淺談數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)

馬 駿

【摘要】本文歸納了數(shù)字成像的主體技術(shù),包括圖像靜態(tài)、動(dòng)態(tài)輸入技術(shù),軟拷貝、硬拷貝輸出技術(shù),并闡述了數(shù)字?jǐn)z像機(jī)工作原理和攝像技術(shù)的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】圖像獲取 圖像輸出 攝像技術(shù)

人類社會已進(jìn)入信息時(shí)代,信息的快速獲取與傳輸已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的表征。隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的發(fā)展,人們已不再滿足于純文字信息,直觀形象的圖形、圖像受到普遍重視,數(shù)字圖像的快速獲取與輸出技術(shù)已成為獲取內(nèi)容的主要手段。

一、數(shù)字影像輸入技術(shù)

數(shù)字影像首先要獲取目標(biāo)的光學(xué)像,再通過光電傳感器將光學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號,進(jìn)而形成數(shù)字影像。根據(jù)被獲取目標(biāo)的形式以及技術(shù)手段,數(shù)字影像的獲取方法大致分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。從被獲取目標(biāo)的形式來看,靜態(tài)數(shù)字影像的目標(biāo)往往是靜止的,如檔案、膠片、文稿、圖片等的再拍攝過程;動(dòng)態(tài)數(shù)字影像的目標(biāo)往往是動(dòng)態(tài)的,通常是對現(xiàn)實(shí)世界的各種景物及社會活動(dòng)的即時(shí)拍攝。從獲取目標(biāo)的技術(shù)手段看,靜態(tài)數(shù)字影像獲取的設(shè)備是不移動(dòng)的,動(dòng)態(tài)獲取的設(shè)備是不斷移動(dòng)的。

1、靜態(tài)數(shù)字影像的獲取

數(shù)字影像按靜態(tài)獲取信息的技術(shù)差異,主要分為掃描與縮微兩種。掃描是將傳感器與對象發(fā)生相對位移而記錄影像信息,傳感器為線陣列器件;縮微所用傳感器為面陣列器件,在拍攝數(shù)字影像時(shí)它與對象保持相對靜止。

(1)數(shù)字掃描技術(shù)

在數(shù)碼相機(jī)普及以前,掃描技術(shù)是數(shù)字圖像捕捉的主要手段。該技術(shù)是將頁面、圖片、幻燈片以及其他內(nèi)容,送入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行處理。掃描儀采用CCD,把圖片轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可接受的數(shù)字圖像。數(shù)字掃描只能處理靜態(tài)圖片,除表面極為平滑的物體外,其他東西不能直接放到掃描儀上進(jìn)行掃描。

(2)數(shù)字縮微技術(shù)

縮微技術(shù)已有150多年的歷史。從發(fā)明到現(xiàn)在,縮微技術(shù)一直在不斷完善和發(fā)展?？s微膠片已能達(dá)到文獻(xiàn)記錄對分辨率和灰度的要求?？s微設(shè)備從拍攝的鏡頭、側(cè)光、曝光到自動(dòng)對焦、沖洗溫控等已經(jīng)非常完善。但是,縮微技術(shù)也存在一些缺點(diǎn):①文本和圖形信息的存儲密度小。②信息檢索速度慢。③信息傳遞速度慢。雖然隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了許多存貯資料信息的方法,如光盤和磁盤。但要建立一個(gè)功能完備的信息管理系統(tǒng),單憑縮微技術(shù)或光盤技術(shù)是不夠的。數(shù)字縮微技術(shù)可根據(jù)存貯特點(diǎn),將不同介質(zhì)組合在一起,實(shí)現(xiàn)縮微與電子影像的轉(zhuǎn)換,將模擬信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息,將人讀材料轉(zhuǎn)化為機(jī)讀材料,將數(shù)字化電子影像編輯的便利性與縮微儲存的經(jīng)濟(jì)性、合法性等結(jié)合起來,形成以計(jì)算機(jī)為中心,傳統(tǒng)縮微膠片、光盤、磁盤等多介質(zhì)兼容,具有多功能、適應(yīng)不同需要、更為先進(jìn)的復(fù)合信息管理系統(tǒng)。

2、動(dòng)態(tài)數(shù)字影像的獲取

動(dòng)態(tài)數(shù)字影像的獲取主要依靠光電傳感器。光電傳感器由于工作波長短,具有分辨率高的優(yōu)點(diǎn),能夠獲得高分辨率的動(dòng)態(tài)圖像信息。常用的圖像獲取光電傳感器有:CCD(CMOS)數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)。

(1)數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)

目前主要采用CCD攝像技術(shù)。它是通過接受光線輸入并集中在電荷耦合器件鏡頭部位,獲得不斷輸入的圖像。它具有部分人眼功能,可同時(shí)處理和識別圖像。

(2)數(shù)字照相技術(shù)

相對數(shù)字?jǐn)z像而言,數(shù)字照相機(jī)追求單個(gè)畫面質(zhì)量,而不在意兩次拍攝畫面間的關(guān)系。它使用一塊特殊光敏芯片,與傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭結(jié)合,通過光學(xué)成像系統(tǒng)將景物成像在面陣光電轉(zhuǎn)換器上,憑借快門對光通量進(jìn)行控制,以獲得合適的曝光。其后續(xù)處理部分通過串行掃描獲取光電轉(zhuǎn)換器上的信息,經(jīng)過模擬信號放大、模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)換和信息壓縮后,將數(shù)字圖像存儲在隨機(jī)存儲器上。該技術(shù)的最大優(yōu)勢是能夠?qū)⑺鶖z入的圖像直接輸入計(jì)算機(jī),進(jìn)行圖像處理、編輯與傳輸,或通過打印機(jī)輸出,或通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到世界各地。

二、數(shù)字影像輸出技術(shù)

數(shù)字圖像輸出有硬拷貝和軟拷貝兩種方式。數(shù)字圖像的硬拷貝主要是指以紙張、磁盤、磁帶以及光盤等輸出方式。常見的掃描儀、記錄儀、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)和擴(kuò)印機(jī)等都屬于硬拷貝。軟拷貝是所輸出圖像通過視頻信號輸出或者投影在平面上,如數(shù)字投影、數(shù)字電視等。

三、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的原理

數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)由CCD信號處理器、M-JPEG編解碼器、32位RISC-CPU、NTSC編碼器、DRAM控制器和各種外設(shè)接口等組成,是典型的嵌入式系統(tǒng)。來自CCD的信號,經(jīng)彩色校正的Y/C分離后,通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為10位的數(shù)字信號,寫入動(dòng)態(tài)存儲器DRAM中的幀緩沖器,作為YUV圖像數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)同樣要傳送到NTSC/PAL進(jìn)行編碼,最后由LCD顯示器顯示。當(dāng)釋放快門時(shí),這些數(shù)據(jù)要傳送到M-JPEG芯片中,經(jīng)過1/10和1/20壓縮編碼處理后存儲到DRAM中的JPEG編碼區(qū)域。RISC-CPU把壓縮數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文件格式數(shù)據(jù),然后寫到外部存儲器中。放像時(shí),數(shù)據(jù)的流向與上述攝像相反。解碼后的圖像在LCD顯示屏上顯示。

總之,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化攝像技術(shù)必將在許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,數(shù)字化攝像技術(shù)研究具有十分重要的意義。■

參考文獻(xiàn)

①晏磊、周雅、張飛舟,《數(shù)字成像技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀與展望》,《影像技術(shù)》,2001

②晏磊,《影像技術(shù)與信息科學(xué)》,《影像材料》,2001

③晏磊、夏榆濱,《感光材料與影像科學(xué)》,《感光材料》,2000

(作者單位:安徽電視臺)

責(zé)編:姚少寶