網(wǎng)絡(luò)共享資源和數(shù)據(jù)。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)實(shí)時(shí)處理n系統(tǒng)的處理速度和圖像的實(shí)際變化的速度一致nPAL制式電視圖像按40ms/幀的速率變化，處理速度也應(yīng)為40ms/ 幀數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)硬件結(jié)構(gòu)層次n三個(gè)層次-n初級(jí)處理n中級(jí)處理n高級(jí)處理數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)典型的初級(jí)處理系統(tǒng)典型的初級(jí)處理系統(tǒng)-DT2858外部端口輸入25632bit直方圖表625616bit轉(zhuǎn)換表16bitALU51251216bit幀存儲(chǔ)體外部端口輸出8bit出到28518bit入自2851直方圖發(fā)生器16bit

28、幀存儲(chǔ)體除法邏輯I/O控制IBM PC AT 總線圖2-13 DT2858圖像加速卡框圖數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.5圖像輸出設(shè)備圖像輸出設(shè)備n圖像的顯示方式n永久性系統(tǒng)，改變了記錄媒體的光吸收特性，留下圖像的硬拷貝，如照片、膠片、打印紙等。n暫時(shí)顯示設(shè)備，在圖像顯示器上留下瞬間的影像，如圖像監(jiān)視器、投影儀等。n圖像顯示系統(tǒng)最重要的顯示特性n圖像的大小、光度分辨率和空間分辨率、高低頻響應(yīng)特性和噪聲特性。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)2.5.1暫時(shí)顯示設(shè)備暫時(shí)顯示設(shè)備n電視監(jiān)視器n黑白/彩色n主要指標(biāo)有掃描制式、清晰度、掃描線性度、屏幕尺寸等。n掃描制式一般是是符合國際電視標(biāo)準(zhǔn)的單制式，PAL/NTSC/

29、SECAM等，分辨率較低。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)監(jiān)視器的輸入信號(hào)形式不同n外同步方式：n輸入視頻信號(hào)/同步信號(hào)。n內(nèi)同步方式：n輸入全電視信號(hào)，而同步信號(hào)和視頻信號(hào)由監(jiān)視器內(nèi)部電路進(jìn)行分離得到。n須注意圖像采集卡與顯示器的兼容性問題。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)黑白電視信號(hào)特點(diǎn)n我國的，每秒傳送25幅畫面，每幅畫面625行，采用隔行掃描方式分成兩場(chǎng)，每場(chǎng)312.5行，其中25行是場(chǎng)消隱時(shí)間，因此每場(chǎng)的有效信號(hào)是287.5行。n視頻帶寬為6MHz，建議傳輸帶寬也為6MHz。數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)彩色電視制式nNTSC制n（National Television Systems Committee）n1

30、953年，美國正式發(fā)布n色度信號(hào)，正交平衡調(diào)幅制n最先創(chuàng)建了兼容性同時(shí)制（攜帶彩色圖像的亮度和色度信息的三個(gè)信號(hào)同時(shí)傳送）的彩色電視，為近代彩色電視制式與技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。n主要用于美國、日本和加拿大等國數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)電視制式2n帕爾（PAL）制n相位逐行交變（Phase Alternation Line）n聯(lián)邦德國的布魯赫，1962年n兩個(gè)色差信號(hào)也采用正交平衡調(diào)幅的調(diào)制方法，其中一個(gè)色差信號(hào)調(diào)幅波（R-Y）逐行倒相。n主要用于西歐、澳大利亞、非洲和中東部分國家，中國也采用PAL制數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)電視制式3n塞康（SECAM）制n順序傳送彩色和存儲(chǔ)（Sequence de Coulenurs avec Mcmoire）的法文縮寫n195