數(shù)字圖像處理的硬件

輸入部件是一個(gè)圖像處理的信號(hào)來源，此信號(hào)的質(zhì)量將影響總體處理效果，其中最主要的問題是輸入設(shè)備引入了噪聲。因此，任何圖像處理系統(tǒng)都為去除這種噪聲做許多工作。例如，氣象衛(wèi)星接收天線下面，在進(jìn)入圖像處理系統(tǒng)之前需要用液氮冷凍的低噪聲放大器，一般系統(tǒng)常采用攝像機(jī)作為圖像輸入部件，其噪聲指標(biāo)是影響圖像處理系統(tǒng)工作的關(guān)鍵指標(biāo)。高檔相機(jī)的低噪性使圖像的灰度分辨率提高，從而能獲得圖像中的微弱灰度變化信息。例如，光學(xué)視覺系統(tǒng)灰度分辨率需256級(jí)，即2⁸，它對(duì)輸入噪聲的要求控制極高，這往往作為一項(xiàng)專門的技術(shù)攻關(guān)難題去處理，其次是空間分辨率，它取決于應(yīng)用的需求。作為一個(gè)通用圖像處理系統(tǒng)，常用的空間分辨率為512×512。此外，在圖像獲得時(shí)A／D轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)應(yīng)滿足與計(jì)算機(jī)時(shí)鐘嚴(yán)格鎖相等的要求。

常用輸入設(shè)備有以下幾種類型。

·光一機(jī)械式——有光機(jī)鼓、激光掃描儀、光學(xué)讀入器和微密度計(jì)等。

·電子束式——有電視攝像管、飛點(diǎn)掃描儀和彩色飛點(diǎn)掃描儀等。

·固態(tài)器件——以電荷耦合器件為主體的輸入設(shè)備（CCD攝像機(jī)）得到廣泛的應(yīng)用，它具有空間分辨率高、位置線性好、體積小等優(yōu)點(diǎn)。另外，它與電子束式攝像機(jī)相比，突出的優(yōu)點(diǎn)是能在低照度下工作。

·圖像存儲(chǔ)部件。

圖像存儲(chǔ)部件的選用應(yīng)滿足以下各項(xiàng)要求。

·三端存儲(chǔ)體結(jié)構(gòu)要適應(yīng)快速存取。

·容量要大——通常存儲(chǔ)512×5l2×8 bit的一幅圖像為一個(gè)體，圖像存儲(chǔ)器要求有許多這樣的體，故容量要大。

·地址數(shù)據(jù)的管理應(yīng)靈活——除了三端要求之外，還可以按位存取、按面存取和局部存取，同時(shí)對(duì)存儲(chǔ)體各部分的與、或、加、減、拼接、上下左右滾動(dòng)等應(yīng)靈活，用CRT指示的對(duì)存儲(chǔ)器的搜索管理的靈活性也應(yīng)考慮。

（2）圖像處理器

以軟件處理為主的圖像處理系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)的速度、內(nèi)存、功能都要求較高，若出現(xiàn)速度達(dá)不到要求，就改換算法或更換為更高檔的計(jì)算機(jī)。對(duì)于圖像計(jì)算機(jī)類型的圖像處理系統(tǒng)，則可以對(duì)計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)要求低些。但以上兩種類型都要求計(jì)算機(jī)能擴(kuò)展多種外設(shè)，諸如磁帶、磁盤、光盤以及鼠標(biāo)滾動(dòng)球和數(shù)字化板等，以使圖像處理操作更加靈活。

（3）圖像輸出設(shè)備

輸出設(shè)備的目的有兩個(gè)：一個(gè)是將處理前后或處理中間結(jié)果的圖像顯示出來，供分析、識(shí)別和解釋；另一個(gè)是制成硬拷貝或以數(shù)據(jù)的形式記錄下來永久保存。中間顯示設(shè)備多數(shù)用CRT顯像設(shè)備，當(dāng)分辨率較低時(shí)，用電視的CRT顯示，而當(dāng)分辨率超過通用電視時(shí)，多采用專門設(shè)計(jì)的顯示器。液晶型顯示設(shè)備以其體積小、易攜帶等優(yōu)點(diǎn)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。CRT液晶顯示的空間分辨率和灰度分辨率仍是兩個(gè)主要選樣指標(biāo)。

作為硬拷貝的輸出設(shè)備有飛點(diǎn)掃描器、光機(jī)鼓形掃描器、激光掃描器及各種打印和噴墨輸出設(shè)備等。這些設(shè)備的灰度分辨率和彩色的鮮明度都已達(dá)到了實(shí)用水平。另外，也可用錄像、攝影以及一次成像的普通照相機(jī)等得到圖像處理的硬拷貝。

（4）典型的圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

原始的圖像數(shù)據(jù)通過圖像輸入部件進(jìn)入到圖像處理器中，如果圖像原始輸入是模擬信號(hào)，則要通過圖像采集卡把連續(xù)的模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字圖像信號(hào)。也是說，圖像輸入到計(jì)算機(jī)的是模擬信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)，但是圖像采集卡處理的信號(hào)一定是數(shù)字信號(hào)，其輸出的信號(hào)能直接被計(jì)算機(jī)接收，從圖像采集卡中輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入到微型計(jì)算機(jī)后，微型機(jī)算機(jī)的擴(kuò)展槽上插有帶幀存體的采集卡，該幀存體接收從圖像采集卡傳入的數(shù)據(jù)，然后送入到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，于是計(jì)算機(jī)內(nèi)存開始處理內(nèi)存中的圖像數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)處理完成后，計(jì)算機(jī)將把處理完的數(shù)據(jù)又送回幀存體，同時(shí)把結(jié)果也送到顯示器上，以方便用戶對(duì)處理結(jié)果的監(jiān)控。對(duì)于直接使用內(nèi)存的采集卡，則只需要和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。計(jì)算機(jī)的內(nèi)存越大，CPU的運(yùn)算速度越快，則圖像的處理速度就越快。幀存體獲得來自計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果后，將其數(shù)據(jù)傳送到圖像的輸出部件，其原理圖如圖所示。

圖 典型圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖像的輸出是圖像處理的最終目的。從廣義的角度講，圖像的輸出形式可以分為兩種：一種是根據(jù)圖像處理的結(jié)果作出判斷或者執(zhí)行調(diào)整，例如，質(zhì)量檢測(cè)中的合格與不合格，光學(xué)視覺系統(tǒng)的貼片頭根據(jù)圖像處理調(diào)整貼片頭的空間姿態(tài)，當(dāng)然它的輸出不一定以圖像作為最終形式，而只需提示供人或機(jī)器進(jìn)行選擇。這種提示可以是計(jì)算機(jī)屏幕信息，是電信號(hào)的高低，這樣的輸出往往用于成熟研究的應(yīng)用上；另一種則是以圖像為輸出形式，它包括中間過程的監(jiān)視以及結(jié)果圖像的輸出。

總之，在數(shù)字圖像處理的硬件中，圖像處理的速度和硬件的性能直接相關(guān)，當(dāng)然，也和圖像處理軟件的處理速度密不可分。

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