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《光電數(shù)碼成像概述》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、光電數(shù)碼成像概述秦嶺(0614012)史金柱(0610696)(下面文字間的圖片回出現(xiàn)的稍慢,請(qǐng)多等一小會(huì)兒,謝謝?。┳?825年照相技術(shù)發(fā)明后,人類就可以用影像來記錄身邊的一切。我們知道,傳統(tǒng)的照相技術(shù)是使用的底片作為感光部分。這利用了鹵化銀一類的物質(zhì)遇光發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原理,在顯影時(shí)使用化學(xué)手段將底片沖洗出來。進(jìn)入21世紀(jì)以來,我們的生活也進(jìn)入了數(shù)字時(shí)代,周圍的一切都在發(fā)生著變化。現(xiàn)在,很多人都擁有了數(shù)碼相機(jī),攝像機(jī);監(jiān)視器的存儲(chǔ)介質(zhì)也不再是體積很大的磁帶,而是一數(shù)字的形式保存在電腦里。這些都給了我們很大方便,數(shù)碼照片方便存儲(chǔ),只要存儲(chǔ)器不損壞可以存放無窮
2、久,修改調(diào)整不再需要復(fù)雜的暗房技術(shù)等等。但是,很多人卻不知道或者不太明白這些器材的工作原理,它們是怎么把自然界復(fù)雜的光信號(hào),色彩等信息轉(zhuǎn)化成數(shù)字0,1所表示的簡單信息呢?帶著這個(gè)問題,我們開始了進(jìn)行一些有關(guān)光電數(shù)碼成像原理的研究。首先,我們了解到,無論是照相機(jī)還是攝像機(jī),它們的核心部件都是一種叫做CCD的東西。CCD,是英文ChargeCoupledDevice即電荷耦合器件的縮寫,它是一種特殊半導(dǎo)體器件。它是用來采集信號(hào)的一種感應(yīng)元件,技術(shù)要求很高,全世界只有6家公司掌握了CCD研制技術(shù),成品率較低,成本較高(尤其是大尺寸CCD)。由于CCD的技術(shù)對(duì)我們來
3、說比較復(fù)雜,比較專業(yè)的資料在理解上有一定的困難,所以我們決定還是從身邊的事物入手,即隨處可見的數(shù)碼相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的CCD:數(shù)碼相機(jī)是通過CCD來感光成像的,我們了解到,對(duì)于同一部相機(jī),如果以一中RAW方式存儲(chǔ)照片的話,照片的質(zhì)量比普通的高,而且能在后期電腦上進(jìn)行幾乎無損的一些參數(shù)調(diào)整。由此,我們覺得這個(gè)RAW一定與CCD有著什么密不可分的關(guān)系。于是,我們參看了有關(guān)RAW成像的資料。很人將數(shù)碼相機(jī)的RAW文件與JPEG、TIFF等并列,稱其為一種“圖像格式”,事實(shí)上這在概念上是錯(cuò)誤的,因?yàn)镽AW事實(shí)不能稱為“圖像文件”,它僅僅是一個(gè)數(shù)據(jù)包。圖像文件的特點(diǎn)之一
4、是設(shè)備無關(guān)性,它記錄的是數(shù)碼圖像各個(gè)像素點(diǎn)的色彩、亮度信息(指位圖式圖像文件,矢量圖像又是另一種類型),就是說拿到這個(gè)文件不用了解這個(gè)文件是怎么得來的,一般的圖像瀏覽和處理軟件就可能打開它,流行的圖像文件包括JPEG、BMP、GIF、TIFF、PNG、PIC等等,這些格式各有各的特色,適用于不同的場合,就數(shù)碼相機(jī)而言,一般用到JPEG和TIFF兩種。早期的數(shù)碼相機(jī)多還保留的TIFF格式,但由于TIFF格式的文件體積龐大,就圖像質(zhì)量而言,除了相對(duì)于JPEG是無損壓縮之外,與最高精度的JPEG圖像相比,視覺效果并無明顯差別,所以后來很多型號(hào)的數(shù)碼相機(jī)都不再保留這
5、種存儲(chǔ)格式。RAW則不同,它僅僅是將數(shù)碼相機(jī)圖像傳感器(CCD)感光產(chǎn)生的電信號(hào)忠實(shí)地記錄下來打包保存,它具有獨(dú)特的設(shè)備相關(guān)性。它所記錄的不是圖像點(diǎn)的色彩、亮度信息,而是感光芯片的感光記錄,是落在每個(gè)感光單元上的光線的多少,至于這個(gè)點(diǎn)處于什么位置,這個(gè)位置上是什么顏色的濾色片,需要根據(jù)芯片的型號(hào)來定義。不知道這枚芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、電子特性的話,僅僅拿到RAW文件是無法轉(zhuǎn)換成普通的圖像文件的。這一特性導(dǎo)致了不同型號(hào)的數(shù)碼相機(jī)所產(chǎn)生的RAW文件結(jié)構(gòu)幾乎都是不同的,即使同一品牌、同一系列的數(shù)碼相機(jī),只要其芯片型號(hào)不同,所記錄的RAW文件也就不同,在該相機(jī)面世之前的出
6、版的RAW解碼軟件就無法對(duì)其進(jìn)行解碼轉(zhuǎn)換。RAW記錄的信息量十分大,這是RAW文件最根本的優(yōu)勢。因?yàn)樗覍?shí)記錄了圖像傳感器的感光信息,保留了最大的信息量。說明CCD感光原理的著名示意圖:CCD的每個(gè)感光單元就像有刻度的小桶,光線就像雨一樣灑在小桶里,小桶的容量越大,所能度量的雨的大小范圍(圖像的動(dòng)態(tài)范圍)就越大,桶的刻度越多(色彩位數(shù)越高)度量的精度就越高。目前數(shù)碼相機(jī)所采用的CCD圖像傳感器多為12位或14位感光器件,就是說每個(gè)感光單元的感光信息用12或14位的二進(jìn)制數(shù)字記錄下來,對(duì)于12位的器件,每個(gè)點(diǎn)的亮度可以有212=4096級(jí)的梯度區(qū)別,14位的器
7、件每個(gè)點(diǎn)的亮度可以有214=16384級(jí)的梯度區(qū)別,而一般JPEG格式只能記錄24位的RGB位圖(盡管實(shí)際是以YCbCr色系記錄,但圖像處理、顯示軟件打開這些圖像時(shí),以及屏幕顯示這些圖片時(shí),仍然要轉(zhuǎn)換為RGB分量),但每個(gè)點(diǎn)24位的數(shù)據(jù)要記錄R、G、B三種顏色,分解到一種顏色就只能有8位了,所能記錄的亮度梯度就只有256級(jí)了。TIFF格式雖然可記錄48位(每個(gè)色彩16位)的圖像信息,可以不丟失色彩位,但那樣文件體積將變得十分龐大,而且多出的數(shù)據(jù)位只能用空白數(shù)據(jù)來填補(bǔ),實(shí)在是浪費(fèi)存儲(chǔ)資源。色彩位的差別直接關(guān)系到圖像的動(dòng)態(tài)范圍和色彩飽和度,一旦保存為低色彩位的圖
8、像文件,將有相當(dāng)量的感光信息被舍棄,這些舍棄的信息將