数字成像技术与系统复习资料

1、CCD图像传感器的特点、功能、工作过程体积小，功耗低，可靠性高，寿命长。空间分辨率高，可获得很高的定位和测量精度。光电灵敏度高，动态范围大，信噪比高。高速扫描，基本上不保留残像(电子束摄像管有15~20％的残像)集成度高可用于非接触精密尺寸测量系统。无像元烧伤、扭曲，不受电磁干扰。有数字扫描能力。象元的位置可由数字代码确定，便于与计算机结合接口。工作原理：电荷注入电荷存储电荷转移电荷检测2、CCD与CMOS的区别CMOS图像传感器虽然比CCD出现还早一年，但在相当长的时间内，存在成像质量差、像敏单元尺寸小、填充率低（10%~20%），响应速度慢等缺点。Coms集成度高，具大规模生产，且速度快、成本较低，是作为数码相机的核心部件。实现夜视的基本思路夜视技术是借助于光电成象器件实现夜间观察的一种光电技术。夜视技术包括微光夜视和红外夜视两方面。微光夜视技术又称像增强技术，是通过带有像增强管的夜视镜，对夜天光照亮的微弱目标像进行增强，以供观察的光电成像技术3、微光夜视仪的结构组成与工作原理其结构主要由两部分组成:一部分是光学系统，包括目镜和物镜;另一部分是像增强器，即光电转换放大部分，包括像增强器及其必须的高压电源微光夜视仪的工作原理是：间景物反射的夜天光通过物镜进入像增强管，在像增强管内经过光电转换，得到增强，然后呈现在管内的荧光屏上，通过目镜就可观察到被增强的夜间景物图像4、主动红外和被动红外夜视的区别主动红外夜视技术是通过主动照射并利用目标反射红外源的红外光来实施观察的夜视技术，对应装备为主动红外夜视仪。被动红外夜视技术是借助于目标自身发射的红外辐射来实现观察的红外技术，它根据目标与背景或目标各部分之间的温差或热辐射差来发现目标。其装备为热像仪5、LCD（液晶显示器件）液晶的三种状态扭曲向列（TN）型、超扭曲向列（STN）型及薄膜晶体管（TFT）7.LCD结构、工作原理结构LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由5μm的液晶材料均匀隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板和反光膜。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。工作原理（1）单色液晶显示器的原理LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90°扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90°。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90°，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。（2）彩色液晶显示器的实现在实际应用中，采用最广、技术最成熟的实现彩色显示的方法是“微彩色膜方式”。微彩色膜方式将点阵像素分割成三个子像素，并在其对应位置的器件内表面设置R、G、B三个微型滤色膜。液晶显示器件仅仅作为一个光阀，控制每个子像素光阀，即可控制R、G、B三个滤色膜透过光的通断，控制三个子像素的灰度级，利用三个子像素透过的不同光亮，利用人眼的空间混色特性，制造出来千万种鲜艳的色彩。6、PDP原理（等离子体显示器）等离子体显示器（PlasmaDisplayPanel），简称PDP,是一种利用等离子体工作的器件。工作原理：是一种利用气体放电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间。放电空间内充入氖、氙灯混合惰性气体作为工作媒质。在两块玻璃基板的内侧面上涂有金属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合气体便发生等离子体放电现象。气体等离子体放电产生紫外线，紫外线激发荧光屏，荧光屏发射出可见光，显示出图像。当使用涂有三原色荧光粉的荧光屏时，紫外线激发荧光屏，荧光屏发出的光则呈红、绿、蓝三原色。当每一原色单元实现256级灰度后再进行混色，便实现彩色显示。7、色分法、光分法、时分法色分法：实现3维简易，对视场和景深无严格的限制。但易引起眼部的疲劳。光分法：宽视域、大景深，成像质量优异，但头部倾斜是无法过滤掉另一方向的光。时分法：成像优异，但眼镜由液晶构成成本较高。色分法：采用互补色色彩将图形或物体显示在平面图片上，观视者通过光学滤色镜对图片进行双眼同时观视，即可展现其图形成物体的立体形态。实现3维简易，对视场和景深无严格的限制。但易引起眼部的疲劳。光分法：将左右眼欲看到影像以奇/偶列形成显示影像，再由显示器表面贴附”微相位差(Micro-Retarder)”转为互相垂直的偏极光，观赏者透过偏光式眼镜达到立体视觉感受。宽视域、大景深，成像质量优异，但头部倾斜是无法过滤掉另一方向的光。时分法：通过提高屏幕刷新率把图像按帧一分为二，形成左右眼连续交错显示的两组画面，通过快门式3D眼镜的配合，使得这两组画面分别进入左右双眼，最终在大脑中合成3D立体图像成像优异，但眼镜由液晶构成成本较高。8、DLP-DMD灰度颜色DLP投影机的核心部件是DMD芯片。灰度颜色为红、绿、蓝三种。9、全息技术、透射式、反射式全息指一种可以让从物体发射的衍射光能够被重现的三维技术，其位置和大小同之前一抹一样，从不同的位置观测此物体，其现实的像也会变化。透射式全息显示图像一种最基本的全息显示图像。记录时利用相干光照射物体，物体表面的反射光和散射光到达记录干板后形成物光波；同时引入另一束参考光波（平面光波或球面光波）照射记录干板。对记录干板曝光后便可获得干涉图形，即全息显示图像。再现时，利用与参考光波相同的光波照射记录干板，人眼在透射光中观看全息板，便可在板后原物处观看到与原物完全相同的再现虚像。反射式全息图像将物体置于全息板的右侧，相干点光源从左方照射全息板。将直接照射至全息板平面上的光作为参考光；而将透过全息板（未经处理过的全息板是透明的）的光射向物体，再由物体反射回全息板的光作为物光，两束光干涉后便形成全息显示图像。由于记录时物光与参考光分别从全息板两侧入射，故全息板上的干涉条纹层大致与全息板平面平行。再现时，利用光源从左方照射全息板，全息板中的各条纹层宛如镜面一样对再现光产生出反射，在反射光中观看全息板便可在原物处观看到再现的图像。10、虚拟现实概念、与仿真的区别虚拟现实(VirtualReality)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，而虚拟世界是全体虚拟环境或给定仿真对象的全体。虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。总结起来就是虚拟现实是利用计算机生成的能给人多种感官刺激的人机交互系统。虚拟现实与仿真的区别见下表：仿真技术虚拟现实多感知视觉、听觉视觉、听觉、触觉、力觉等存在感用户被视为“旁观者”用户沉浸其中，可视场景随用户的视点变化交互性不强调交互的实时性实时交互11、VR三大特征（1）沉浸性：又称临场感，让用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度，沉浸被通俗地揭示为“身临其境”。（2）交互性：交互性指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（包括实时性）（3）构想性：用户沉浸在多维空间中，依靠自己感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新概念。12、VR的核心：虚拟现实系统是一种高级的人机交互系统，因此人机交互是虚拟现实的核心。13、图像拼接技术图像拼接(imagemosaic)技术是将一组相互间存在重叠部分的图像序列进行空间匹配对准,经重采样融合后形成一幅包含各图像序列信息的宽视角场景的、完整的、高清晰的新图像的技术。14、小波图像融合过程的优势小波变换（Wavelettransform,WT）是一种全局变换，在时间域和频率域同时具有良好的定位能力，对高频分量采用逐渐精细的时域和空域步长，可以聚焦到被处理图像的任何细节，从而被誉为“数学显微镜”。15、稳像技术分类(1)机械式稳像：用机电的方法来达到稳像目的。在大型的武器系统中将整个仪器置于稳定平台上;在电视摄像头中，是将整个光学系统稳定起来。(2)光学稳像：用光学的方法实现图像稳定。在光路中设置一些光学元件来作为对不稳定图像的补偿。光学稳像与机械式稳像都是采用专门的装置，如各种陀螺仪。(3)电子稳像：应用计算机数字图像处理和电子技术的方法来直接确定图像序列的帧间偏移，从而进行补偿。该方法由于不需要额外增加精密机械、光学和电子元器件等设备，具有灵活性强、精度高及高智能化等特点。16、电子稳像原理电子稳像是利用电子设备和数字图像处理技术相结合的方法,通过检测出参考图像和被比较图像的运动矢量,并利用其补偿被比较图像,从而消除或减轻视频图像序列帧间的不稳定,获取清晰而稳定的视频图像序列.17、SIFT方法主要思想、特点(1)主要思想SIFT算法是一种提取局部特征的算法，在尺度空间寻找极值点，提取位置，尺度，旋转不变量。(2)算法的主要特点SIFT特征是图像的局部特征，其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性.18、目标检测（动态场景、静态场景）运动目标检测根据摄像头在整个监控过程中多自由度运动，两者相对运动则称为动态场景；摄像头在整个监控过程静止时则称为静态场景检测。19、部分虚拟目标跟踪主要思想、分层跟踪指对图像序列中的目标进行多检测、提取、识别和跟踪，通过获得目标的运动参数，如位置、速度以及运动轨迹，从而使人们更好的理解和描述目标的行为20、光电联合变换相关基本原理图像获取→微机运算控制→图像输入→相关处理→探测输出21、模式识别流程数据获取→预处理→特征提取与选择→分类器设计→分类决策22、瞄准线稳定精度：不大于0.2mil23、瞄准线飘移因素瞄准线漂移量是光电稳定跟踪系统研制中的重要技术指标之一，瞄准线漂移会导致目标在视场中缓慢移动，并逐渐脱离视场，不但对光电火控校准带来误差，而且对跟踪和锁定目标也有很大影响。瞄准线飘移的主要原因有三个：一是陀螺的零偏移造成；二是电路的零偏移和噪声引起（2）；三是陀螺敏感到地球的自转而产生的瞄准线漂移。24、图像融合模型框架及分类（1）像素级融合像素级融合是一种低水平的融合，就是对空间配准的图像数据直接融合，在对融合后的图像进行特征提取和属性说明。多源图像数据→空间配准→信息融合→特征提取→属性说明（2）特征级融合特征级融合是一种中等水平的融合。特征融合先是将各种图像数据进行特征提取，产生特征矢量，然后对这些特征矢量进行融后，最后，利用融合特征矢量进行属性说明。其优点是实现了可观的信息压缩，有利于实时处理，并且提供的特征直接与决策分析相关。其缺点是比像素级融合精度差。多源数据图像→空间配准→特征提取→特征融合→属性说明（3）决策级融合决策级融合是最高水平的融合，首先对每一数据进行属性说明，然后对其结果加以融合，得到目标或环境的融合属性说明。优点是具有很强的容错能力，很好的开放性，处理时间短。多源数据图像→空间配准→特征提取→属性说明→属性融合→属性融合说明分类图像→预处理→特征提取→图像分类→应用↑↑↑像素级图像融合特