高速圖像采集與處理高速圖像采集與處理高速圖像采集與處理1.圖像的采集與處理2.高速圖像采集與處理3.ATR-Directed圖像壓縮方法4.高速圖像采集處理系統5.硬件實現方法高速圖像采集與處理1.圖像的采集與處理2.高速圖像采圖像采集多通道視頻音頻輸入A/D模擬轉換視頻信號幀存儲D/A視頻音頻壓縮編碼顯示輸出視頻采集控制器計算機主機圖像采集：圖象經過采樣、量化以后轉換為數字圖象并輸入、存儲到幀存儲器的過程，叫做圖像采集。

由于圖像信號的傳輸需要很高的傳輸速度，通用的傳輸接口不能滿足要求，因此需要圖像采集卡。圖像采集多通道視頻音頻輸入A/D模擬轉換視頻信號幀存儲D/A圖像采集圖像采集卡：

圖像采集卡（ImageCaptureCard），又稱圖像捕捉卡，是一種可以獲取數字化視頻圖像信息，并將其存儲和播放出來的硬件設備。很多圖像采集卡能在捕捉視頻信息的同時獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數字化時同步保存、同步播放。

圖像采集卡的功能是將圖像信號采集到電腦中，以數據文件的形式保存在硬盤上。它是圖像采集到圖像處理過程間必不可少的硬件設備，通過它，我們就可以把攝像機拍攝的視頻信號從攝像帶上轉存到計算機中，利用相關的視頻圖像編輯軟件，對數字化的視頻信號進行后期編輯處理。圖像采集圖像采集卡：圖像采集圖像采集元件——圖像傳感器（imagetransducer）

圖像傳感器（感光元件）是一種將光學圖像轉換成電子信號的設備，它被廣泛地應用在數碼相機和其他電子光學設備中。

早期的圖像傳感器采用模擬信號，如攝像管。如今，圖像傳感器主要分為CCD和CMOS圖像傳感器兩大類。圖像采集圖像采集元件——圖像傳感器（imagetransd圖像采集

CCD圖像傳感器，英文全稱：Charge-coupledDevice，中文全稱：電荷耦合元件。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為數字信號。CCD上植入的微小光敏物質稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素數越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉換成數字信號。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應光線，并將影像轉變成數字信號。經由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉給它相鄰的電容。圖像采集圖像采集CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），互補金屬氧化物半導體。電壓控制的一種放大器件。是組成CMOS數字集成電路的基本單元。

CMOS傳感器有可細分為：被動式像素傳感CMOS（PassivePixelSensorCMOS）與主動式像素傳感器CMOS（ActivePixelSensorCMOS）。圖像采集CMOS（Complementary圖像采集CCD：1，高解析度2，低噪聲3，動態范圍廣4，良好的線性特性曲線5，大面積感光6，低影像失真圖像采集傳感器CMOS：1，功耗低2，成本低3，發展起步晚，工藝不成熟，效果差4，發展空間大圖像采集CCD：圖像采集傳感器CMOS：圖像處理圖像處理(imageprocessing)，用計算機對圖像進行分析，以達到所需結果的技術，又稱影像處理。

基本內容：圖像處理一般指數字圖像處理。數字圖像是指用數字攝像機、掃描儀等設備經過采樣和數字化得到的一個大的二維數組，該數組的元素稱為像素，其值為一整數，稱為灰度值。

圖像處理（銳化）效果圖像處理圖像處理(imageprocessi圖像處理圖像處理圖像壓縮圖像增強和復原匹配、描述和識別圖像處理圖像處理圖像壓縮圖像增強匹配、描述圖像處理圖像編碼圖像數字化圖像增強圖像復原圖像分析圖像分割常見圖像處理圖像處理圖像編碼圖像數字化圖像增強圖像復原圖像分析圖像分割常圖像處理圖像數字化圖像編碼圖像增強通過取樣和量化過程將一個以自然形式存在的圖像變換為適合計算機處理的數字形式。圖像在計算機內部被表示為一個數字矩陣，矩陣中每一元素稱為像素。對圖像信息編碼，以滿足傳輸和存儲的要求。編碼能壓縮圖像的信息量，但圖像質量幾乎不變。圖像增強的目標是改進圖片的質量，例如增加對比度，去掉模糊和噪聲，修正幾何畸變等圖像處理圖像數圖像圖像通過取樣和量化過程將一個以自然形式存在圖像處理圖像復原圖像分割圖像分析圖像復原是在假定已知模糊或噪聲的模型時，試圖估計原圖像的一種技術。圖像分割將圖像劃分為一些互不重疊的區域，每一區域是像素的一個連續集。通常采用把像素分入特定區域的區域法和尋求區域之間邊界的境界法。從圖像中抽取某些有用的度量、數據或信息。圖像處理圖像圖像圖像圖像復原是在假定已知模糊或噪聲的模型時，高速圖像采集與處理高速圖像采集處理系統：

一般是指采樣率和數據實時處理速率在100MSPS以上的圖像采集處理系統。（SPS—ADC的參數，即每秒模數轉換器采點數）

與傳統的圖像采集系統相比，高速圖像采集處理系統以其高幀頻、高分辨率的采集特點，可以實現對高速運動目標的實時采集、跟蹤和傳輸，因此，被越來越廣泛的應用于軍事、航天、工業生產及科研等領域。

高速圖像采集與處理高速圖像采集處理系統：高速圖像采集與處理目前，高速圖像采集處理系統在應用中仍然存在許多問題，這些問題嚴重阻礙著高速圖像采集處理系統的實用化進程。主要問題如下：1.隨著成像技術的飛速發展，傳感器的分辨率越來越高，使得采集的圖像數據量越來越龐大；2.實際應用中對圖像傳輸的實時性要求越來越高；3.用于數據傳輸的帶寬提升；4.用于存儲圖像數據的磁盤空間加大.因此，如何實時的壓縮圖像數據，如何提升系統實時處理速度成為高速圖像采集處理系統中的兩個關鍵技術高速圖像采集與處理目前，高速圖像采集處理系統在ATR-Directed圖像壓縮方法ATR-Directed圖像壓縮方法ATR-Directed（面向自動目標識別）圖像壓縮是目前高速圖像采集處理系統中應用最為廣泛的一種實時圖像壓縮方法。它是利用目標ROI（Region-of-interest,ROI）檢測算子提取出可能存在的目標ROI，然后對目標ROI進行優先編碼。這種算法可以在實現較高壓縮比的同時，較好的保留目標信息。利用現有比較成熟的目標ROI檢測算法得到圖像中的目標ROI，然后利用嵌入式圖像壓縮方法，對目標ROI進行高保真度壓縮，從而盡可能地保持圖像ATR性能。ATR-Directed圖像壓縮方法ATR-DirecteATR-Directed圖像壓縮方法ATR-Directed圖像壓縮方法的研究，主要體現在兩個方面：（1）如何提取出對于保持自動目標識別性能至關重要的目標ROI；（2）如何在有損編碼方法中保持目標ROI的高保真度。核心的問題是：ROI檢測器能夠充分檢測出目標ROI，而且需要在圖像編碼過程中對ROI進行優先編碼，并且要求算法運算量及占用的存儲空間盡量小。ATR-Directed圖像壓縮方法ATR-Directe靜態目標ROI檢測基于圖像分割的方法基于模板匹配的方法基于閾值檢測方法局部熵方法可以利用目標圖像的灰度、紋理等特征來分割出目標ROI和背景，再利用目標的先驗知識對目標和背景進行分離。利用目標的模板來尋找場景中的相似目標。利用目標出現在局部時會引起局部熵較大的變化的特點來檢測目標ROI，可以說也是背景預測基于閾值檢測方法一般的檢測步驟是先進行預處理或預檢測，然后再進行閾值檢測。靜態目標ROI檢測基于圖像分基于模板基于閾值局部熵可以利運動目標ROI檢測檢測運動目標ROI，主要有幀積分法、差分圖像法、基于光流場的方法、基于統計模型的方法、基于小波變換的方法和基于神經網絡的方法等。幀積分法：對圖像進行多幀積累增加，是序列圖像檢測目標ROI最直接最簡單的方法。為了兼顧檢測性能和算法的實時性，幀積分法將目標軌跡和目標的能量積累結合起來，有效地抑制噪聲的影響，提高目標的信噪比。差分圖像法：根據差分策略不同，又可以分為基于相鄰幀差的算法和基于背景圖像與當前幀差的算法。在環境亮度變化不大的情況下，如果對應像素灰度相差很小，可以認為此處景物是靜止的；如果圖像區域某處的灰度變化很大，則認為這是由于圖像中運動物體引起的，然后求出運動目標ROI在圖像中的位置運動目標ROI檢測檢測運動目標ROI，主要有幀運動目標ROI檢測基于光流場的方法：通過計算圖像的光流場，再結合目標的運動特征進行目標ROI檢測。所謂光流是指圖像中模式運動的速度，它是一種二維瞬時速度場。基于統計模型的方法：首先利用較簡單的算法對運動場進行粗略的估計，然后根據馬爾可夫(Markov)隨機場理論構造出運動場的間斷點分布模型，利用此模型來檢測運動場間的斷點，以此來實現運動目標ROI的檢測。基于小波變換的方法：小波理論是在20世紀80年代后期發展起來的一種新興的信號處理方法，它具有良好的時頻局部化特征和方向性特征，已被廣泛應用于運動目標檢測、模式識別、信號處理等領域。運動目標ROI檢測基于光流場的方法：通過計算圖像的光流場，再運動目標ROI檢測基于人工神經網絡的方法：這種方法首先將每幀圖像分成一系列圖像塊，經過預處理后將這些圖像塊投影到一個線性濾波器組，得到不同的圖像模式；然后把這些不同的圖像模式根據預先計算得到的聚類原形進行分類；最后用訓練得到的神經網絡分類器來判斷圖像模式是否包含目標。

目標直升機圖像ROI檢驗算子處理圖像閾值處理圖像運動目標ROI檢測基于人工神經網絡的方法：這種方法首先將每幀圖像編碼

圖像編碼是ATR-Directed圖像壓縮方法中另一個關鍵環節。

圖像編碼是數字圖像處理的重要組成部分之一。隨著數字圖像采集器件分辨率的提高，表示數字圖像的數據不斷增加，從幾百兆比特增加到千兆比特傳輸率，要滿足巨大數據量的傳輸和存儲就需要很寬頻率帶寬以及大容量存儲器。

為了提高傳輸效率和節省存儲空間，需要運用圖像編碼技術通過去除冗余數據來減少描述數字圖像的數據。圖像編碼

圖像編碼是ATR-Directed圖像編碼基于香農信息論的編碼方法：

香農編碼定理指出在不產生任何失真的前提下，通過合理的編碼，對于每一個信源符號分配不等長的碼字，平均碼長可以任意接近信源的熵。游程編碼、Huffman編碼、算術編碼等，這些通常稱為熵編碼。熵編碼是基于信號統計特性的編碼技術，它是一種無損編碼方法，解碼后能無失真地恢復圖像。新型圖像編碼方法：

分形編碼、模型編碼、小波編碼圖像編碼基于香農信息論的編碼方法：圖像編碼分形圖像編碼：在分形幾何理論上發展起來的一種編碼方法。分形理論描述自然界物體的自相似性，這種自相似性可以是確定的，也可以是統計意義上的。分形壓縮編碼算法與原圖像分辨率無關，壓縮確定性分形圖像時圖像復原質量較高，但在處理不具有明顯確定性分形結構的圖像復原質量不理想。模型編碼：不壓縮實際的量化數據，而是采用一個表示景物（一般是人、人臉等）的模型，傳送的信息是告訴接收方如何改變模型以匹配輸入景物（如眨眼、扭頭等）。基于模型的解碼器也有一個與對應編碼器相同的模型，解碼器利用收到的數據調整其模型，然后生成供顯示的圖像模型。圖像編碼分形圖像編碼：在分形幾何理論上發展起來的一種編碼方法圖像編碼小波變換：小波變換采用變時間窗的方法對圖像進行分析，對整幅圖像的能量進行了重新分配。在低頻時它對頻率的定位較準，圖像的能量主要集中于低頻部分，能反映圖像的整體特征；而在高頻時它對時間的定位較準，很大的區域中數據的動態范圍很小，有效地保留原始圖像的細節和邊緣。圖像編碼小波變換：小波變換采用變時間窗的方法對圖像進行分析，高速圖像采集處理系統圖像采集處理系統的架構對高速圖像采集處理技術的廣泛應用有著至關重要的影響。按照其對采集圖像進行處理的實時性進行分類可以分為：實時處理采集系統和非實時處理采集系統。高速圖像采集處理系統基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統高速圖像采集處理系統圖像采集處理系統的架構對基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統屬于非實時處理采集系統，這種架構主要針對采集速率大于100fps的圖像采集系統，其不對圖像進行實時處理，而是將其直接存儲于SCSI（小型計算機系統接口）磁盤陣列。基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統架構基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統架構在目前高速的采集系統中應用非常廣泛，尤其在科研中的姿態測量、碰撞試驗等采集對象的運動速度非常快的采集系統都應用這種架構。

這種架構只要在存儲空間足夠大的前提下，可以滿足任意高速采集速率的傳輸要求，但是應用多硬盤陣列（通常為幾十塊硬盤陣列，多則可達到幾百塊硬盤）會帶來系統成本提高、占用空間增大、設備保管困難及系統整體的靈活性、可靠性差等許多方面的問題，而且應用這種設備進行傳輸存儲對于數據線的要求也非常高。基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統屬于實時處理采集系統，這種架構在系統中嵌入高速實時圖像處理單元。

基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統圖像傳感器A/D轉換圖像處理接口存儲裝置緩存控制邏輯基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統基于實基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統采用特殊的圖像處理算法，對采集的圖像進行實時的圖像降噪、圖像壓縮、圖像增強等處理，然后進行存儲，以備圖像后續處理。其中所采用的圖像處理算法在可以達到處理要求的基礎上，還必須具有運算簡單，易于快速實現的特點，這對圖像處理算法有較高的要求。基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統基于實時硬件實現方法隨著VLSI技術的迅速發展，為高速圖像采集處理系統的硬件實現提供了有利的條件。而對于系統中核心處理單元的硬件實現方法仍然是目前研究的關鍵，現有的針對核心處理單元的硬件實現方法主要有以下幾種。硬件實現方法基于ASIC基于DSP基于FPGA硬件實現方法隨著VLSI技術的迅速發展，為基于ASIC的硬件實現方法

ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）專用大規模集成電路，是針對于某一種固定算法或應用而專門設計的硬件芯片。

優點：體積小、重量輕、功耗低、可靠性，在大批量應用時，可降低成本。ASIC缺點：設計周期長，造價昂貴，而且由于ASIC是為專用目的設計的，所以當算法改變時就要重新設計芯片和硬件電路。

基于ASIC的硬件實現方法靈活性差，導致其通用性較差。基于ASIC的硬件實現方法ASIC（Appl基于FPGA的硬件實現方法

FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。

它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路種類的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

FPGA芯片內部結構基于FPGA的硬件實現方法FPGA（Field－基于FPGA的硬件實現方法IOBCLBDCMRAM可編程輸入/輸出單元，簡稱I/O單元，是芯片與外界電路的接口部分，完成不同電氣特性下對輸入/輸出信號的驅動與匹配。數字時鐘管理模塊嵌入式RAM可配置邏輯塊，是FPGA內的基本邏輯單元。可以用于實現組合邏輯和時序邏輯基于FPGA的硬件實現方法IOBCLBDCMRAM可編程輸入基于FPGA的硬件實現方法

FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯接方式，并最終決定了FPGA所能實現的功能。因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。

加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。基于FPGA的硬件實現方法FPGA是由存放在片基于FPGA的硬件實現方法系統采集對象CCD線陣相機FPGA數據采集處理控制UART調試下位機VCA顯示SRAM1SRAM2基于FPGA的圖像采集系統的整體結構SRAM用于實時緩存采集的對象數據；CCD線陣相機用于實時拍攝數據對象；UART是一種通用串行數據總線，與計算機連接用于調試；下位機用于接收FPGA處理結果的控制信號；VGA用于圖像處理結果的顯示；FPGA控制模塊是整個采集系統的核心控制部分，負責圖像采集和處理，有采集模塊、處理模塊構成。基于FPGA的硬件實現方法系統采集對象CCD線陣相機FPGA基于FPGA的硬件實現方法乒乓操作基于FPGA的硬件實現方法乒乓操作基于FPGA的硬件實現方法在第2個緩沖周期,通過輸入數據選擇單元的切換,將輸入的數據流緩存SRAM2，同時,將SRAM1緩存的第1個周期的數據送到運算處理單元進行處理。在第一個緩沖周期,將輸入的數據流緩存SRAM1在第3個緩沖周期,再次切換數據的進入與輸出緩沖模塊，如此循環,周而復始。第一緩沖周期第二緩沖周期第三緩沖周期

乒乓操作是一個常常應用于數據流控制的處理技巧，其輸入數據流和輸出數據流都是連續不斷的，沒有任何停頓，因此非常適合對數據流進行流水線式處理，可以完成數據的無縫緩沖與處理。基于FPGA的硬件實現方法在第2個緩沖周期,通過輸入數據基于DSP+FPGA的硬件實現方法DPS即DigitalSignalProcessing,DSP芯片，也稱數字信號處理器，是一種具有特殊結構的微處理器。DSP芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現各種數字信號處理算法。優點：大規模集成性，穩定性好，精度高，可編程性，高速性能，可嵌入性，接口和集成方便缺點：成本較高，高頻時鐘的高頻干擾，功率消耗較大等

基于DSP+FPGA的硬件實現方法DPS即Di基于DSP+FPGA的硬件實現方法圖像輸入口Link接口FPGA接口FPGADSP計算機串口通訊FLASHSDRAM高速圖像采集及處理系統的硬件組成框圖系統采用了DSP+FPGA為核心的設計思想，充分發揮了DSP處理圖像的高速性、穩定性和FPGA控制時序的方便性，使得系統具有良好的快速性和實時性。基于DSP+FPGA的硬件實現方法圖像輸入口Link接口FP結論

高速圖像采集處理系統能夠以高采樣率、高分辨率實現對圖像數據實時采集、處理和傳輸，被廣泛應用于軍事、航天、科研及工業生產等領域，相信對其在應用中所存在的關鍵問題的解決將會帶來很大的理論意義和應用價值。結論高速圖像采集處理系統能夠以高采樣率、高分辨文獻資料陳潔、張環、王琦.高速圖像數據采集系統設計與實現[J].硅谷.2011:58-59.宋燕星.高速圖像采集處理系統中若干關鍵技術的研究[D].哈爾濱.哈爾濱工業大學.2009年10月.何振琦、李光明、張慧琳、李頎.高速圖像采集系統的研究及FPGA實現[J].計算機應用.2010,30(11):3094-3097.孫春鳳、袁峰、丁振良.基于FPGA的多通道高速CMOS圖像采集系統[J].計算機工程與應用.2008,44(21):46-48.王亞麗.基于DSP的高速圖像采集及處理系統設計[D].哈爾濱.哈爾濱工業大學.2007年7月.韓丙辰、陳樹越.基于數字CCD相機的高速圖像采集系統[J].電腦開發與應用.2005年,第5期,第18卷.40-42文獻資料陳潔、張環、王琦.高速圖像數據采集系統設計與文獻資料LijieChen,WeicaoZhou.Adesignofhigh-speedimageacquisitioncardbasedonPCIEXPRESS[J].IEEEE.2010LeiYan,Choon-YoungLee.ImageAcquisitionandProcessingforFallingObjectswithLineCCDSensor[J].IEEE.2011:1257-1261.ChaoLI,Yu-linZHANG,Zhao-naZHENG.DesignofImageAcquisitionandProcessingBasedonFPGA[J].ComputerSociety.IEEE.2009:113-115.BeiYan,YuefengSun,FengfengDing,HaiwenYuan.DesignofCMOSImageAcquisitionSystemBasedonFPGA[J].2011,6thIEEEConferenceonIndustrialElectronicsandApplications:1726-1730.MAWenbo,ZHAOBaojun,MAOerke.ANEWMETHODFORBOUNDARYARTIFACTREDUCTIONINREAL-TIMEHIGH-SPEEDIMAGECOMPRESSIONSYSTEM[J].IEEE.2006.文獻資料LijieChen,WeicaoZhou.AThankYou!ThankYou!高速圖像采集與處理高速圖像采集與處理高速圖像采集與處理1.圖像的采集與處理2.高速圖像采集與處理3.ATR-Directed圖像壓縮方法4.高速圖像采集處理系統5.硬件實現方法高速圖像采集與處理1.圖像的采集與處理2.高速圖像采圖像采集多通道視頻音頻輸入A/D模擬轉換視頻信號幀存儲D/A視頻音頻壓縮編碼顯示輸出視頻采集控制器計算機主機圖像采集：圖象經過采樣、量化以后轉換為數字圖象并輸入、存儲到幀存儲器的過程，叫做圖像采集。

由于圖像信號的傳輸需要很高的傳輸速度，通用的傳輸接口不能滿足要求，因此需要圖像采集卡。圖像采集多通道視頻音頻輸入A/D模擬轉換視頻信號幀存儲D/A圖像采集圖像采集卡：

圖像采集卡（ImageCaptureCard），又稱圖像捕捉卡，是一種可以獲取數字化視頻圖像信息，并將其存儲和播放出來的硬件設備。很多圖像采集卡能在捕捉視頻信息的同時獲得伴音，使音頻部分和視頻部分在數字化時同步保存、同步播放。

圖像采集卡的功能是將圖像信號采集到電腦中，以數據文件的形式保存在硬盤上。它是圖像采集到圖像處理過程間必不可少的硬件設備，通過它，我們就可以把攝像機拍攝的視頻信號從攝像帶上轉存到計算機中，利用相關的視頻圖像編輯軟件，對數字化的視頻信號進行后期編輯處理。圖像采集圖像采集卡：圖像采集圖像采集元件——圖像傳感器（imagetransducer）

圖像傳感器（感光元件）是一種將光學圖像轉換成電子信號的設備，它被廣泛地應用在數碼相機和其他電子光學設備中。

早期的圖像傳感器采用模擬信號，如攝像管。如今，圖像傳感器主要分為CCD和CMOS圖像傳感器兩大類。圖像采集圖像采集元件——圖像傳感器（imagetransd圖像采集

CCD圖像傳感器，英文全稱：Charge-coupledDevice，中文全稱：電荷耦合元件。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為數字信號。CCD上植入的微小光敏物質稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素數越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉換成數字信號。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應光線，并將影像轉變成數字信號。經由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉給它相鄰的電容。圖像采集圖像采集CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），互補金屬氧化物半導體。電壓控制的一種放大器件。是組成CMOS數字集成電路的基本單元。

CMOS傳感器有可細分為：被動式像素傳感CMOS（PassivePixelSensorCMOS）與主動式像素傳感器CMOS（ActivePixelSensorCMOS）。圖像采集CMOS（Complementary圖像采集CCD：1，高解析度2，低噪聲3，動態范圍廣4，良好的線性特性曲線5，大面積感光6，低影像失真圖像采集傳感器CMOS：1，功耗低2，成本低3，發展起步晚，工藝不成熟，效果差4，發展空間大圖像采集CCD：圖像采集傳感器CMOS：圖像處理圖像處理(imageprocessing)，用計算機對圖像進行分析，以達到所需結果的技術，又稱影像處理。

基本內容：圖像處理一般指數字圖像處理。數字圖像是指用數字攝像機、掃描儀等設備經過采樣和數字化得到的一個大的二維數組，該數組的元素稱為像素，其值為一整數，稱為灰度值。

圖像處理（銳化）效果圖像處理圖像處理(imageprocessi圖像處理圖像處理圖像壓縮圖像增強和復原匹配、描述和識別圖像處理圖像處理圖像壓縮圖像增強匹配、描述圖像處理圖像編碼圖像數字化圖像增強圖像復原圖像分析圖像分割常見圖像處理圖像處理圖像編碼圖像數字化圖像增強圖像復原圖像分析圖像分割常圖像處理圖像數字化圖像編碼圖像增強通過取樣和量化過程將一個以自然形式存在的圖像變換為適合計算機處理的數字形式。圖像在計算機內部被表示為一個數字矩陣，矩陣中每一元素稱為像素。對圖像信息編碼，以滿足傳輸和存儲的要求。編碼能壓縮圖像的信息量，但圖像質量幾乎不變。圖像增強的目標是改進圖片的質量，例如增加對比度，去掉模糊和噪聲，修正幾何畸變等圖像處理圖像數圖像圖像通過取樣和量化過程將一個以自然形式存在圖像處理圖像復原圖像分割圖像分析圖像復原是在假定已知模糊或噪聲的模型時，試圖估計原圖像的一種技術。圖像分割將圖像劃分為一些互不重疊的區域，每一區域是像素的一個連續集。通常采用把像素分入特定區域的區域法和尋求區域之間邊界的境界法。從圖像中抽取某些有用的度量、數據或信息。圖像處理圖像圖像圖像圖像復原是在假定已知模糊或噪聲的模型時，高速圖像采集與處理高速圖像采集處理系統：

一般是指采樣率和數據實時處理速率在100MSPS以上的圖像采集處理系統。（SPS—ADC的參數，即每秒模數轉換器采點數）

與傳統的圖像采集系統相比，高速圖像采集處理系統以其高幀頻、高分辨率的采集特點，可以實現對高速運動目標的實時采集、跟蹤和傳輸，因此，被越來越廣泛的應用于軍事、航天、工業生產及科研等領域。

高速圖像采集與處理高速圖像采集處理系統：高速圖像采集與處理目前，高速圖像采集處理系統在應用中仍然存在許多問題，這些問題嚴重阻礙著高速圖像采集處理系統的實用化進程。主要問題如下：1.隨著成像技術的飛速發展，傳感器的分辨率越來越高，使得采集的圖像數據量越來越龐大；2.實際應用中對圖像傳輸的實時性要求越來越高；3.用于數據傳輸的帶寬提升；4.用于存儲圖像數據的磁盤空間加大.因此，如何實時的壓縮圖像數據，如何提升系統實時處理速度成為高速圖像采集處理系統中的兩個關鍵技術高速圖像采集與處理目前，高速圖像采集處理系統在ATR-Directed圖像壓縮方法ATR-Directed圖像壓縮方法ATR-Directed（面向自動目標識別）圖像壓縮是目前高速圖像采集處理系統中應用最為廣泛的一種實時圖像壓縮方法。它是利用目標ROI（Region-of-interest,ROI）檢測算子提取出可能存在的目標ROI，然后對目標ROI進行優先編碼。這種算法可以在實現較高壓縮比的同時，較好的保留目標信息。利用現有比較成熟的目標ROI檢測算法得到圖像中的目標ROI，然后利用嵌入式圖像壓縮方法，對目標ROI進行高保真度壓縮，從而盡可能地保持圖像ATR性能。ATR-Directed圖像壓縮方法ATR-DirecteATR-Directed圖像壓縮方法ATR-Directed圖像壓縮方法的研究，主要體現在兩個方面：（1）如何提取出對于保持自動目標識別性能至關重要的目標ROI；（2）如何在有損編碼方法中保持目標ROI的高保真度。核心的問題是：ROI檢測器能夠充分檢測出目標ROI，而且需要在圖像編碼過程中對ROI進行優先編碼，并且要求算法運算量及占用的存儲空間盡量小。ATR-Directed圖像壓縮方法ATR-Directe靜態目標ROI檢測基于圖像分割的方法基于模板匹配的方法基于閾值檢測方法局部熵方法可以利用目標圖像的灰度、紋理等特征來分割出目標ROI和背景，再利用目標的先驗知識對目標和背景進行分離。利用目標的模板來尋找場景中的相似目標。利用目標出現在局部時會引起局部熵較大的變化的特點來檢測目標ROI，可以說也是背景預測基于閾值檢測方法一般的檢測步驟是先進行預處理或預檢測，然后再進行閾值檢測。靜態目標ROI檢測基于圖像分基于模板基于閾值局部熵可以利運動目標ROI檢測檢測運動目標ROI，主要有幀積分法、差分圖像法、基于光流場的方法、基于統計模型的方法、基于小波變換的方法和基于神經網絡的方法等。幀積分法：對圖像進行多幀積累增加，是序列圖像檢測目標ROI最直接最簡單的方法。為了兼顧檢測性能和算法的實時性，幀積分法將目標軌跡和目標的能量積累結合起來，有效地抑制噪聲的影響，提高目標的信噪比。差分圖像法：根據差分策略不同，又可以分為基于相鄰幀差的算法和基于背景圖像與當前幀差的算法。在環境亮度變化不大的情況下，如果對應像素灰度相差很小，可以認為此處景物是靜止的；如果圖像區域某處的灰度變化很大，則認為這是由于圖像中運動物體引起的，然后求出運動目標ROI在圖像中的位置運動目標ROI檢測檢測運動目標ROI，主要有幀運動目標ROI檢測基于光流場的方法：通過計算圖像的光流場，再結合目標的運動特征進行目標ROI檢測。所謂光流是指圖像中模式運動的速度，它是一種二維瞬時速度場。基于統計模型的方法：首先利用較簡單的算法對運動場進行粗略的估計，然后根據馬爾可夫(Markov)隨機場理論構造出運動場的間斷點分布模型，利用此模型來檢測運動場間的斷點，以此來實現運動目標ROI的檢測。基于小波變換的方法：小波理論是在20世紀80年代后期發展起來的一種新興的信號處理方法，它具有良好的時頻局部化特征和方向性特征，已被廣泛應用于運動目標檢測、模式識別、信號處理等領域。運動目標ROI檢測基于光流場的方法：通過計算圖像的光流場，再運動目標ROI檢測基于人工神經網絡的方法：這種方法首先將每幀圖像分成一系列圖像塊，經過預處理后將這些圖像塊投影到一個線性濾波器組，得到不同的圖像模式；然后把這些不同的圖像模式根據預先計算得到的聚類原形進行分類；最后用訓練得到的神經網絡分類器來判斷圖像模式是否包含目標。

目標直升機圖像ROI檢驗算子處理圖像閾值處理圖像運動目標ROI檢測基于人工神經網絡的方法：這種方法首先將每幀圖像編碼

圖像編碼是ATR-Directed圖像壓縮方法中另一個關鍵環節。

圖像編碼是數字圖像處理的重要組成部分之一。隨著數字圖像采集器件分辨率的提高，表示數字圖像的數據不斷增加，從幾百兆比特增加到千兆比特傳輸率，要滿足巨大數據量的傳輸和存儲就需要很寬頻率帶寬以及大容量存儲器。

為了提高傳輸效率和節省存儲空間，需要運用圖像編碼技術通過去除冗余數據來減少描述數字圖像的數據。圖像編碼

圖像編碼是ATR-Directed圖像編碼基于香農信息論的編碼方法：

香農編碼定理指出在不產生任何失真的前提下，通過合理的編碼，對于每一個信源符號分配不等長的碼字，平均碼長可以任意接近信源的熵。游程編碼、Huffman編碼、算術編碼等，這些通常稱為熵編碼。熵編碼是基于信號統計特性的編碼技術，它是一種無損編碼方法，解碼后能無失真地恢復圖像。新型圖像編碼方法：

分形編碼、模型編碼、小波編碼圖像編碼基于香農信息論的編碼方法：圖像編碼分形圖像編碼：在分形幾何理論上發展起來的一種編碼方法。分形理論描述自然界物體的自相似性，這種自相似性可以是確定的，也可以是統計意義上的。分形壓縮編碼算法與原圖像分辨率無關，壓縮確定性分形圖像時圖像復原質量較高，但在處理不具有明顯確定性分形結構的圖像復原質量不理想。模型編碼：不壓縮實際的量化數據，而是采用一個表示景物（一般是人、人臉等）的模型，傳送的信息是告訴接收方如何改變模型以匹配輸入景物（如眨眼、扭頭等）。基于模型的解碼器也有一個與對應編碼器相同的模型，解碼器利用收到的數據調整其模型，然后生成供顯示的圖像模型。圖像編碼分形圖像編碼：在分形幾何理論上發展起來的一種編碼方法圖像編碼小波變換：小波變換采用變時間窗的方法對圖像進行分析，對整幅圖像的能量進行了重新分配。在低頻時它對頻率的定位較準，圖像的能量主要集中于低頻部分，能反映圖像的整體特征；而在高頻時它對時間的定位較準，很大的區域中數據的動態范圍很小，有效地保留原始圖像的細節和邊緣。圖像編碼小波變換：小波變換采用變時間窗的方法對圖像進行分析，高速圖像采集處理系統圖像采集處理系統的架構對高速圖像采集處理技術的廣泛應用有著至關重要的影響。按照其對采集圖像進行處理的實時性進行分類可以分為：實時處理采集系統和非實時處理采集系統。高速圖像采集處理系統基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統高速圖像采集處理系統圖像采集處理系統的架構對基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統屬于非實時處理采集系統，這種架構主要針對采集速率大于100fps的圖像采集系統，其不對圖像進行實時處理，而是將其直接存儲于SCSI（小型計算機系統接口）磁盤陣列。基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統架構基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統架構在目前高速的采集系統中應用非常廣泛，尤其在科研中的姿態測量、碰撞試驗等采集對象的運動速度非常快的采集系統都應用這種架構。

這種架構只要在存儲空間足夠大的前提下，可以滿足任意高速采集速率的傳輸要求，但是應用多硬盤陣列（通常為幾十塊硬盤陣列，多則可達到幾百塊硬盤）會帶來系統成本提高、占用空間增大、設備保管困難及系統整體的靈活性、可靠性差等許多方面的問題，而且應用這種設備進行傳輸存儲對于數據線的要求也非常高。基于SCSI實時存儲的高速圖像采集處理系統基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統屬于實時處理采集系統，這種架構在系統中嵌入高速實時圖像處理單元。

基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統圖像傳感器A/D轉換圖像處理接口存儲裝置緩存控制邏輯基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統基于實基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統采用特殊的圖像處理算法，對采集的圖像進行實時的圖像降噪、圖像壓縮、圖像增強等處理，然后進行存儲，以備圖像后續處理。其中所采用的圖像處理算法在可以達到處理要求的基礎上，還必須具有運算簡單，易于快速實現的特點，這對圖像處理算法有較高的要求。基于實時圖像處理的高速圖像采集處理系統基于實時硬件實現方法隨著VLSI技術的迅速發展，為高速圖像采集處理系統的硬件實現提供了有利的條件。而對于系統中核心處理單元的硬件實現方法仍然是目前研究的關鍵，現有的針對核心處理單元的硬件實現方法主要有以下幾種。硬件實現方法基于ASIC基于DSP基于FPGA硬件實現方法隨著VLSI技術的迅速發展，為基于ASIC的硬件實現方法

ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）專用大規模集成電路，是針對于某一種固定算法或應用而專門設計的硬件芯片。

優點：體積小、重量輕、功耗低、可靠性，在大批量應用時，可降低成本。ASIC缺點：設計周期長，造價昂貴，而且由于ASIC是為專用目的設計的，所以當算法改變時就要重新設計芯片和硬件電路。

基于ASIC的硬件實現方法靈活性差，導致其通用性較差。基于ASIC的硬件實現方法ASIC（Appl基于FPGA的硬件實現方法

FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。

它是作為專用集成電路（ASIC）領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路種類的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。

FPGA芯片內部結構基于FPGA的硬件實現方法FPGA（Field－基于FPGA的硬件實現方法IOBCLBDCMRAM可編程輸入/輸出單元，簡稱I/O單元，是芯片與外界電路的接口部分，完成不同電氣特性下對輸入/輸出信號的驅動與匹配。數字時鐘管理模塊嵌入式RAM可配置邏輯塊，是FPGA內的基本邏輯單元。可以用于實現組合邏輯和時序邏輯基于FPGA的硬件實現方法IOBCLBDCMRAM可編程輸入基于FPGA的硬件實現方法

FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯接方式，并最終決定了FPGA所能實現的功能。因此，工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。

加電時，FPGA芯片將EPROM中數據讀入片內編程RAM中，配置完成后，FPGA進入工作狀態。掉電后，FPGA恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA能夠反復使用。當需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA的使用非常靈活。基于FPGA的硬件實現方法FPGA是由存放在片基于FPGA的硬件實現方法系統采集對象CCD線陣相機FPGA數據采集處理控制UART調試下位機VCA顯示SRAM1SRAM2基于FPGA的圖像采集系統的整體結構SRAM用于實時緩存采集的對象數據；CCD線陣相機用于實時拍攝數據對象；UART是一種通用串行數據總線，與計算機連接用于調試；下位機用于接收FPGA處理結果的控制信號；VGA用于圖像處理結果的顯示；FPGA控制模塊是整個采集系統的核心控制部分，負責圖像采集和處理，有采集模塊、處理模塊構成。基于FPGA的硬件實現方法系統采集對象CCD線陣相機FPGA基于FPGA的硬件實現方法乒乓操作基于FPGA的硬件實現方法乒乓操作基于FPGA的硬件實現方法在第2個緩沖周期,通過輸入數據選擇單元的切換,將輸入的數據流緩存SRAM2，同時,將SRAM1緩存的第1個周期的數據送到運算處理單元進行處理。