浅谈数字摄像技术
马 骏
【摘要】本文归纳了数字成像的主体技术,包括图像静态、动态输入技术,软拷贝、硬拷贝输出技术,并阐述了数字摄像机工作原理和摄像技术的应用前景。
【关键词】图像获取 图像输出 摄像技术
人类社会已进入信息时代,信息的快速获取与传输已经成为时代发展的表征。随着计算机多媒体技术的发展,人们已不再满足于纯文字信息,直观形象的图形、图像受到普遍重视,数字图像的快速获取与输出技术已成为获取内容的主要手段。
一、数字影像输入技术
数字影像首先要获取目标的光学像,再通过光电传感器将光学信号转变为数字信号,进而形成数字影像。根据被获取目标的形式以及技术手段,数字影像的获取方法大致分为静态和动态两种。从被获取目标的形式来看,静态数字影像的目标往往是静止的,如档案、胶片、文稿、图片等的再拍摄过程;动态数字影像的目标往往是动态的,通常是对现实世界的各种景物及社会活动的即时拍摄。从获取目标的技术手段看,静态数字影像获取的设备是不移动的,动态获取的设备是不断移动的。
1、静态数字影像的获取
数字影像按静态获取信息的技术差异,主要分为扫描与缩微两种。扫描是将传感器与对象发生相对位移而记录影像信息,传感器为线阵列器件;缩微所用传感器为面阵列器件,在拍摄数字影像时它与对象保持相对静止。
(1)数字扫描技术
在数码相机普及以前,扫描技术是数字图像捕捉的主要手段。该技术是将页面、图片、幻灯片以及其他内容,送入计算机并进行处理。扫描仪采用CCD,把图片转换成计算机可接受的数字图像。数字扫描只能处理静态图片,除表面极为平滑的物体外,其他东西不能直接放到扫描仪上进行扫描。
(2)数字缩微技术
缩微技术已有150多年的历史。从发明到现在,缩微技术一直在不断完善和发展。缩微胶片已能达到文献记录对分辨率和灰度的要求。缩微设备从拍摄的镜头、侧光、曝光到自动对焦、冲洗温控等已经非常完善。但是,缩微技术也存在一些缺点:①文本和图形信息的存储密度小。②信息检索速度慢。③信息传递速度慢。虽然随着数字技术的发展,产生了许多存贮资料信息的方法,如光盘和磁盘。但要建立一个功能完备的信息管理系统,单凭缩微技术或光盘技术是不够的。数字缩微技术可根据存贮特点,将不同介质组合在一起,实现缩微与电子影像的转换,将模拟信息转化为数字信息,将人读材料转化为机读材料,将数字化电子影像编辑的便利性与缩微储存的经济性、合法性等结合起来,形成以计算机为中心,传统缩微胶片、光盘、磁盘等多介质兼容,具有多功能、适应不同需要、更为先进的复合信息管理系统。
2、动态数字影像的获取
动态数字影像的获取主要依靠光电传感器。光电传感器由于工作波长短,具有分辨率高的优点,能够获得高分辨率的动态图像信息。常用的图像获取光电传感器有:CCD(CMOS)数码相机、数字摄影机。
(1)数字摄像技术
目前主要采用CCD摄像技术。它是通过接受光线输入并集中在电荷耦合器件镜头部位,获得不断输入的图像。它具有部分人眼功能,可同时处理和识别图像。
(2)数字照相技术
相对数字摄像而言,数字照相机追求单个画面质量,而不在意两次拍摄画面间的关系。它使用一块特殊光敏芯片,与传统光学镜头结合,通过光学成像系统将景物成像在面阵光电转换器上,凭借快门对光通量进行控制,以获得合适的曝光。其后续处理部分通过串行扫描获取光电转换器上的信息,经过模拟信号放大、模拟与数字转换和信息压缩后,将数字图像存储在随机存储器上。该技术的最大优势是能够将所摄入的图像直接输入计算机,进行图像处理、编辑与传输,或通过打印机输出,或通过互联网传送到世界各地。
二、数字影像输出技术
数字图像输出有硬拷贝和软拷贝两种方式。数字图像的硬拷贝主要是指以纸张、磁盘、磁带以及光盘等输出方式。常见的扫描仪、记录仪、打印机、复印机和扩印机等都属于硬拷贝。软拷贝是所输出图像通过视频信号输出或者投影在平面上,如数字投影、数字电视等。
三、数字摄像机的原理
数字摄像系统由CCD信号处理器、M-JPEG编解码器、32位RISC-CPU、NTSC编码器、DRAM控制器和各种外设接口等组成,是典型的嵌入式系统。来自CCD的信号,经彩色校正的Y/C分离后,通过A/D转换器转换为10位的数字信号,写入动态存储器DRAM中的帧缓冲器,作为YUV图像数据。这些数据同样要传送到NTSC/PAL进行编码,最后由LCD显示器显示。当释放快门时,这些数据要传送到M-JPEG芯片中,经过1/10和1/20压缩编码处理后存储到DRAM中的JPEG编码区域。RISC-CPU把压缩数据转换成文件格式数据,然后写到外部存储器中。放像时,数据的流向与上述摄像相反。解码后的图像在LCD显示屏上显示。
总之,随着科学技术的发展,数字化摄像技术必将在许多领域中得到广泛应用,数字化摄像技术研究具有十分重要的意义。■
参考文献
①晏磊、周雅、张飞舟,《数字成像技术的历史、现状与展望》,《影像技术》,2001
②晏磊,《影像技术与信息科学》,《影像材料》,2001
③晏磊、夏榆滨,《感光材料与影像科学》,《感光材料》,2000
(作者单位:安徽电视台)
责编:姚少宝
【摘要】本文归纳了数字成像的主体技术,包括图像静态、动态输入技术,软拷贝、硬拷贝输出技术,并阐述了数字摄像机工作原理和摄像技术的应用前景。
【关键词】图像获取 图像输出 摄像技术
人类社会已进入信息时代,信息的快速获取与传输已经成为时代发展的表征。随着计算机多媒体技术的发展,人们已不再满足于纯文字信息,直观形象的图形、图像受到普遍重视,数字图像的快速获取与输出技术已成为获取内容的主要手段。
一、数字影像输入技术
数字影像首先要获取目标的光学像,再通过光电传感器将光学信号转变为数字信号,进而形成数字影像。根据被获取目标的形式以及技术手段,数字影像的获取方法大致分为静态和动态两种。从被获取目标的形式来看,静态数字影像的目标往往是静止的,如档案、胶片、文稿、图片等的再拍摄过程;动态数字影像的目标往往是动态的,通常是对现实世界的各种景物及社会活动的即时拍摄。从获取目标的技术手段看,静态数字影像获取的设备是不移动的,动态获取的设备是不断移动的。
1、静态数字影像的获取
数字影像按静态获取信息的技术差异,主要分为扫描与缩微两种。扫描是将传感器与对象发生相对位移而记录影像信息,传感器为线阵列器件;缩微所用传感器为面阵列器件,在拍摄数字影像时它与对象保持相对静止。
(1)数字扫描技术
在数码相机普及以前,扫描技术是数字图像捕捉的主要手段。该技术是将页面、图片、幻灯片以及其他内容,送入计算机并进行处理。扫描仪采用CCD,把图片转换成计算机可接受的数字图像。数字扫描只能处理静态图片,除表面极为平滑的物体外,其他东西不能直接放到扫描仪上进行扫描。
(2)数字缩微技术
缩微技术已有150多年的历史。从发明到现在,缩微技术一直在不断完善和发展。缩微胶片已能达到文献记录对分辨率和灰度的要求。缩微设备从拍摄的镜头、侧光、曝光到自动对焦、冲洗温控等已经非常完善。但是,缩微技术也存在一些缺点:①文本和图形信息的存储密度小。②信息检索速度慢。③信息传递速度慢。虽然随着数字技术的发展,产生了许多存贮资料信息的方法,如光盘和磁盘。但要建立一个功能完备的信息管理系统,单凭缩微技术或光盘技术是不够的。数字缩微技术可根据存贮特点,将不同介质组合在一起,实现缩微与电子影像的转换,将模拟信息转化为数字信息,将人读材料转化为机读材料,将数字化电子影像编辑的便利性与缩微储存的经济性、合法性等结合起来,形成以计算机为中心,传统缩微胶片、光盘、磁盘等多介质兼容,具有多功能、适应不同需要、更为先进的复合信息管理系统。
2、动态数字影像的获取
动态数字影像的获取主要依靠光电传感器。光电传感器由于工作波长短,具有分辨率高的优点,能够获得高分辨率的动态图像信息。常用的图像获取光电传感器有:CCD(CMOS)数码相机、数字摄影机。
(1)数字摄像技术
目前主要采用CCD摄像技术。它是通过接受光线输入并集中在电荷耦合器件镜头部位,获得不断输入的图像。它具有部分人眼功能,可同时处理和识别图像。
(2)数字照相技术
相对数字摄像而言,数字照相机追求单个画面质量,而不在意两次拍摄画面间的关系。它使用一块特殊光敏芯片,与传统光学镜头结合,通过光学成像系统将景物成像在面阵光电转换器上,凭借快门对光通量进行控制,以获得合适的曝光。其后续处理部分通过串行扫描获取光电转换器上的信息,经过模拟信号放大、模拟与数字转换和信息压缩后,将数字图像存储在随机存储器上。该技术的最大优势是能够将所摄入的图像直接输入计算机,进行图像处理、编辑与传输,或通过打印机输出,或通过互联网传送到世界各地。
二、数字影像输出技术
数字图像输出有硬拷贝和软拷贝两种方式。数字图像的硬拷贝主要是指以纸张、磁盘、磁带以及光盘等输出方式。常见的扫描仪、记录仪、打印机、复印机和扩印机等都属于硬拷贝。软拷贝是所输出图像通过视频信号输出或者投影在平面上,如数字投影、数字电视等。
三、数字摄像机的原理
数字摄像系统由CCD信号处理器、M-JPEG编解码器、32位RISC-CPU、NTSC编码器、DRAM控制器和各种外设接口等组成,是典型的嵌入式系统。来自CCD的信号,经彩色校正的Y/C分离后,通过A/D转换器转换为10位的数字信号,写入动态存储器DRAM中的帧缓冲器,作为YUV图像数据。这些数据同样要传送到NTSC/PAL进行编码,最后由LCD显示器显示。当释放快门时,这些数据要传送到M-JPEG芯片中,经过1/10和1/20压缩编码处理后存储到DRAM中的JPEG编码区域。RISC-CPU把压缩数据转换成文件格式数据,然后写到外部存储器中。放像时,数据的流向与上述摄像相反。解码后的图像在LCD显示屏上显示。
总之,随着科学技术的发展,数字化摄像技术必将在许多领域中得到广泛应用,数字化摄像技术研究具有十分重要的意义。■
参考文献
①晏磊、周雅、张飞舟,《数字成像技术的历史、现状与展望》,《影像技术》,2001
②晏磊,《影像技术与信息科学》,《影像材料》,2001
③晏磊、夏榆滨,《感光材料与影像科学》,《感光材料》,2000
(作者单位:安徽电视台)
责编:姚少宝
