数字图像处理：第二章 图象获取、显示、表示与处理
第二章?圖象獲取、顯示、表示與處理
圖象獲取是圖象的數字化過程，顯示則是將數字圖象轉化為適合人們使用的形式，而處理是通過軟件對圖象進行變換操作的過程。
目錄
參考文獻
作業
1.圖象獲取
圖象獲取也就是圖象的數字化過程，即將圖象采集到計算機中的過程，主要涉及成像及模數轉換（A/D Converter）技術，曾經是很昂貴的，一直是擋在普通用戶面前的難以逾越的主要障礙之一，隨著計算機與微電子特別是固體成像設備（電耦合設備CCD(Charge Coupled Devices) ）的快速發展，使得圖象獲取設備的成本顯著降低，因而越來越普及，不久的將來將成為高檔微機的內置設備。
以CCD技術為核心，目前圖象獲取設備有黑白攝象機、彩色攝象機、掃描儀、數字相機等，性能與價格主要取決于CCD的規格，如尺寸等。除了這些常見的類型外，目前有許多廠商提供各種其它的專用設備，如顯微攝象設備、紅外攝象機、高速攝象機、膠片掃描器等等。此外，遙感衛星、激光雷達等設備提供其它類型的數字圖象。
目前，圖象的數字化設備可分為兩類，一類是基于圖象采集卡或圖象卡將模擬制式的視頻信號（RS170/CCIR黑白電視信號，PAL/NTSC彩色電視信號，S-Video視頻信號等）采集到計算機，另一類是攝象機本身帶有數字化部件可以直接將數字圖象通過計算機端口（如并口、USB接口）或標準設備（如磁盤驅動器）傳送進計算機。
圖象卡仍是目前專業中常用的圖象數字化設備，目前低端的圖象采集卡一般不具有圖象幀存體而是直接將圖象采集到計算機的內存中以供處理，如加拿大Matrox公司的Metero-II采集卡，高端的圖象卡是集采集和處理于一身的昂貴的非標準配件，如Matrox公司的Genesis圖象卡，具有幀存體和數字信號處理器DSP及鄰域處理加速器NOA，用于開發高速或實時處理應用。此外，還有一類普及型的多媒體視頻采集卡，如寶獅Boser602，主要用于視頻會議、視頻郵件等應用。最后，還應提到的是一類多媒體應用中使用的壓縮卡，如AV8 MPEG壓縮卡，可以將視頻壓縮成MPEG-I格式，主要用于VCD制作和視覺保安系統中，當然也具有圖象采集功能。后兩種都支持微軟的VFW（Video For Windows）標準。此外，高檔的壓縮卡，如RT2000壓縮卡可以將視頻壓縮成MPEG-II格式等，影視制作行業還有各種高性能的圖象及視頻編輯設備等。
近年來，數字相機及數字攝象機技術迅猛發展，由于不需要其它數字化設備的支持，且具有更高的分辨率及編輯、使用方便等特點，有望逐步取代目前模擬攝象機的地位。但目前價格對普通用戶而言還相對過高。應該指出的是傳統的膠片相機和攝象機仍有其優勢，特別是在分辨率上目前的數碼影象采集設備還有相當的差距，例如傳統的35mm膠卷數字化需要至少4000′4000分辨率以保持原有的信息，目前這種層次的專業級數碼相機還十分昂貴，難以普及，更不用說如此巨大的數據量在存儲和處理上的所面臨的挑戰是艱巨的。
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若干專業術語：
CCD：電荷耦合器件，可看成間隔很小的MOS電容器、單片陣列構成移位寄存器，通過充電積累電荷。
A/D、采樣、量化
Video信號、同步、信噪比SNR
電視制式、幀、場、隔行（Interlace）掃描、寬高比（aspect ratio）
PAL：25幀/秒，奇數場、偶數場（1/50 s/f,625行）
NTSC：30幀/秒，奇數場、偶數場（1/60 s/f,525行）
掃描儀：分辨率dpi(dot per inch)
遙感(Remote Sensing)
其它資料：圖象獲取，攝象機
2.圖象顯示
顯示是將數字圖象轉化為適合人們使用的形式，便于人們觀察和理解。早期的圖象處理設備一般都有專門的圖象監視器供顯示專用，目前一般直接用計算機的圖形終端顯示圖象，圖象窗口只是圖形用戶界面的一個普通的窗口。為方便處理，通常圖象都表現為一矩形區域的位圖形式（Bitmap format）。
CRT顯示(Cathode Ray Tube)
方向比 （4:3）1024x768, 800x600
分辨率，象素，調色板(查找表)
gamma 校正 （常問的問題?gamma校正?解釋）
打印
分辨率，空間
灰度→區域上點數
圖案法
抖動法
基本方法：混色
3.圖象表示
基本概念
灰度圖象：也稱單色圖象(Monochrome image)，通常每個象素用一個字節來表示。
灰度級：表示象素的灰度范圍，如1Byte/pixel是256級灰度。
分辨率：用來描述數字圖象所表示的空間細節的程度（高或低），如與設備無關的分辨率表示：象素的個數MxN，以及與設備有關的表示，如dpi(dot per inch)，pixel/mm line.
亮度和對比度：是人眼感知物體的主觀度量。亮度即明亮程度通常用照度度量，而對比度與物體相對于背景的亮度差別有關，一般用差別與背景的亮度的比值來衡量。
光譜
彩色圖象：通常真彩色用三字節的R，G，B來表示，即8:8:8=24位。另外，彩色有多種不同的表示方式，例如，YUV（PAL制式）,YIQ（NTSC制式）,HSI表示。
R、G、B （三基色波長（CIE）Blue: 435.8nm, Green: 546.1nm,Red: 700nm）
彩色空間
調色板（palette）：圖象的色彩索引表。若圖象的色彩數遠小于全色彩數時，當每個象素的值用色彩索引表的位置表示就可以大大節約存儲空間。這種技術常用于各種圖象的存儲格式中，如bmp,tif,gif等。（圖象表示用到調色板時，象素值是palette的地址）
HSI模型 基于人類對顏色的感覺，HSI模型描述顏色的三個基本特征(摘自Adobe Photoshop Help)：
- 色相是從物體反射或透過物體傳播的顏色。在?0 到 360 度的標準色輪上，色相是按位置度量的。在通常的使用中，色相是由顏色名稱標識的，比如紅、橙或綠色。
- 飽和度，有時也稱彩度，是指顏色的強度或純度。飽和度表示色相中灰成分所占的比例，用從?0%（灰色）到 100%（完全飽和）的百分比來度量。在標準色輪上，從中心向邊緣飽和度是遞增的。
- 亮度是顏色的相對明暗程度，通常用從?0%（黑）到 100%（白）的百分比來度量。
光度學概念（Photometrics）?輻射及光度學經常問到的問題（Radiometry and Photometry FAQ）
色彩(Color Information,Color Quantization,Palettes)（http://www.efg2.com/lab/library/color.htm）
表面反射(Shape Reflectance)?色彩與反射（Color and Reflectance）
有關色彩的經常問到的問題(Poynton's Color FAQ)
有關不同色彩表示系統的轉換（HSV-RGB）和其它
攝像機成象模型（幾何）
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凸透鏡成象公式?,物距u, 像距v, 焦距f
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一種常用的簡化模型，稱為針孔模型（也稱針眼模型或小孔模型），其推導如下：
這種簡化了的攝象機模型，實際上是假設只有光心處有光通過，圖象聚在像平面上：
可見成像的過程中，丟失了深度信息。
網上相關資料：
眼睛成像與攝象機成像（Image formation in the eye and the camera）http://www.dai.ed.ac.uk/CVonline/LOCAL_COPIES/OWENS/LECT1/node2.html
成像幾何（Imaging geometry）?3x4投影矩陣?眼睛與圖象的成像幾何
運動序列
攝像機或物體運動時，空間點P及其像點P皆是時間的函數
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任一點在時空（Spatial-Temporal space）中劃出一道軌跡，反映了相對運動和點的三維坐標。
沿X?軸勻速平移：設?t=0 時，P點坐標為（X,Y,Z）
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關于 t?的微分:?
因而，深度（depth），或稱距離（range）：
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由此可見， 利用運動信息可以恢復出深度，這是 運動視覺的經典問題之一。
立體視覺（stereo vision）
如上圖所示，設空間一點P(X,Y,Z)在兩個平行放置的完全相同的攝象機中像點分別是(x1,y1).(x2,y2),則在知道基線長B和焦距f的情況下，可以計算出深度
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這是雙目立體視覺的基本原理，即根據視差來恢復立體信息。
成像幾何和圖象處理的關系
立體視覺：關鍵問題是對應點問題correspondence problem, 也就是尋找匹配的問題matching。
運動視覺：研究序列圖象間的對應問題，主要問題是匹配。對于瞬時間的圖象，即間隔時間很短圖象序列，可以通過求解光流方程的方法尋找對應，其前提假設是極短時間內像點的灰度保持不變，只存在位置變化。
平面圖象表示（光學特性）
圖象上象素光的強度（Intensity）是位置(x,y)，時間t和光的波長l的函數。
黑白圖象（灰度圖象）gray level image，grayscale image，
在時刻t，圖象位置(x,y)上，象素值等于不同光波光強在其上的加權和，其中權值為相對視敏函數，表示傳感元對光波入的敏感性，即由光子轉為電子的能力。
彩色圖象。（彩色：白光（全光譜）照射在不同反射特性物體上的反射光，三基色原理，只要測量R，G，B三種波長的反射光即可。
其中
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4.圖象處理
圖象輸入輸出（攝象機、掃描儀、多媒體視頻卡、圖象板、數字相機）
圖象表示、轉換（文件格式、幾何變形、亮度及對比度調整、剪貼）
圖象處理、分析（檢測、測量、特征提取、圖象壓縮、幾何校正）
圖象理解、解釋（模式識別，3D建模）
作業
參考文獻
//about color
http://www.insteam.com/LauraFunderburk/spectrum.htm
http://eleceng.ukc.ac.uk/~rls3/Frame1.htm
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清華大學計算機系 艾海舟
最近修改時間：2000年1月10日
http://media.cs.tsinghua.edu.cn/~ahz/digitalimageprocess/chapter02/chapt02_ahz.htm
總結
以上是生活随笔為你收集整理的数字图像处理：第二章 图象获取、显示、表示与处理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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