第2章 图像数字化.ppt

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1、第2章　图像数字化2.1　概述计算机只能处理数字图像，而自然界提供的图像却是其他多种形式的。因此，用计算机处理图像的第一步就是对各种图像进行数字化，这要通过图像数字化器来实现。12.1.1　图像数字化器的组成1、采样孔：使数字化设备能够单独观测特定的图像元素而不受图像其它部分的影响。2、图像扫描机构：使采样孔按照预先确定的方式在图像上移动，从而按顺序观测每一个像素。3、光传感器：通过采样孔测量图像的每一像素的亮度。它通常是一个将光强转换为电压或电流的变换器。由如下5个部分组成：采样孔、图像扫描机构、光传感器、量化器、输出存储体24、量化器：将传感器输出的连续量转化为整数值，

2、如A/D电路，它产生一个与输入电压或电流成比例的数值。5、输出存储体：将量化器产生的灰度值按适当格式存储起来用于后续机算机处理。可以是固态存储器、磁盘或其他。32.2　图像数字化器的性能像素大小：采样孔的大小和相邻两像素的间距。图像大小：允许输入的图像大小（对输出而言，图像大小由最大行数和每行最大像素数决定）。被测的局部特征：图像数字化器所测量和量化的实际物理参数（如对胶片的透射率或光密度进行测量和量化，两者都是软片的黑度或亮度的函数）。线性度：数字化的线性程度（非线性数字化器会影响后续过程的有效性）。噪声：一幅均匀的灰色图像，输入亮度是常数，但系统固有噪声会使输出图像的灰

3、度发生变化。42.3　图像数字化器的类型早期多用胶片扫描仪，现在多用数字摄像机、数字相机。它们都具有与计算机的通信接口，但接口方式可以有多种，如串口（RS-232）、并口、通用串行总线接口（USB）、IEEE1394（i-Link）接口等。5扫出数字化：整个物体或软片图像被照亮，但采样孔每次只采一个样点（像素），如下图所示。2.3.1　扫入与扫出数字化6扫入数字化：物体每次只有一小点被照亮，所有传过来的光线被传感器收集，物体被照明光线扫描。传感器“看到”整个场景，如下图所示。当胶片的某个局部密度较高时，其透光性就差，收集到的光就较弱，使传感器输出弱信号。反之亦然。7扫入与扫

4、出的结合：物体被运动的点照亮，并由一个跟随该点运动的采样孔采样，这样的系统因此减少了系统的眩光效应，在显微图像的数字化中有一些应用。但系统相对复杂，对采样点的跟踪较难。82.4　图像数字化器的组成元件图像数字化器主要由光源、传感器和扫描系统组成，光源或光传感器必须位于一个采样孔之后。2.4.1　光源白炽灯：用于照射要进行数字化的物体或图像。在扫入系统中，光源（包括LED）可通过透镜形成亮点。激光器：产生高度集中的光线。荧光物质：电子束轰击荧光屏产生光点。发光二极管（LED）：通常是砷化镓二极管。92.4.2　光传感器光传感器的工作原理：根据照射其上的光的强度按比例产生一个电

5、信号。变化的光强电信号输出光传感器10光电发射器件（光电倍增管）：1)足够能量的光子撞击充以负电荷的光阴极，释放出电子。2)电子被后续各级正压加速，撞击出更多次生电子（即“倍增”）。3)这些电子最终被阳极收集，在外部电路中产生电流I（该电流与入射的光通量成正比，被外部电路检测、采样、量化）。光电倍增管具有高敏感度，在弱光下非常有用。11硅传感器：每个硅原子都在三维矩阵晶格中与6个相邻硅原子以共价键结合。而高能量入射光会破坏共价键组合，使其释放电子，留下“空穴”。在硅的表面沉积薄金属，并充以正电，即可形成收集被光子释放的光电子的势阱。传感器阵列中每个势阱对应于一个像素。势阱曝

6、光过度会产生过多电子，蔓延到相邻势阱，导致图像扩散型模糊。热激发产生暗电流（即使在无光照时）。12光敏二极管：光敏三极管：132.4.3　扫描机制使扫描或照明点（spot）沿图像移动，从而实现遍历每一个像素的过程，以输出整幅图像。扫描分机械扫描与电子扫描两大类。14机械扫描装置15电子扫描装置162.5　电子成像管摄像机早期成像器件，现已极少见，略。172.6　固态摄像机2.6.1　光电二极管阵列多用于线扫描，也可以用于面扫描，现已不用。但相反的过程仍用于大屏幕显示。182.6.2　电荷耦合器件（CCD）全帧CCD：曝光之后，全帧CCD必须在读出过程中关闭快门，以使其保持黑

7、暗，然后把底行电荷移出（每次移一个像素），底行移空后，所有行电荷向下移一行，直至全空。然后准备累积下一幅图像。行间传送CCD：偶数列被不透明掩膜覆盖。曝光后，每一个曝光势阱中的电荷包被移到相邻掩膜阱中（所有电荷组一起移动，时间短）光曝露的势阱在累积下一幅图像时，掩膜阱中的电荷被移下、移出。19帧间转移CCD：CCD芯片上有双倍面积的传感器阵列，上面的光敏区获取图像，下面的存储区有掩膜。累积期结束时，光敏区累计的整个电荷图像被一行行快速移入存储区，当光敏区累积下一幅图像时，存储区中的图像电荷一行行被移出。帧行间传送C