数字图像处理课件第2章：数字图像处理基础_百度文库
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数字图像处理课件第2章：数字图像处理基础
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图像原稿的数字化--扫描
&&&&　　在通常的印前生产中涉及到的图像原稿大多是模拟原稿，这类图像都包含连续的亮度变化信息，然而由于印前计算机只能处理数字信息，所以，为了让这类图像能够在数字计算机中作数字处理，就必须对模拟信号进行数字化处理。扫描仪是一种常用计算机系统的信息采集与输入。它采用光电转换原理将连续调图像转换为供计算机处理的数字图像，实现图像信息的数字输入，是印前领域实现数字化生产作业的基础。扫描仪对图像的处理是根据“图像即为像素点的集合”这一观点来进行的。即先把图片分解成像素，再读取像素，最后再将像素重新进行组合，重组出图像。下面我们就来认识一下扫描仪。　　１ 扫描仪的结构　　通常的扫描仪主要由光学系统、光电转换部件、电子系统、机械系统等四大部分组成，如图１所示。扫描仪的光学系统：主要由光源和一些光学元件共同组成。扫描仪在扫描图像时，光由光源发出后，照射到原稿上形成反射光或透射光，然后经透镜的光学聚焦作用聚集到光电转换部件。光电转换部件：是将由光学系统传来的光信号转换为可供电子系统识别的电信号。目前，常用的光电转化器有光电倍增管（简称PMT）和光电藕合器件（简称CCD）。电子系统：是将光电转化器转换后的电信号经模数转换器（Analog/Digital）转换成可供计算机识别并可以对其进行处理的数字信号，再传递给计算机。模数转换器是电子系统中最重要的组成部分，它的转换位数直接影响着扫描仪的位深。机械系统：是指驱使扫描头与原稿相对运动的系统。&
　　2 扫描仪的分类　　1）平台式扫描仪　　平台式扫描仪是目前最常见到的一种扫描仪。它的扫描区域是一块透明的玻璃板，扫描幅面从A4～A3不等。平台扫描仪的感光元件是线阵列的CCD，如图2所示，即一个在几毫米宽度的硅基片上排列着几千个感光元件（光电二极管）构成的几厘米阵列长条。它对图像的扫描是以逐行的形式进行的，也就是一次性摄入几千个像素点并一同转换为电信号。由于线阵列上每一个感光元件对光的灵敏性不一定一致，因而平台扫描仪在扫描时出现了局部颜色、亮度等偏差的现象是在所难免的。随着CCD技术的日益成熟，这些硬件缺陷完全可以解决，再加上平台扫描仪价位上的优势，导致CCD扫描仪大有取代PMT扫描仪的趋势。&
　　2）滚筒式扫描仪　　滚筒扫描仪是由一套光电系统为核心，通过滚筒的旋转带动扫描原稿的运动从而完成扫描工作。它的感光元件是光电倍增管(PMT)，如图3所示，PMT是一个由正负极组成的真空管，在真空管内部有几个倍增电极，利用管内电极受光即可发射电子的原理来达到光电转换。滚筒扫描仪对图像的扫描是以逐点的方式进行，因此，它的扫描精度高、速度快且处理幅面也比较大，但由于占地面积大且相对造价昂贵，所以很难大范围推广。&
　　　　3）胶片扫描仪　　象幻灯片之类的物件在扫描时，需要光源透过物件而不是物件将光源进行反射，并且物件的尺寸一般较小，需要高的分辨率进行扫描，所以专业胶片扫描仪应运而生。胶片扫描仪结构比较紧凑，反射镜片、透镜、CCD阵列和光源安装在固定架上，不能移动，可以移动的是透射原稿。扫描时，CCD阵列和光源分居于胶片的两则，固定在固定架上的胶片原稿由步进电机带动，进行缓慢移动，光源发出的光线透过胶片原稿，照射到反射镜片上，再经过折射、聚焦，被CCD接收，由CCD元件转换成电信号，经过译码，生成图像数据。胶片扫描仪一般具有大容量的存储器，扫描图像可以保存其中，需要时再与计算机相连，把图像数据传送到主机上。由于负片的色彩正好与正常的颜色互补，因此胶片扫描仪一般带有补正颜色装置，使扫描后的图像彩色正常。目前，市场有许多的产品专门针对35mm胶片扫描，这种类型的扫描仪应用于专业领域，如医院、高档影楼、科研单位等等。一般分辨率很高，扫描区域较小，具备针对胶片特性的处理功能，多数产品还会有配套的输出设备，可实现照片级质量的输出。(待续)
　　3 扫描原理和扫描仪的性能指标　　1)扫描原理　　平台式扫描仪扫描图像的步骤是：首先将欲扫描原稿的正面朝下，铺在扫描仪玻璃板上的扫描区域内。启动扫描仪驱动程序后，扫描件不动，安装在扫描仪内部的可移动光源通过扫描仪的传动机构作水平移动，发射的光线投射到原稿上，光线经反射（正片扫描）或透射（负片扫描）后，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上,CCD将RGB光带转变为模拟电子信号，此信号又被A / D变换器转变为数字电子信号，然后将它送往驻留在计算机内容中的软件。　　从图像信息处理角度看，扫描仪的扫描过程原理如图４所示，实质上是图像信息的数字化采集过程，即对原稿图像信息的采样和量化过程。&
　　2)扫描仪的性能指标　　扫描精度　　扫描精度通常用扫描仪的分辨率来表示，它是衡量扫描仪性能指标的重要参数之一。它直接关系到扫描图像的质量，用单位长度内扫描仪采样点的个数来表示，通常的单位是dpi（dot per inch）。分辨率高，也就意味着扫描仪在单位长度内采样就多，获取图像的信息也就多。通常我们所说的扫描仪分辨率包括光学分辨率、最大分辨率等。光学分辨率是扫描仪硬件水平所能达到的实际分辨率，又称为物理分辨率或真实分辨率。光学分辨率还可细分为水平分辨率和垂直分辨率，水平分辨率是CCD元件的真实分辨率，而垂直分辨率是由步进电机每英寸可以移动多少步而定。最大分辨率又叫做内插分辨率，它是在相邻像素之间求出颜色或者灰度的平均值，从而增加像素数的办法。内插算法增加了像素数，但不能增添真正的图像细节。滚筒扫描仪的光学分辨率是由旋转速度、光源的亮度、步进电机的功能、镜头孔径的尺寸等共同决定的，它一般由沿滚筒轴向的主扫描方向的分辨率和沿滚筒横向的副扫描方向的分辨率组成。　　光电转换精度与颜色精度　　扫描仪的一个重要技术指标就是灰度等级，单色扫描仪的灰度等级是指识别和反映像素明暗程度的能力。色彩精度又可以称之为色彩分辨率、颜色位深、或色阶，是表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程度的指标，单位是bit（位），位深转换精度高，扫描仪可以捕获的颜色细节就多，扫描图像的层次就丰富，图像就能清晰地再现。色彩精度实质就是对原稿的每一种基色(R、G、B)的深浅程度，也用灰度级来表示。光电转换精度为8bit的扫描仪，表示每个扫描像素用8bit编码，即反映256个灰度等级。色彩精度为36bit的扫描仪，表示该扫描仪可以再现236种颜色，每个颜色通道能提供212级亮度差别（即层次）。　　密度与动态范围　　密度是用来衡量印刷原稿的重要指标，是指扫描仪光源发出光线照射到原稿上会反射（或透射），入射光与反射光或透射光的比值在取对数后的值就是密度值。原稿上越黑的地方密度越大，反之，密度越小。原稿上最大密度与最小密度之间的差值，称为原稿的密度范围，也叫动态范围。而扫描仪的动态范围就是扫描仪能测出的最大密度与最小密度之间的差值，即扫描仪对原稿密度的识别能力，尤其是对原稿暗调层次的表现能力。品质好的扫描仪，最黑处可以读取2.5D以上的密度。动态范围大的扫描仪所摄入的层次就多，所得到的图像就包含有更多的细节；动态范围小的扫描仪就无法检测足够宽的阶调范围，这时所得到的图像要么是压缩了亮调，要么是暗调部分并级等，不能正确反映原稿的层次和色彩。　　①扫描仪的色彩还原能力　　色彩还原能力是指扫描仪对彩色图像信息中各种颜色的还原能力，它具体包括扫描仪整体性色彩还原能力和扫描仪对标准色的色彩还原能力等两个方面。扫描仪整体性色彩还原能力通常采用再现标准灰梯尺后的颜色状况来评价，即扫描仪对标准灰梯尺在规定的色彩模式下扫描，获取标准灰梯尺的中性灰平衡参数及其分布特征，并与标准实验样本中性灰平衡参数进行比较，从而综合分析出扫描仪整体性色彩还原能力。扫描仪对标准色的还原能力指扫描仪对标准色标中各标准色块(C、Y、M、R、G、B、Y+M+C、BK、W)的再现能力。　　②扫描仪的扫描重复精度　　扫描仪的扫描重复精度是指扫描仪对相同的原稿进行多次扫描，考察某一控制点的坐标的误差及分布规律，如果扫描仪整体重复误差小于50μm时,该扫描仪所扫描图像能够满足图像复制要求,扫描仪的扫描重复误差愈小,对应着的精度愈好。　　③扫描仪的接口方式　　接口方式是指扫描仪与计算机之间采用的接口类型。常用的有USB接口、SCSI接口和并行接口。由于SCSI接口的传输速度快，且性能非常稳定，占用CPU的资源也非常少，所以专业扫描仪通常用SCSI接口。普通扫描仪常用并行接口和USB接口，USB接口使用最方便，可直接热拔，不必重新启动。目前USB接口还分为USB1.1和USB2.0，两者之间的传输速率分别为12Mbps / s和480Mbps / s，相差40倍。而并行接口由于速度太慢，基本上已被淘汰，只有老款式的扫描仪采用。&
　　④扫描仪的扫描速度　　扫描仪的扫描速度通常以扫描每线用多少毫秒来计算，扫描仪的速度与计算机系统的配置、扫描分辨率设置、扫描尺寸、放大倍率等有密切关系。通常情况下，扫描灰度图像时扫描速度为2～100ms / l；扫描彩色图像时扫描速度为5～200ms / l。扫描仪的扫描速度并不是越快越好，扫描速度非常高的扫描仪，在扫描过程中，可能会丢失一些图像信息。(待续)
　４扫描工艺过程１）扫描仪的准备工作
&&&& 在扫描仪使用前，应先检查扫描仪的连接线是否连接好。待检查完毕后，打开扫描仪，等扫描仪运行稳定后，再打开计算机主机。为了确保扫描质量的稳定，在使用前至少应该让扫描仪预热一段时间，目的是得到较好的照明条件和较理想的色调范围。　　２）原稿准备&&&& 在图像扫描之前应该根据图像复制的特点，对原稿的类型、内容、色彩、层次和清晰度等进行综合考察，确定符合复制目的、原稿内容和艺术再现性的工艺参数，然后将印刷原稿平整、干净地放置在扫描仪的原稿架上。　　３）扫描参数设置&&&& 盖上扫描仪的后盖，让印刷原稿与原稿架紧密接触。然后激活扫描软件，设置扫描参数。扫描参数包括：选择原稿类型（透射稿、反射稿等）、选择扫描图像模式（RGB颜色模式、CMYK颜色模式、灰度模式等）。　　４）图像预扫描&&&& 图像预扫描是指以低分辨率预览图像，以此来决定精细扫描的区域和进行颜色设置。　　５） 分辨率设置&&&& 预扫描后，可以通过手动或自动来设置扫描区域，从而确定图像的大小，接着设置扫描分辨率。图像的扫描分辨率设置取决于图像输出用途，印刷图像的扫描分辨率 = 放大倍率 × 加网线数 × 质量因子，质量因子一般取值在1.5～2之间（如果输出网线数小于或等于133lpi时质量因子取值为2，如果输出网线数大于133lpi时质量因子取值为1.5）。表1列举了不同用途图像的扫描分辨率与输出分辨率之间的关系。&
&&&& 线条稿的扫描分辨率取决于目标软件或输出设备。如果扫描后的线条稿仍需用矢量软件将其描绘为矢量化图形的，原稿扫描时，扫描分辨率设定为最高光学分辨率；如果扫描后的线条稿直接输出，原稿扫描时，扫描分辨率应与设备输出分辨率相匹配。扫描分辨率 = 输出设备分辨率 x 缩放比例，例如：准备使用分辨率为600dpi的打印机原大地打印输出某扫描原稿，这时扫描仪的输入分辨率应该设置为600dpi。影响线条稿扫描质量的因素有缩放比率、输出分辨率、锐利度、黑白临界值等。　　６）色彩和层次设置&&&& 通过对扫描参数的设置，调节图像的色彩与层次，使得扫描出来的图像更接近于原稿，并能对原稿上的不足进行补偿。色彩和层次设置包括：黑白场定标、反差系数的确定、色彩平衡的设置。黑白场定标又称为高光和暗调的定标，是指在保持细节不变时一幅图像的最暗点与最亮点的色调值。高光点和暗调点的选择能显著地改变图像复制的效果，如果高光点定得太低，那么整体复制图像密度提高，整个图像变深；反之，图像变浅。图像的黑白场定标还要考虑到印刷机的类型和承印纸张的性能。表2给出了几种不同的印刷机/承印纸张所用的黑白场定标。&&&&& 反差系数的主要功能是通过调节复制曲线的斜率来调整图像的中间调，在扫描过程中调节反差系数有助于补偿因曝光不足或曝光过量而造成的图像偏闷和偏崭现象，同时也可以借助于调节反差系数来增强以亮调为主或以暗调为主的原稿图像的细节和反差。对于以亮调为主和曝光不足的图像，反差系数一般调节为1.8～1.9；对于以暗调为主和曝光过度的图像，反差系数一般调节为1.2～1.3；对于正常图像，反差系数一般调节为1.5～1.6。色彩平衡的设置通常是调用特定的颜色特征曲线，例如：人们在扫描调试过程中已经制定了针对于不同输出介质一系列的ICC特性曲线，以便以后扫描作业中调用。此外，扫描软件还提供一些基本的色彩校正方法：色相饱和度调节、色平衡调节、色调曲线调节等。&
　　７） 清晰度和去网设置&&&& 清晰度强调功能是为了弥补扫描时光学损失而设计的，通过增加图像边缘或者说不同颜色条相邻区域的对比度来突出图像细节，我们可以根据原稿的不同类型设置高、中、低不同程度的清晰度强调。多数扫描软件提供sharp滤波器和USM滤波器可供使用，sharp滤波器只增加图像整体的反差，而USM滤波器只增加边缘的反差，使边缘的相邻像素之间保持较高的反差。&&&& 去网设置功能主要用于扫描仪扫描印刷品原稿，如果印刷品充作原稿，扫描时不加任何处理，输出时再给图像加网，有规则的网点信息相叠加会出现龟纹，去网设置功能就是为此而设置的，通过扫描仪的硬件调节或软件算法去除原稿网点信息，从而避免输出时网点龟纹的出现。例如：扫描软件提供的模糊化、引入噪音等滤波器可供使用。　　８） 精细扫描&&& 当所有准备工作和各项设置完毕后，便可以正式扫描了。扫描后，如果得到的图像存在不足，必须进行一系列的后处理：比如对图像进行进一步裁剪，调整图像的尺寸和图像分辨率；进一步调整图像的色彩、层次和清晰度；使用修饰工具消除版面划痕等。接下来选择合适的文件格式对图像进行存储。
作者：胡维友 中德印刷培训中心&
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探索富士胶片的方方面面
光源和处理器
小巧机身内浓缩了先进的功能。简单操作即可获得清晰图像。
全数字化电子内镜系统EPX-4400，具有获取高画质图像的各种功能和内镜图像识别性更高的光谱图像处理功能“FICE”。富士胶片独特的电子图像处理技术，可提高今后通过内镜诊断的病变早期发现率及诊断精度。新一代的4400全数字化系列，实现了诊断的超高清晰度，再现微小血管和粘膜表面的深层次结构。
数字DVI输出
集成了数字存储CF卡插槽
血管强调功能
主机的待机功能
主机自带图像存储功能
光源的全自动测光及调节功能
产品兼容性强大
光源装置 XL-4400图像处理器 VP-4400
可搭载FICE功能
Flexible spectral Imaging Color Enhancement FICE （可扩展电子分光色彩强调技术） 光谱图像处理技术加强了内窥镜诊断的能力
清晰的观察细小的地方及色彩变化，如组织结构、毛细血管走向、粘膜表面腺管开口形态、凹凸变化，直接影响到内镜检查的效率与质量。FICE从特定波长的射线中构造光谱图像，对强调粘膜组织形态和血管有很大的帮助。医生可以通过内窥镜上的按钮，立即实现普通白光与FICE图像的切换。
CCD成像的光是被组织粘膜反射回来的光，由于不同波长的光穿透粘膜的深度不同，FICE是根据需要提取经粘膜吸收后的三段（400-700nm）的光组成一幅FICE图像，有针对性的对组织粘膜进行图像的强调，从而帮助医生鉴别诊断。
结合光学放大内镜，更能清楚的观察到粘膜的细微结构形态变化，提高早期病变的诊断率。
10种预设波长模式
FICE可以预设10种波长组合模式为临床设置。此外，也可以根据临床需要更改波长或增益。
经FICE处理后的内镜图片
数字DVI输出
为了在观察诊断中不遗漏每一个微小的病灶，先进的内窥镜观察治疗需要提供高画质的图像。4400系列配合高像素液晶显示器能够确保观察到高分辨率的图像。4400系列内镜数码影像处理系统在数字化处理的基础上，真正实现全数字化的输出，结合超级CCD，再现细致图像。
集成了数字存储CF卡插槽
4400是集成了CF卡槽的内镜图像处理器，检查中所采集的图像可以直接记录到CF媒体卡或XD,Micro-drive等（通过转接卡），记录后的图像可很方便的在内镜监视器或计算机上数码再生。
4400主机只需要一根网络线就可以连接计算机工作站。
血管强调功能（BLV）
具有丰富血管的精细图像突显血管的形态对消化道的诊断是非常有益的。4400系统拥有BLV（1）（2）（3）三档可选血管强调功能，极其鲜明地深层次再现粘膜、毛细血管和微小出血点。
主机的待机功能
新设计的待机按钮（即主机面板上的STANDBY钮）可以允许在不关闭主机电源的情况下插拔内镜，降低电源开关次数。
医生做完一个病例后，只须按住按钮，当按钮显示橙色时即可直接脱卸并清洗内镜，而此时处理器则可以继续向网络工作站或存储卡传输临床图像而不受影响。
主机自带图像存储功能
4400图像处理器内部拥有大的缓冲内存，最多可以存储5000张照片，可以在病例检查过程中保存所需图像，在病例检查完成后快速查看图像并可以进行标记和选择性组合打印。
新采用的数码噪音清除技术（NR），可大幅度降低电子噪音，清晰地观察和记录高清晰的图像。
光源的全自动调光及调节功能
全自动测光及调节功能可以根据观察的环境明暗自动调节光亮度，防止太亮或太暗。为医生提供更清晰更准确的图像。
产品兼容性
双接口设计，不但可以连接590系列、530系列为首的高清晰、高操作性能的内镜，还可以连接450、470等400系列内镜。
4400主机可以连接胃镜、十二指肠镜、肠镜、双气囊小肠镜、支气管镜、经鼻内镜、超声内镜等多种电子内镜。
超高画质的内镜图像 搭载富士超级CCD的500系列电子内镜
500系列内镜拥有的超级CCD，CCD的光电二极管做成蜂窝状，所占的面积比普通的CCD大得多，增大了感光面积，因而提高了集光效率，动态范围和信噪比。因为CCD的光电二极管之间的水平和垂直距离是决定分辨率的关键，所以超级CCD把CCD的排列旋转45°，通过减小CCD的光电二极管之间的水平和垂直距离从而提高了分辨率，同时提高了色彩的还原性。富士超级CCD与全数码影像处理器配合使用，提供了可达百万像素效应的高清晰图像。
超级CCD－富士专科技术
出色的颜色还原性
富士数码影像
富士胶片中国
富士趣奇Checky
富士俏印PrinCiao
富士胶片医疗事业
民用类产品
商用类产品数字图像处理与分析基础第二章数字图像处理系统_百度文库
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数字图像处理与分析基础第二章数字图像处理系统
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第02章-图像数字化
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