光电图像技术重要知识点

說明圖像處理中點、代數、幾何變換之中的區別

點變換：點變換是對於單一像素的變換
代數變換：代數變換是對於兩幅或多幅對應或非對應像素的灰度值進行加減乘除代數計算
幾何變換：幾何變換是改變圖像中各物體空間關係的一種變換

1. 簡述CCD器件的基本工作原理，並對比CCD探測器與CMOS探測器的區別

   CCD：CCD是電荷耦合器件，器件中的感光部分通過光照產生光生電荷，此電荷通過電注入或光注入的方法將光生電荷存儲到CCD的勢阱中，再由週期性的多路驅動脈衝產生勢阱間的耦合，將存儲的電荷包從一個勢阱移動到另一個勢阱，使之形成時間上串行輸出的模擬電荷光信號。達到將一個並行的圖像信號進行存儲以及形成串行輸出的目的。
   

   類	CCD	CMOS
   工作速度	慢	快
   功耗	高	低
   靈敏度	高	低
   工藝結構	簡單	複雜

2. 描述單反相機基本取景方式和驅動方式

   下圖是單反的工作示意圖
   
   取景方式

   1. 成像倒立實像於對焦板
   2. 五棱鏡反轉成正向
   3. 當反光板抬起，取景窗無畫面

   驅動方式

   graph LR;
   A(反光板抬起)-->B(膠片曝光);
   B-->C(反光板放下); 

3. 描述色溫的物理含義，並簡述一種檢測方式

   物理含義 色溫是光源發光的色度數據的表達方法，當光源為黑體時，根據普朗克公式（$I=\frac{8\pi hc}{\lambda^5}\frac{1}{e^{\frac{hc}{\lambda kT}}-1}$），光源溫度與色度一一對應。==並不是光源真正的溫度==。
   檢測方法 可以通過測量色坐標獲得色溫，通過CIE給出的計算公式計算。

4. 寫出計算色坐標的公式

   $\left [ \begin{array}{c} X\ Y\ Z\\end{array} \right ]=k \displaystyle \int\limits_{380}^{780}{ \left [ \begin{array}{c} x_0(\lambda)\ y_0(\lambda)\ z_0(\lambda)\\end{array} \right ] I(\lambda) d\lambda} $
   其中$X,Y,Z$為三刺激值，$ x_0(\lambda),y_0(\lambda), z_0(\lambda)$是色匹配函數，$I$為測量的光譜強度，從而歸一化得到色坐標
   $\Rightarrow\left\{\begin{array}{l}x=\frac{X}{X+Y+Z}\\y=\frac{Y}{X+Y+Z}\\z=1-x-y\end{array}\right.$

5. 列出光電二極管的特性指標並簡單簡述，給出一種使用光電二極管的測量電路

   特性指標

   1. 光譜範圍：此光電二極管的工作範圍
   2. 工作頻率：最大光信號時光電二極管的頻率範圍
   3. 飽和電流：光電二極管飽和時的最大電流
   4. 偏置電壓：光電二極管的工作偏置電壓

   測量電路
   

6. 簡述色調、飽和度、亮度

   色調 色調由光譜中各波長份量決定
   飽和度 彩色的濃淡
   亮度 指對於人眼的光刺激強度，與能量有關

7. 簡述傅里葉變換和卷積在圖像濾波中的應用

   傅里葉變換 傅里葉變換將二維空間分佈的圖像變為二維頻譜的分佈，表徵了高低頻率分佈的特性
   卷積 光學系統的成像過程是光學系統的點擴散函數和真實圖像的二維卷積，可以通過去捲積算法提高圖像的清晰度，消除光學鏡頭對圖像的影響。
   濾波中的應用 通過對於圖像頻譜處理，如高通低通帶通，處理後的頻譜通過逆傅里葉變換可以得到濾波後的圖像，以達到柔化銳化與圖像復原的效果。圖像處理中也可以使用卷積核，利用時域空間的卷積處理代替頻域空間的濾波變換，減少處理的時間和運算量。

8. 簡述PDP，LCD，LED，DLP原理和優缺點

   類別	原理	優缺點
   PDP	等離子體發光產生圖像	亮度高、功耗大、速度快、適合大屏
   LCD	利用液晶的陣列產生圖像	功耗低、速度慢、對比度低
   LED	二極管陣列產生圖像	功耗高、亮度高、適合室外晴天、成本高
   DLP	使用微動鏡反射投影成像	能量利用率高、適合投影、反應速度快、對比度高

9. 設計一個圖像監控系統和一個圖像處理算法對環境中是否有運動的物體進行檢測，要求

   1. 給出硬件表
   2. 算法需要考慮多種因素，比如不同速度運動的物體

   • 硬件設備 防水攝像機（雲台雨罩防塵罩），圖像採集卡，計算機（儲存服務器、顯示屏）、數據線、報警器，紅外夜視儀(或照明設備)
   • 主要算法 減影算法
   • 提示方案

   問題	解決方案
   不同速度	對於不同的時間間隔進行多次比較
   計算速度慢	對圖像進行壓縮
   雨天雪天	通過濾波去除雨雪的噪點
   明暗變化	最長的比對時間不能太長，夜間可以追加紅外或照明