第3章影象的獲取技術

2022-12-13 16:36:02 字數 3055 閱讀 1530

影象的獲取技術是實現準確記錄畫面這一目的。

數字影象的獲取技術主要有兩個方面;

1. 光學畫面的獲取技術

2. 數字影象檔案的獲取技術

由光學可知,清晰的影象首先取決於成像過程中準確的光程關係,即畫面聚焦,使感光材質處於焦平面,否則獲取的影象將是「模糊」的,沒有清晰度可言。

設: u(物距);v(像距);f(透鏡焦距)則有:

1/f =1/u+1/v

公式變形後可以得到 f=uv/(u+v) 或 v=uf/(u-f)

即:聚焦主要由調整像距完成

對業餘裝置而言,多採用自動聚焦工作模式,有所謂 「面部識別」的自動聚焦系統和「像場固定點」 的自動聚焦系統。

對專業裝置而言,可靈活採用手工聚焦和自動聚焦兩種工作模式,有更大的自由度,能適應更靈活、更複雜的要求。

在自動聚焦方面:即有所謂 「面部識別」 的自動聚焦系統也有支援「像場多聚焦參考點」 的自動聚焦系統。

在手動聚焦方面:有「單反光程系統」支援的實時監測手動聚焦功能。

但問題還有複雜的一方面,即在大多數情況下真實的景象是三維的,我們不可能使不在同一「z」軸平面上的不同物體都準確的聚焦在乙個焦平面。也就是說一般情況下同乙個畫面上總有一些內容清晰而另一些內容不清晰。

為此引入「聚焦參考點」和「景深」 兩個解決方法。

可選的聚焦參考點: 能使我們自主決定需要畫面中那些物件(圖元)清晰。

加大景深可使畫面中清晰的空間範圍變大。

景深是焦平面前、後一段仍能較清晰成像的距離,超出這個距離物體成像將急劇變模糊。

景深的大小和鏡頭的光圈設定有關,「光圈係數」設定越大,景深也越大。

用傳統相機拍攝時,鏡頭成像在膠卷上感光,用數字相機拍攝時,鏡頭成像在影像感測器上進行光電轉換。要拍攝到影象正常的影像,必須讓相機中的膠卷或影像感測器得到合適的**量。**控制就是在拍攝時採取各項措施靈活控制**量。

一、**對影像質量的影響

**合適,即**量大小準確,使最終再現的影像影調正常,明暗反差合適,彩色影像色彩飽和;**太少,即**不足,則沖洗得到的底片影像淺淡,密度太低(俗稱底片薄),甚至於沒有影像,反差極低,畫面暗部沒有層次;**太多,即**過度,則沖洗得到的底片影像深濃,密度太大(俗稱底片厚),所得正像(如**)影像泛白,畫面高光部分無層次,彩色不飽和,整個畫面像褪了色似的。

二、影響**量的因素

拍攝時膠卷或影像感測器**量的多少取決於拍攝時的進光照度(光通量 ,單位時間內通過鏡頭的光線量 ) 及**時間,即

s= i * t/f

**量=進光照度×**時間

上式中:s為**量; i為入射光強度; f 為光圈係數; t為**時間

相機用光圈和快門分別控制進光照度和**時間, 即在入射光強度i 不變的條件下由t/f之積控制**量。其中光圈和快門還各有其它作用,如光圈具有控制**量、控制景深和減小鏡頭缺陷等作用,而**時間調整有控制**量和拍攝運動物體等作用。(膠卷或影像感測器的感光度iso也決定著得到影像所需要**量的多少)

我們人能直接感受的視覺景象都是模擬性質的,為了能利用多**技術在數字域儲存影象、處理影象,首先要做的第一步就是將其轉化為 「數字影象」, 即adc轉化(analog-to-digital converter,模-數轉換,將模擬訊號轉換為數碼訊號的轉換過程)。

數字影象的獲取主要有兩個渠道,乙個是利用數位化裝置直接由視覺景象獲取,另乙個是利用「掃瞄器」將模擬影象轉化為數字影象。

在數字**技術中有面向靜態影象和運**像的兩種adc轉換。本課程主要涉及的是面向靜態影象的adc轉換。

◆ 靜態影象的模數轉換:為解決如何完成一幅影象由模擬向數位化表示轉換的問題,它的中心仍是由連續到離散,由直接物理量表示到抽象數字編碼表示,這和數位化音訊技術即相像又有不同之處。

數位化一幅靜態模擬彩色影象的過程包含對其進行取樣處理和量化編碼處理兩個步驟。

adc過程主要包含兩個步驟,取樣和量化。它們分別使模擬訊號在時、空域和值域兩個方面由連續變為離散。其過程是先取樣後量化。

我們已知:一幅平面彩色影象是彩色的兩維空間連續函式,即 f = f(x,y)。則對影象取樣過程在空間域進行。而量化過程在色彩域(已包含亮度引數)進行。

從物理上看;這是乙個把直觀的物理量轉化為抽像的編碼資料的過程

從數學上看;這是乙個將連續函式轉化為離散的資料集的過程。

就是將連續函式f(x,y)在空間座標和彩色幅值兩方面離散並編碼。

◆取樣:

取樣的定義;以一定的間距作為空間間隔,對模擬影象進行連續的、準確的瞬間測量得到的測量值稱為樣本值和樣本值序列。

空間座標x,y的離散化問題相對簡單,以很小的△x,△y為間隔,以覆蓋全影象平面的某一取樣路徑連續取樣即可,如圖所示。

在這裡,如果x, y均為常量,即均勻取樣或稱「等間距取樣」。每乙個取樣點我們可理解為將對應乙個畫素,而整個樣本值序列組成乙個數字矩陣就對應被取樣的影象。

◆量化:

對樣本值序列如何量化要複雜一些,因為這取決於所使用的彩色空間,如果在「rgb彩色空間」,量化過程就是:先對每乙個樣本值進行三基色分解,我們可得到該畫素的三個基色值(也稱色分量),然後分別對這三個基色值使用相應的bit位再進行一定演算法的數字編碼,如此就完成了此畫素的量化,當樣本值序列中最後乙個畫素被量化後整個影象的模數轉換就完成了。

這樣的數字影象是已有模擬影象的數位化表示,被稱為點位圖(bitmap, bmp),它是多**技術中使用最廣泛的影象格式

例項:(bmp檔案容量例項24bit-等分,還有很多其它編碼演算法)

在實際操作中,我們常常使用掃瞄器完成上述adc過程。掃瞄器的工作原理主要是實現:

光訊號→電訊號→資料編碼的精確轉換,其中的關鍵技術是半導體光敏原件也稱光電藕合器或 ccd (charge coupled device, 電荷耦合裝置)。其工作原理見附錄。

例項:設取樣頻率…, 量化位取24bit位,等分演算法,三通道。

掌握:1. 了解並掌握正確光學成像的要素

2. 了解並掌握靜態數字成像的過程。

3. 了解數字相機、掃瞄器的工作原理和使用。

實踐:1. 掌握正確**的方法;時間;光圈 。

2. 掌握正確利用「景深」 。

3. 利用掃瞄器生成影象檔案,思考並體會生成影象檔案的過程。

4. 掌握調整掃瞄器引數,獲取最佳效果的影象檔案。

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