檢測自動化系統(tǒng)中的數(shù)字圖像處理及識別技術(shù)

李自天

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

關(guān)鍵詞：檢測自動化系統(tǒng)；數(shù)字圖像；處理技術(shù)；識別技術(shù)

中圖分類號：TP391.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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)了自動化水平的提升。為了實現(xiàn)對數(shù)字圖像處理的認(rèn)識了解，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，提出對應(yīng)的數(shù)字圖像處理對策，在實現(xiàn)數(shù)字圖像處理水平提升的同時，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自動化系統(tǒng)中的數(shù)字圖像處理及識別技術(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，一個是模擬圖像處理技術(shù)，另一個是數(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，通常可以實現(xiàn)實時處理。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，無法實現(xiàn)精準(zhǔn)評判和處理[1]。在數(shù)字圖像處理過程中，通常借助計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)硬件處理，因此這種處理技術(shù)也被稱之為計算機(jī)圖像處理。其具備的優(yōu)勢在于處理精準(zhǔn)性比較高，并且處理內(nèi)容較為多樣，可以實現(xiàn)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(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)實時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)精度和分辨率相對較高，需要的處理時間也隨之升高[2]。

2 檢測自動化中數(shù)字圖像處理及識別系統(tǒng)的構(gòu)成

在檢測自動化系統(tǒng)中，數(shù)字圖像處理是被系統(tǒng)通常涉及了三項內(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)備將各個明暗的圖像利用計算機(jī)進(jìn)行充分連接，并把圖像保存在對應(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，讓其形成一個具體的圖像，并且暫時保存在輸入數(shù)據(jù)保存設(shè)備中[3]。計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合程序庫提出的各個指令，從程序庫中選擇對應(yīng)的處理流程，同時對輸入數(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)該將各個圖像劃分為多個圖像元素，之后為其提供對應(yīng)的地址，可以度量各個圖像灰度情況，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，在檢測過程中，確保其不會受到環(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，按照圖形移動情況，對像素情況加以設(shè)定和了解。其三，光傳感器。在采樣設(shè)備的作用下，對圖像中像素情況進(jìn)行監(jiān)測，通常需要把光強轉(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，并實現(xiàn)圖像的檢測和識別。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)行儲存和管理，便于后續(xù)計算機(jī)處理應(yīng)用[4]。

3 檢測自動化中數(shù)字圖像識別及處理功能的實現(xiàn)

3.1 圖像采集及處理

在進(jìn)行檢測自動化中數(shù)字圖像識別及處理過程中，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，可以將收集的光強信息傳遞到對應(yīng)的設(shè)備中，之后根據(jù)傳輸電信號，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模擬信號更改成數(shù)字信號。在數(shù)字信號處理設(shè)備的作用下，把A/D轉(zhuǎn)換之后的信號根據(jù)對應(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。各個器件都具備獨立繼承電路芯片，并結(jié)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(yīng)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(jié)晶硅片中，一個矩形光電探測設(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阱中，并將其當(dāng)作一個點荷包根據(jù)一串勢阱逐漸轉(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，全幀CCD一般會在讀取過程中實現(xiàn)快門關(guān)閉，讓其置身于一個比較黑暗的環(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?yīng)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(fù)移動，直到頂行移動全部移除。之后該器件準(zhǔn)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(shù)都可以在一個相對封閉的環(huán)境中掩蓋，這種掩蓋環(huán)境下形成的勢阱，在讀取過程中得到充足應(yīng)用[7]。在曝光之后，每一個曝光的勢阱中電荷包將會逐漸轉(zhuǎn)移到就近的掩膜阱中。由于每一個電荷組都進(jìn)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(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(jìn)行展現(xiàn)。在保存圖像過程中，需要結(jié)合實際情況，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。