Cap. Cap. 33.1 .1 imagineaimaginea

LanLan��ulul imaginiiimaginii (I)(I)

� Lan�ul imaginii reprezint� o modalitate de vizualizare a cre�rii �i red�rii oric�reiimagini

� Elementele lan�ului sunt:� achizi�ia

� prelucrarea

� stocarea

� transmiterea

lentil�

LanLan��ulul imaginiiimaginii (II)(II)

� Orice aplica�ie poate omite anumitecomponente ale lan�ului imaginii sau le poate utiliza într-o ordine diferit�

� La achizi�ie, rezolu�ia imaginii estelimitat� de num�rul fotodiodelor matriciiCCD (Charge Coupled Device – dispozitiv cu cuplaj prin sarcin�)

� Acest fapt determin� frecven�a de e�antionare a CAN-ului pentru imagineadigital�

AchiziAchizi��iaia imaginiiimaginii fotograficefotografice (I)(I)

� 1826 – Niepce a realizat prima înregistrare(chimic�) a unei imagini

� 1838 – Niepce �i Daguerre au creat prima camer�foto (daguerreotype)

� 1895 – fra�ii Lumiere au ob�inut patentul pentrucinematograf (16 cadre/secund�)

obiectivscen� filmobturator

AchiziAchizi��iaia imaginiiimaginii fotograficefotografice (II)(II)

� Achizi�ia conven�ional� a imaginii necesit�urm�toarele componente principale:

� obiectiv

� pentru a focaliza lumina dintr-o scen� pe un film fotosensibil (argint)

� diafragm�

� pentru a controla cantitatea de lumin� care impresioneaz� filmul

� obturator

� pentru a controla timpul de expunere la lumin� a filmului

AchiziAchizi��iaia imaginiiimaginii electroniceelectronice (I)(I)

� Imaginea electronic� este ob�inut� utilizând:

� elemente tradi�ionale: obiectiv, diafragm�, obturator

� componente suplimentare:

� CCD� explorarea imaginii �i conversia foto-electric�

� CAN� ob�inerea formatului digital al imaginii

� mediu de stocare

� memoria electronic�, suport magnetic

AchiziAchizi��iaia imaginiiimaginii electroniceelectronice (II)(II)

obiectivscen� matriceCCD

obturator stocaredigital�

Camera Camera foto foto digital�digital� (I)(I)

� O camer� digital� portabil�, pentru achizi�ia imaginilor statice, are urm�toarele componenteelectronice:

CCD CAN mediu de stocare

procesornumeric de imagine

microprocesorde comand�

interfa�apentrustocare

vizorLCD

PC

Camera Camera foto foto digital�digital� (II)(II)

� CCD� pentru achizi�ia imaginii (conversie opto-electronic� �i explorare)

� CAN� pentru cuantizarea imaginii

� procesor numeric de imagine� pentru compresia imaginii �i conversiaformatului

� sub-sistem de stocare (digital�)� memorie electronic�, magnetic� sau interfa�� PC

� microprocesor de comand�� pentru coordonarea procesului de achizi�ie(vizor LCD �i reglarea automat� a focaliz�rii, a diafragmei, a timpului de expunere etc.)

EfectEfectulul fotofoto--electric (I)electric (I)

Amplificator

Semnal

Foto-detector

Lumin�

Cablu

Fotodiod�

Foton

Electroni stoca�i(elibera�i de fotoni)

Siliciu

EfectEfectulul fotofoto--electric (II)electric (II)

� Fotonii sunt elemente de imagine

� Fotonii inciden�i pe suprafa�a foto-detectoare�cedeaz� o cuant� de energie

� Electronii utilizeaz� energia pentru ruperea leg�turilor de valen��, devenind electroni liberi

� Electronii liberi formeaz� un curent electric,baza semnalului generat

� Semnalul de ie�ire poate fi utilizat doar dup�amplificare

� Un foto-detector pe baz� de siliciu este sensibilla acela�i interval luminos ca ochiul uman

DispozitivDispozitiv cu cu cuplajcuplaj prinprin sarcin�sarcin�(I)(I)Dispozitiv foto-sensibil bi-dimensional � 104 ÷ 106

celule. Tehnici posibile:

� fiecare foto-diod� are un conector �i un amplificatorpropriu (foarte complex)

� fiecare foto-diod� are un comutator pentru a o conecta la un amplificator (idem)

� CCD inventat de Bell Labs în anii ’70

� CCD rezolv� problema cabl�rii

� introduce ideea de canal

� pot trece pachete de electroni

� mi�carea pachetelor pe canal este controlat� prinschimbarea tensiunii electrozilor canalului

� structura canalului �ine separate pachetele de sarcin�

DispozitivDispozitiv cu cu cuplajcuplaj prinprin sarcin�sarcin�(II)(II)

Electrozi

Siliciu

Canal implantat

DispozitivDispozitiv cu cu cuplajcuplaj prinprin sarcin�sarcin�(II)(II)

� CCD liniar este o linie de fotodiode

� fotodiodele creaz� o imagine electronic� a sceneicapturate

� CCD-ul este un dispozitiv ce transport� electroni(informa�ie de lumin�) de la fiecare fotodiod�, la amplificatorul de ie�ire

CCD CCD liniareliniare (I)(I)

Cum lucreaz� CCD liniar:1. fotodiodele sunt drenate de electroni liberi

2. se expun fotodiodele scenei, electronii suntgenera�i în interiorul fotodiodelor, propor�ional cu lumina

3. se obtureaz� lumina (se închide obturatorul)

4. se închid por�ile (comutatoarele) de transfer

5. electronii sunt transfera�i în CCD6. pachetele de electroni sunt gata de transferat

de-a lungul canalului, în timpul unei noiexpuneri la scen�

7. se comut� tensiunea electrozilor pentru a mutapachetele de electroni un pas la dreapta, spreamplificatorul de ie�ire

Pasul 7 se repet� pentru toate fotodiodele din linie

CCD CCD liniareliniare (II)(II)

Sunt utilizate dou� structuri pentru CCD bidimensional

1. CCD CU TRANSFER PE LINII

� În CCD cu transfer pe linii fiecare coloan� a foto-elementelor este conectat� la canalul saupropriu

� Avantaje:� nu este nevoie de obturator

� poate capta o nou� imagine în timp cecite�te cadrul precedent

� poate fi folosit la aplica�ii statice sauîn mi�care

� Dezavantaje:� dificil de fabricat (litografie complex�)

CCD CCD bidimensionalbidimensional (I)(I)

� Fiecare coloan� de foto-elemente (zona activ�) este conectat la canalul s�u propriu (zonaprotejat�, insensibil� la lumin�)

CCD cu transfer CCD cu transfer interliniarinterliniar (I)(I)

Func�ionarea CCD cu transfer pe linii:1. se descarc� toate sarcinile

2. se expun foto-elementele

3. se închid por�ile de transfer �i se transfer�electronii în partea protejat� a re�elei

4. se deplaseaz� canalele cu o celul� în jos, astfel încât s� fie un rând de sarcini în CCD

5. se deplaseaz� totul la dreapta

6. se transfer� în amplificator

� se repet� pasul 5 pentru o linie

� se repet� pa�ii 4 �i 5 pentru toateliniile

CCD cu transfer CCD cu transfer interliniarinterliniar (II)(II)

2. CCD CU TRANSFER PE CADRE

� CCD cu transfer pe cadre are toate liniilefoto-elementelor conectate la un singur canal

� Avantaje:� simplu de fabricat

� întreaga suprafa�� este fotosensibil�

� pixelii sunt mai apropia�i unul de cel�lalt

� Dezavantaje:

� necesit� obturarea luminii în timpultransferului cadrului

CCD CCD bidimensional(IIbidimensional(II))

� Toate liniile foto-elementelor suntconectate la un singur canal

CCD cu transfer de cadre (I)CCD cu transfer de cadre (I)

Func�ionarea CCD cu transfer pe cadre:1. se descarc� întreg cadrul

2. se expun foto-elementele

3. se obtureaz� lumina (obturatorul trebuie s� se închid�, altfel imaginea ar fi afectat� de modificarea scenei)

4. se deplaseaz� un întreg rand jos în canal

5. se deplaseaz� la dreapta în amplificator

� se repet� pasul 5 pentru o linie

� se repet� pa�ii 4 �i 5 pentru toateliniile

CCD cu transfer de cadre (II)CCD cu transfer de cadre (II)

� Re�eaua CCD este sensibil� la toateculorile luminii din spectrul vizibil

� Ochiul uman are o sensibilitate selectiv�la culoare:

� Y = 0,3 R + 0,59 G + 0,11 B

� Un CCD color trebuie s� proceseze luminacu toate componentele sale

Tehnici posibile:

1. pixelii individuali devin sensibili la lumin�doar la o anumit� band� ingust� de lungimi de und�, folosind filtre de culoare ro�u, verde �ialbastru

CCD color (I)CCD color (I)

2. cele trei componente de culoare a oric�reiimagini sunt ob�inute prin trei expunericonsecutive, lentilele fiind acoperite succesivcu filtre de culoare ro�u, verde �i albastru; aceast� tehnic� nu este recomandat� scenelor înmi�care

3. camerele video utilizeaz� o structur� GCMY, cu o bun� performan�� la lumina slab�, utilizând patrufiltre:

a. G (Green): verde

b. C (Cyan): turcoaz = verde + albastru

c. M (Magenta): purpuriu = ro�u + albastru

d. Y (Yellow): galben = ro�u + verde

CCD color (II)CCD color (II)