檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)字圖像處理及識(shí)別技術(shù)

李自天

摘 要：本篇文章首先對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)及其主要內(nèi)容進(jìn)行闡述，認(rèn)識(shí)到數(shù)字圖像處理技術(shù)在檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起到的作用，并結(jié)合檢測(cè)自動(dòng)化中數(shù)字圖像處理及識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成，提出檢測(cè)自動(dòng)化中數(shù)字圖像識(shí)別及處理功能的實(shí)現(xiàn)思路。希望在提升我國檢測(cè)自動(dòng)化協(xié)同數(shù)字圖像處理識(shí)別水平的同時(shí)，能夠助力我國自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)工作長(zhǎng)效發(fā)展。

關(guān)鍵詞：檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)；數(shù)字圖像；處理技術(shù)；識(shí)別技術(shù)

中圖分類號(hào)：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）11-0027-02

0 引言

數(shù)字圖像處理作為近幾年人們關(guān)注和熱議的話題，其發(fā)展和應(yīng)用有效地促進(jìn)了自動(dòng)化水平的提升。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字圖像處理的認(rèn)識(shí)了解，需要結(jié)合數(shù)字圖像處理方式，明確數(shù)字圖像處理系統(tǒng)工作原理，并在思考數(shù)字圖像處理環(huán)節(jié)中存在的各種問題，提出對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像處理對(duì)策，在實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像處理水平提升的同時(shí)，可以引導(dǎo)我國數(shù)字圖像處理工作的穩(wěn)定發(fā)展。下面，本文將進(jìn)一步闡述和分析檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的數(shù)字圖像處理及識(shí)別技術(shù)。

1 數(shù)字圖像處理技術(shù)及其主要內(nèi)容

從圖像處理技術(shù)自身角度來說，涉及的內(nèi)容主要有兩點(diǎn)，一個(gè)是模擬圖像處理技術(shù)，另一個(gè)是數(shù)字圖像處理技術(shù)。其中，模擬圖像處理技術(shù)中又包含了光學(xué)處理技術(shù)以及電子處理技術(shù)，例如照相、遙感圖像處理以及電視信號(hào)處理等。這種處理方式從本質(zhì)上說，包含在并行處理范圍內(nèi)，具備的主要特性是處理效率高，通常可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。從理論角度出發(fā)，能夠滿足光速要求。而模擬圖像處理技術(shù)自身存在的不足就是精準(zhǔn)性不高，并且靈活度不高，無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)評(píng)判和處理[1]。在數(shù)字圖像處理過程中，通常借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件處理，因此這種處理技術(shù)也被稱之為計(jì)算機(jī)圖像處理。其具備的優(yōu)勢(shì)在于處理精準(zhǔn)性比較高，并且處理內(nèi)容較為多樣，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)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(jiǎn)單地改變部分軟件，就能實(shí)現(xiàn)處理內(nèi)容的改變。而這種技術(shù)也存在一定不足，那就是處理效率不高，尤其是部分相對(duì)比較繁瑣的處理工作中。通常來說，這種處理技術(shù)主要應(yīng)用在部分靜止畫面處理中，假設(shè)實(shí)時(shí)處理一般精度的圖像，要求處理能力應(yīng)該高于100MPIs，并且，分辨率以及精準(zhǔn)度將會(huì)受到約限，如果一般精度圖像為512×512×8bit，其分辨率則應(yīng)該超出2048×2048×12bit，假設(shè)精度和分辨率相對(duì)較高，需要的處理時(shí)間也隨之升高[2]。

2 檢測(cè)自動(dòng)化中數(shù)字圖像處理及識(shí)別系統(tǒng)的構(gòu)成

在檢測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，數(shù)字圖像處理是被系統(tǒng)通常涉及了三項(xiàng)內(nèi)容，也就是圖像處理系統(tǒng)、圖像數(shù)字化系統(tǒng)和圖像顯示系統(tǒng)。數(shù)字圖像處理系統(tǒng)見圖1。

在該系統(tǒng)中，數(shù)字化設(shè)備將各個(gè)明暗的圖像利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行充分連接，并把圖像保存在對(duì)應(yīng)的設(shè)備中。當(dāng)前，我們普遍應(yīng)用的數(shù)字設(shè)備在于CCD攝像機(jī)、飛點(diǎn)掃描儀。隨著光學(xué)圖像的出現(xiàn)，通過應(yīng)用數(shù)字化設(shè)備，讓其形成一個(gè)具體的圖像，并且暫時(shí)保存在輸入數(shù)據(jù)保存設(shè)備中[3]。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合程序庫提出的各個(gè)指令，從程序庫中選擇對(duì)應(yīng)的處理流程，同時(shí)對(duì)輸入數(shù)字圖像進(jìn)行處理，處理結(jié)果保存在輸出圖像保存設(shè)備中，在終端中進(jìn)行展現(xiàn)。

一般情況下，圖像數(shù)字化器應(yīng)該將各個(gè)圖像劃分為多個(gè)圖像元素，之后為其提供對(duì)應(yīng)的地址，可以度量各個(gè)圖像灰度情況，將連續(xù)度量結(jié)果進(jìn)行量化處理，形成整數(shù)，把這些數(shù)值記錄到保存設(shè)備中。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，該設(shè)備一般有五部分組成。其一，圖像采樣。在數(shù)字化設(shè)備的作用下，能夠?qū)μ匦缘膱D像進(jìn)行檢測(cè)，在檢測(cè)過程中，確保其不會(huì)受到環(huán)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(tǒng)根據(jù)設(shè)定圖形，按照?qǐng)D形移動(dòng)情況，對(duì)像素情況加以設(shè)定和了解。其三，光傳感器。在采樣設(shè)備的作用下，對(duì)圖像中像素情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通常需要把光強(qiáng)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)值，并實(shí)現(xiàn)圖像的檢測(cè)和識(shí)別。通常情況下，量化器也被稱之為“模數(shù)轉(zhuǎn)換”電路。其五，輸出存儲(chǔ)體。在數(shù)據(jù)量化以后，結(jié)合設(shè)定格式要求將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和管理，便于后續(xù)計(jì)算機(jī)處理應(yīng)用[4]。

3 檢測(cè)自動(dòng)化中數(shù)字圖像識(shí)別及處理功能的實(shí)現(xiàn)

3.1 圖像采集及處理

在進(jìn)行檢測(cè)自動(dòng)化中數(shù)字圖像識(shí)別及處理過程中，需要采集所需的數(shù)據(jù)。因此，本系統(tǒng)圖像信息采集，一般是利用數(shù)碼相機(jī)或者數(shù)碼攝像機(jī)來進(jìn)行。在數(shù)碼攝像機(jī)中，包含了面陣CCD感光元件。通過應(yīng)用面陣CCD光感元件，可以將收集的光強(qiáng)信息傳遞到對(duì)應(yīng)的設(shè)備中，之后根據(jù)傳輸電信號(hào)，將其轉(zhuǎn)變成所需的光輻射影像圖。利用數(shù)碼攝像機(jī)把獲取的CCD模擬信號(hào)更改成數(shù)字信號(hào)。在數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備的作用下，把A/D轉(zhuǎn)換之后的信號(hào)根據(jù)對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮處理，例如PJEG等保存方式[5]。在采集相關(guān)圖像信息之后，將其保存到數(shù)碼攝像機(jī)中。圖像信息的獲取與存儲(chǔ)流程見圖2。

當(dāng)前，應(yīng)用的圖像傳感器類型一般是根據(jù)電子自掃描固態(tài)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(gè)器件都具備獨(dú)立繼承電路芯片，并結(jié)合實(shí)際情況形成一組或者多組光傳感器陣列，同時(shí)也涉及了應(yīng)用在讀取傳入圖像過程中形成的充電電荷。本文將重點(diǎn)闡述和分析電荷藕合器件[6]。

將CCD芯片安裝在一個(gè)光敏結(jié)晶硅片中，一個(gè)矩形光電探測(cè)設(shè)備陣列可以根據(jù)CCD芯片設(shè)定在硅基片中。部分領(lǐng)域形成的光電子可以集中在就近的勢(shì)阱中，并將其當(dāng)作一個(gè)點(diǎn)荷包根據(jù)一串勢(shì)阱逐漸轉(zhuǎn)移到外部引出端。在這種情況下，可以利用三種不同結(jié)構(gòu)將CCD圖像檢測(cè)器中獲取的電荷信息進(jìn)行讀取。其中包含了全幀結(jié)構(gòu)、行間結(jié)構(gòu)以及幀傳送結(jié)構(gòu)。

當(dāng)全幀CCD全曝光時(shí)，全幀CCD一般會(huì)在讀取過程中實(shí)現(xiàn)快門關(guān)閉，讓其置身于一個(gè)比較黑暗的環(huán)境中。利用傳感器將電荷移出，根據(jù)移出情況，也就適當(dāng)?shù)囊瞥鰧?duì)應(yīng)的像素。在程度移動(dòng)完畢之后，各個(gè)電荷朝著下一行移動(dòng)，之后底行逐漸被移除。在此過程中，需要重復(fù)移動(dòng)，直到頂行移動(dòng)全部移除。之后該器件準(zhǔn)備累計(jì)另一幅圖像。在行間傳送CCD過程中，傳感器中各個(gè)偶數(shù)都可以在一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境中掩蓋，這種掩蓋環(huán)境下形成的勢(shì)阱，在讀取過程中得到充足應(yīng)用[7]。在曝光之后，每一個(gè)曝光的勢(shì)阱中電荷包將會(huì)逐漸轉(zhuǎn)移到就近的掩膜阱中。由于每一個(gè)電荷組都進(jìn)行了移動(dòng)，在這種情況下，移動(dòng)時(shí)間將隨之減短，在暴露勢(shì)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(dòng)。在傳感器的作用下，通過芯片可以把像素劃分為對(duì)應(yīng)的等分，并在50%的芯片中展現(xiàn)出光敏現(xiàn)象。從幀傳送CCD芯片角度來說，其涉及了一個(gè)雙倍高度傳感器陣列，上述一半以上的標(biāo)準(zhǔn)都可以獲取相關(guān)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(jìn)入。在完成累計(jì)工作之后，傳感器陣列累計(jì)的圖像可以被保存到其他陣列中。利用傳感器，將整個(gè)圖像情況進(jìn)行展現(xiàn)。在保存圖像過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，將像素進(jìn)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(xiàn)實(shí)。