淺談數字攝像技術

馬 駿

【摘要】本文歸納了數字成像的主體技術,包括圖像靜態、動態輸入技術,軟拷貝、硬拷貝輸出技術,并闡述了數字攝像機工作原理和攝像技術的應用前景。

【關鍵詞】圖像獲取 圖像輸出 攝像技術

人類社會已進入信息時代,信息的快速獲取與傳輸已經成為時代發展的表征。隨著計算機多媒體技術的發展,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,數字圖像的快速獲取與輸出技術已成為獲取內容的主要手段。

一、數字影像輸入技術

數字影像首先要獲取目標的光學像,再通過光電傳感器將光學信號轉變為數字信號,進而形成數字影像。根據被獲取目標的形式以及技術手段,數字影像的獲取方法大致分為靜態和動態兩種。從被獲取目標的形式來看,靜態數字影像的目標往往是靜止的,如檔案、膠片、文稿、圖片等的再拍攝過程;動態數字影像的目標往往是動態的,通常是對現實世界的各種景物及社會活動的即時拍攝。從獲取目標的技術手段看,靜態數字影像獲取的設備是不移動的,動態獲取的設備是不斷移動的。

1、靜態數字影像的獲取

數字影像按靜態獲取信息的技術差異,主要分為掃描與縮微兩種。掃描是將傳感器與對象發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,在拍攝數字影像時它與對象保持相對靜止。

(1)數字掃描技術

在數碼相機普及以前,掃描技術是數字圖像捕捉的主要手段。該技術是將頁面、圖片、幻燈片以及其他內容,送入計算機并進行處理。掃描儀采用CCD,把圖片轉換成計算機可接受的數字圖像。數字掃描只能處理靜態圖片,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行掃描。

(2)數字縮微技術

縮微技術已有150多年的歷史。從發明到現在,縮微技術一直在不斷完善和發展?？s微膠片已能達到文獻記錄對分辨率和灰度的要求。縮微設備從拍攝的鏡頭、側光、曝光到自動對焦、沖洗溫控等已經非常完善。但是,縮微技術也存在一些缺點: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。雖然隨著數字技術的發展,產生了許多存貯資料信息的方法,如光盤和磁盤。但要建立一個功能完備的信息管理系統,單憑縮微技術或光盤技術是不夠的。數字縮微技術可根據存貯特點,將不同介質組合在一起,實現縮微與電子影像的轉換,將模擬信息轉化為數字信息,將人讀材料轉化為機讀材料,將數字化電子影像編輯的便利性與縮微儲存的經濟性、合法性等結合起來,形成以計算機為中心,傳統縮微膠片、光盤、磁盤等多介質兼容,具有多功能、適應不同需要、更為先進的復合信息管理系統。

2、動態數字影像的獲取

動態數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,具有分辨率高的優點,能夠獲得高分辨率的動態圖像信息。常用的圖像獲取光電傳感器有:CCD(CMOS)數碼相機、數字攝影機。

(1)數字攝像技術

目前主要采用CCD攝像技術。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,可同時處理和識別圖像。

(2)數字照相技術

相對數字攝像而言,數字照相機追求單個畫面質量,而不在意兩次拍攝畫面間的關系。它使用一塊特殊光敏芯片,與傳統光學鏡頭結合,通過光學成像系統將景物成像在面陣光電轉換器上,憑借快門對光通量進行控制,以獲得合適的曝光。其后續處理部分通過串行掃描獲取光電轉換器上的信息,經過模擬信號放大、模擬與數字轉換和信息壓縮后,將數字圖像存儲在隨機存儲器上。該技術的最大優勢是能夠將所攝入的圖像直接輸入計算機,進行圖像處理、編輯與傳輸,或通過打印機輸出,或通過互聯網傳送到世界各地。

二、數字影像輸出技術

數字圖像輸出有硬拷貝和軟拷貝兩種方式。數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、復印機和擴印機等都屬于硬拷貝。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,如數字投影、數字電視等。

三、數字攝像機的原理

數字攝像系統由CCD信號處理器、M-JPEG編解碼器、32位RISC-CPU、NTSC編碼器、DRAM控制器和各種外設接口等組成,是典型的嵌入式系統。來自CCD的信號,經彩色校正的Y/C分離后,通過A/D轉換器轉換為10位的數字信號,寫入動態存儲器DRAM中的幀緩沖器,作為YUV圖像數據。這些數據同樣要傳送到NTSC/PAL進行編碼,最后由LCD顯示器顯示。當釋放快門時,這些數據要傳送到M-JPEG芯片中,經過1/10和1/20壓縮編碼處理后存儲到DRAM中的JPEG編碼區域。RISC-CPU把壓縮數據轉換成文件格式數據,然后寫到外部存儲器中。放像時,數據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,隨著科學技術的發展,數字化攝像技術必將在許多領域中得到廣泛應用,數字化攝像技術研究具有十分重要的意義。■

參考文獻

①晏磊、周雅、張飛舟,《數字成像技術的歷史、現狀與展望》,《影像技術》,2001

②晏磊,《影像技術與信息科學》,《影像材料》,2001

③晏磊、夏榆濱,《感光材料與影像科學》,《感光材料》,2000

(作者單位:安徽電視臺)

責編:姚少寶