檢測自動化系統中的數字圖像處理及識別技術

李自天

摘 要：本篇文章首先對數字圖像處理技術及其主要內容進行闡述，認識到數字圖像處理技術在檢測自動化系統中起到的作用，并結合檢測自動化中數字圖像處理及識別系統的構成，提出檢測自動化中數字圖像識別及處理功能的實現思路。希望在提升我國檢測自動化協同數字圖像處理識別水平的同時，能夠助力我國自動化系統建設工作長效發展。

關鍵詞：檢測自動化系統；數字圖像；處理技術；識別技術

中圖分類號：TP391.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）11-0027-02

0 引言

數字圖像處理作為近幾年人們關注和熱議的話題，其發展和應用有效地促進了自動化水平的提升。為了實現對數字圖像處理的認識了解，需要結合數字圖像處理方式，明確數字圖像處理系統工作原理，并在思考數字圖像處理環節中存在的各種問題，提出對應的數字圖像處理對策，在實現數字圖像處理水平提升的同時，可以引導我國數字圖像處理工作的穩定發展。下面，本文將進一步闡述和分析檢測自動化系統中的數字圖像處理及識別技術。

1 數字圖像處理技術及其主要內容

從圖像處理技術自身角度來說，涉及的內容主要有兩點，一個是模擬圖像處理技術，另一個是數字圖像處理技術。其中，模擬圖像處理技術中又包含了光學處理技術以及電子處理技術，例如照相、遙感圖像處理以及電視信號處理等。這種處理方式從本質上說，包含在并行處理范圍內，具備的主要特性是處理效率高，通常可以實現實時處理。從理論角度出發，能夠滿足光速要求。而模擬圖像處理技術自身存在的不足就是精準性不高，并且靈活度不高，無法實現精準評判和處理[1]。在數字圖像處理過程中，通常借助計算機技術實現硬件處理，因此這種處理技術也被稱之為計算機圖像處理。其具備的優勢在于處理精準性比較高，并且處理內容較為多樣，可以實現相對繁瑣的非線性處理，具有一定的變通能力。在處理過程中，只要簡單地改變部分軟件，就能實現處理內容的改變。而這種技術也存在一定不足，那就是處理效率不高，尤其是部分相對比較繁瑣的處理工作中。通常來說，這種處理技術主要應用在部分靜止畫面處理中，假設實時處理一般精度的圖像，要求處理能力應該高于100MPIs，并且，分辨率以及精準度將會受到約限，如果一般精度圖像為512×512×8bit，其分辨率則應該超出2048×2048×12bit，假設精度和分辨率相對較高，需要的處理時間也隨之升高[2]。

2 檢測自動化中數字圖像處理及識別系統的構成

在檢測自動化系統中，數字圖像處理是被系統通常涉及了三項內容，也就是圖像處理系統、圖像數字化系統和圖像顯示系統。數字圖像處理系統見圖1。

在該系統中，數字化設備將各個明暗的圖像利用計算機進行充分連接，并把圖像保存在對應的設備中。當前，我們普遍應用的數字設備在于CCD攝像機、飛點掃描儀。隨著光學圖像的出現，通過應用數字化設備，讓其形成一個具體的圖像，并且暫時保存在輸入數據保存設備中[3]。計算機系統結合程序庫提出的各個指令，從程序庫中選擇對應的處理流程，同時對輸入數字圖像進行處理，處理結果保存在輸出圖像保存設備中，在終端中進行展現。

一般情況下，圖像數字化器應該將各個圖像劃分為多個圖像元素，之后為其提供對應的地址，可以度量各個圖像灰度情況，將連續度量結果進行量化處理，形成整數，把這些數值記錄到保存設備中。為了實現這些功能，該設備一般有五部分組成。其一，圖像采樣。在數字化設備的作用下，能夠對特性的圖像進行檢測，在檢測過程中，確保其不會受到環境等因素影響。其二，圖像掃描。在圖像掃描過程中，需要借助采樣系統根據設定圖形，按照圖形移動情況，對像素情況加以設定和了解。其三，光傳感器。在采樣設備的作用下，對圖像中像素情況進行監測，通常需要把光強轉換為電壓。其四，量化器。也就是在傳感器的作用下，將采集的數據轉換為數值，并實現圖像的檢測和識別。通常情況下，量化器也被稱之為“模數轉換”電路。其五，輸出存儲體。在數據量化以后，結合設定格式要求將采集的數據進行儲存和管理，便于后續計算機處理應用[4]。

3 檢測自動化中數字圖像識別及處理功能的實現

3.1 圖像采集及處理

在進行檢測自動化中數字圖像識別及處理過程中，需要采集所需的數據。因此，本系統圖像信息采集，一般是利用數碼相機或者數碼攝像機來進行。在數碼攝像機中，包含了面陣CCD感光元件。通過應用面陣CCD光感元件，可以將收集的光強信息傳遞到對應的設備中，之后根據傳輸電信號，將其轉變成所需的光輻射影像圖。利用數碼攝像機把獲取的CCD模擬信號更改成數字信號。在數字信號處理設備的作用下，把A/D轉換之后的信號根據對應標準進行壓縮處理，例如PJEG等保存方式[5]。在采集相關圖像信息之后，將其保存到數碼攝像機中。圖像信息的獲取與存儲流程見圖2。

當前，應用的圖像傳感器類型一般是根據電子自掃描固態傳感器為主，涉及的類型包含了三種，第一種是電荷藕合器件（CCD）陣列；第二種是電荷注入器件（CID）陣列；第三種是光電二極管陣列。各個器件都具備獨立繼承電路芯片，并結合實際情況形成一組或者多組光傳感器陣列，同時也涉及了應用在讀取傳入圖像過程中形成的充電電荷。本文將重點闡述和分析電荷藕合器件[6]。

將CCD芯片安裝在一個光敏結晶硅片中，一個矩形光電探測設備陣列可以根據CCD芯片設定在硅基片中。部分領域形成的光電子可以集中在就近的勢阱中，并將其當作一個點荷包根據一串勢阱逐漸轉移到外部引出端。在這種情況下，可以利用三種不同結構將CCD圖像檢測器中獲取的電荷信息進行讀取。其中包含了全幀結構、行間結構以及幀傳送結構。

當全幀CCD全曝光時，全幀CCD一般會在讀取過程中實現快門關閉，讓其置身于一個比較黑暗的環境中。利用傳感器將電荷移出，根據移出情況，也就適當的移出對應的像素。在程度移動完畢之后，各個電荷朝著下一行移動，之后底行逐漸被移除。在此過程中，需要重復移動，直到頂行移動全部移除。之后該器件準備累計另一幅圖像。在行間傳送CCD過程中，傳感器中各個偶數都可以在一個相對封閉的環境中掩蓋，這種掩蓋環境下形成的勢阱，在讀取過程中得到充足應用[7]。在曝光之后，每一個曝光的勢阱中電荷包將會逐漸轉移到就近的掩膜阱中。由于每一個電荷組都進行了移動，在這種情況下，移動時間將隨之減短，在暴露勢阱中，形成一定圖像之后，掩膜阱中電荷將逐漸被移除或者移動。在傳感器的作用下，通過芯片可以把像素劃分為對應的等分，并在50%的芯片中展現出光敏現象。從幀傳送CCD芯片角度來說，其涉及了一個雙倍高度傳感器陣列，上述一半以上的標準都可以獲取相關的圖像信息。下面一般為保存陣列，其被精密的掩蓋著，從而避免觀光線的進入。在完成累計工作之后，傳感器陣列累計的圖像可以被保存到其他陣列中。利用傳感器，將整個圖像情況進行展現。在保存圖像過程中，需要結合實際情況，將像素進行移出。在此過程中，需要和行間傳遞相一致，讓快速獲取圖像信息成為了現實。