版主說：
這是以前研究所的作業，老實說，現在完全不記得以前寫這些是在幹嘛...
前言
凡是牽涉到影像信號研究的科學，我們稱之為影像工程學。而在影像工程學理，用來處理影像信號之種種方法，我們便稱之為影像處理技術。
以前關於影像處理的研究，均採用大型或者至少迷你型的計算機來執行，其缺點是價錢太昂貴了。因此想當然的，應用這類影像處理技術製作出來的產品必也因價格高昂，而致一般人少有機會來使用它們。
但是近年來由於半導體技術之精進，大容量的半導體記憶體及高性能的微處理器﹝microprocessor﹞已漸漸被大眾所採用，其價格便宜且貨源易得。許多工程師已能很簡單的利用它們製作出許許多多小型的有關影像處理的應用產品。
關於影像處理技術的領域，從最基礎的研究至其應用產品的開發研究室無所不及的。例如影像之凍結、放大、移位等，以及機器人﹝robot﹞之視覺功能，工廠中生產線的自動檢查，諸如此類的應用均是目前所常見者。以下我們來探討小規模的影像處理系統的方法。
一、 影像處理系統﹝Picture Processing System﹞
以前在影像處理系統中所使用的計算機系統均屬大型或米你型的計算機，而目前則以普遍使用微電腦來做小規模的影像處理系統，至於大型及迷你電腦均只使用於比較複雜的處理系統中。採用微電腦的好處是使它能使整個影像系統的成本降低下來，而且在設計上也比較簡單的多。
二、 影像輸出入裝置
目前常見採用微電腦控制的影像輸出入裝置。黑白影像之解析度﹝resolution﹞由256*256*4位元至512*512*8位元。這些數字的意義即指縱向解析度*橫向解析度*濃度之數據。而對於一個彩色影像之輸入圖素﹝pixel﹞而言通常需要24個位元之資料。是故比起黑白影像用之輸出入裝置而言，彩色者在成本上要貴的多。
在市售之影像輸出入模板中，影像輸入單元與影像顯示單元是被設計於同一模板內的，而其他的單元則位於各別的模板中。在組成影像處理系統時，我們依需要來選用且接通各模板之間的線路。
三、 電視之掃描
影像處理系統中的更新記憶體是用來儲存影像資料的，而由更新記憶體中讀出的資料將用來控制電視監視器﹝TV monitor﹞之顯像。至於電視監視器則採用一般家用電視接收機即可，但如此方式下的影像信號掃描處理技術變必須與電視機的標準系統相符合。
若以NTSC﹝台灣、日本、美國等所採用者﹞系統下的掃描方式，每張圖像均以一個圖框﹝frame，33.3msec﹞來表示，每一秒鐘之內則能顯示30個圖框的圖像。
每秒鐘30個圖框的掃描方式，其閃爍﹝flicker﹞現象通常以能為我們的肉眼所忽略。如果圖框數少於30時，閃爍情況便會增強，反之若多於30張則閃爍現象將減弱。
此外，每一個圖像又是由兩個分開的圖場﹝field﹞所組成，每一個圖場均各佔用16.7msec的顯示時間。因此，對於圖場的顯示頻率便是60圖場／秒了。
NTSC系統下每一個圖像將使用525條的掃描線，其中第一個圖場佔用的是前262.5條，而第二個圖場佔用的是後262.5條的掃描線。而顯像時，這兩個圖場之掃描線是呈交互重疊的方式，也就是說若不以掃描之時間順序，而已整個圖像的位置順序來看，其第一個圖像的掃描線佔用1、3、5等奇數線位置，而第二個圖場的掃描線則佔用2、4、6等偶數線位置。這種掃描的技術，我們稱之為閒條﹝interlaced﹞掃描。至於一條掃描線所指的乃是影像管﹝或稱布郎管，Brown Gun﹞之電子束﹝beam﹞，由螢光幕之左邊橫掃至右邊所構成者。掃描期間電子束的強弱是由映像管之影像信號予以控制，電子束強者螢光幕上將看到白點，反之電子束弱者所見的便是黑點。
電子束由左至右的63.5µsec週期是根據依水平同步信號為基準週期的水平鋸齒波而定的，而電子束由右邊回到左邊的時間，影像信號並未促使螢光幕顯示任何的影像，我們稱之為水平歸線返馳期間。其實所謂螢幕上不顯示任何影像與顯示黑色底色的情況是一樣的。
水平歸線返馳時間大約佔去整條掃描時間63.5µsec的16.5%左右﹝對黑白電視而言，約佔16.5%～18%﹞，其他部分則是影像顯示期間，我們稱之為有效水平掃描期間。
至於電子束之由上往下的掃描時間16.7msec則由垂直同步信號所控制的垂直鋸齒波來決定。其中，由下邊回到上邊的掃描期間，螢光幕上將不見任何影像，我們稱之為垂直歸線馳返期間。它大約佔去整個圖場掃描時間的6%左右﹝標準方式約在5%～8%之內﹞。
至於在垂直歸線返馳期間的水平掃描線之電子束一樣是採橫向之掃描，只不過此刻它將由螢光幕的下邊漸漸移回上邊罷了。這期間由於不需要有任何的影像控制信號，螢光幕上當然見不到任何的影像。
垂直同步信號脈波﹝pulse﹞的時間恰好是每條水平掃描﹝63.5µsec﹞的三倍，而水平同步信號及垂直同步信號的合成，我們稱之為合成同步信號。
在電視機內部的電路採用積分電路信號。此垂直電路之輸出信號則由垂直震盪電路所控制輸出，其波形為一鋸齒波狀。
一般常用的影像處理系統中，間條掃描方式之解析度約為512*512圖素，而非間條掃描者約為256*256圖素。
而在系統中的影響顯示單元裡，於有效水平期間讀出資料用的位址信號將倍加至更新記憶體中以取得數位影像信號，之後再把它們轉換成類比信號而輸出至電視監視器中顯示出來。
至於對高解析度的電視監視器而言，其掃描方式與一般標準系統不一樣。高解析度的掃描方式種類非常多，最常見的是採用與標準方式同樣的垂直掃描時間16.7msec，而其水平掃描時間則比63.5µsec還短，因此其水平掃描條束便增加了。
四、 影像顯示之解析度與更新記憶體間的關係
在小規模影像處理系統的影像顯示中，對一張圖像的解析度，通常採用256*256至512*512個圖素，而每個圖素又由4至8個位原來表示之。
影像顯示之縱橫比在標準系統中為4：3，通常電腦圖形的顯像裝置均是以縱橫比為1：1的正方形形狀為基準，因此需經過修正才可使用於電視監視機的標準系統中。
對於一個256*256*8位元之圖像而言，我們必須使用64K位元組之資料記憶體，也就是4個16K位元組之並列型者，其反應時間則為828nsec左右。
五、 D／A轉換器
當資料由更新記憶單元讀出來時為數位的型態，因此這些數位信號還必須經過D／A轉換器來把它們轉換成類比信號。影像處理系統用的高速度D／A轉換器通常在市面上均可以買得到，但是若需要求特別的規格時，可以考慮自行來設計轉換器之線路。
D／A轉換器通常分成電流輸出型及電壓輸出型兩類。
一般說來，電流輸出型的D／A轉換器較適合於高速動作之線路，且其最後的輸出特性將由當作反向放大器之OP放大器之特性來決定。但OP放大器之輸出變化週期時間不可太長，否則將使畫面呈現閃爍的感覺。當輸出電流較大時，我們可在輸出處接一電阻。
在電壓輸出型中，輸出信號之位準應該與電視監視器之使用位準一致才可以。若電壓位準不一致時，要先將OP放大器之輸出予以適當的調整。
六、 電視監視器
我們簡單的說明由D／A轉換器得來的復合影像信號輸入至電視監視器的方法。
在影像處理中的信號位準應事先予以調整，以便最後由D／A轉換器輸出的類比信號位準能適合電視監視器之工作要求。
圖(a)及圖(b)所示為影像信號予同步信號分開的情況，而圖(c)則為兩種信號合成在一起的情況。
(a)
(b)
(c)
七、 影像信號及同步信號之分離
下圖所示的影像信號，垂直同步信號及水平同步信號則為影像處理系統中復合影像信號之三個組成部分。
至於影像信號及複合同步信號分離的方法，我們可以採用電晶體、OP放大器及二極體或比較器等。
八、 影像顯示電路及影像處理電路
在黑白影像處理系統之更新記憶體單元中，接有R、G、B三種記憶體。它們分別提供紅、綠、藍三種部分的影像資料而使顯示的影像是彩色的。
在標準方式下的複合彩色影像信號之合成電路是非常複雜的。下圖所示即由電視攝影機輸入彩色影像信號之情形。亦即紅、綠、藍三種影像信號予複合同步信號將分別地由電視攝影機處輸入。此時，只需簡單地將個別的信號接上RGB輸入端子即可。若電視監視器並沒有這些輸入端子，則將其稍微改造拉出端子是有必要的。
至於影像處理電路則與黑白影像處理系統者相同。
九、 彩色影像之輸入方法
彩色影像處理系統之製作中比角有問題的是關於彩色影像之輸入方法。對於彩色影像信號之輸入選擇我們可考慮下列三種場合下所用者。
1. 彩色影像用之鼓型掃描器﹝drum scanner﹞上所用者
2. 3原色綠光鏡及黑白電視攝影機所用者
3. 彩色電視機所使用者
第一種用途之彩色信號為機械式的掃描中所用。由於它比一般用途二及三之輸入影像具有較高的解析度，因此常被使用於大規模之影像處理系統上。
第二種方式原來是使用於黑白影像處理系統上的，現在於黑白電視攝影機之前加上紅、綠、藍之濾光鏡﹝filter﹞而分別取得紅、綠、藍三種影像信號。這個方法的好處是設備簡單，只要加上適當的濾光鏡頭即可得到想要顏色之影像。
接下來第三種方法使用最為簡單，因為它的攝影鏡頭本身即可取得原物之三原色影像信號而分別輸入至影像處理系統裡。
但是，現今平價的錄放影機﹝VTR﹞所使用的彩色電視攝影機之輸出均為複合彩色影像信號。因此它被使用於電視監視器上時，此複合信號必須先經過色解調電路以便取出三原色之影像信號。
在彩色影像處理系統中為了取出影像之三原色信號，我們必須利用到彩色電視機之色解調電路。但是由於一般家用彩色電視機並無三原色信號的輸出端子，因此我們是有必要將之改造而拉出端子來。
十、 色彩之分類
在研究彩色影像處理中，我們先得認識色彩之分類。而對於色之分類，我們不得依據表色系統而為之。
表色系統有顯色系統﹝如色感覺之三次元表色系統等﹞及混色系統﹝如RGB表色系統，XYZ表色系統等﹞兩大類，玆分別敘述如下：
1. 色感覺之三次元表色系統
將色之組成分成色相、彩度、明度三種，這就是所謂的色之三特性。其中色相用來區分紅、綠、藍等顏色。彩度用來表示顏色之濃度或鮮豔度。而明度則用來表示顏色之反射率，反射率高者其明度也高，反射率低者其明度則較低。
在以色感覺的三次元表色系統來表示任意顏色時是一種三次元的表示方式。但我們也可以捨去其中的明度來表示顏色，此時便變成二次元的表示式了。
在我們試做之彩色影像系統裡，由彩色電視機輸入的是紅、綠、藍三種信號。此時若以色感覺的三次元表色系統來表示彩色影像之色信號時，我們得於程式中執行色相、彩度及明度之變換。
2. RGB表色系統
在彩色影像處理系統中，對彩色影像之色彩分類，若採用依紅、綠、藍信號之濃度值來執行的RGB表色系統，將會簡單的多。
現在假設在考慮紅、綠、藍信號之濃度值時，以Q(R,G,B)來表示某一個圖素點，也就是說Q(R,G,B)乃色向量公間中的某一座標點，而此色向量空間之座標軸分別為R軸、G軸及B軸。
當R、G、B座標值改變時，所得之圖素Q(R,G,B)也就不同。而座標中，此圖素座標點與原點所結合的向量將決定此圖素之明度。若Q(R,G,B)予原點之距離越近時，其明度越小，反之則越大。
至於色項與彩度則由此色向量空間之(1,1,1)面來表示。 (1,1,1)形成之正三角形面稱之為色三角形。
在使用色量量空間時，需使用三次元之表示式，而使用色三角形時則僅使用二次元表示式。由色向量空間及色三角形，我們將能很清楚的看出彩色影像濃度值的整個分布情形。
3. XYZ表色系統
XYZ表色系統乃RGB表色系統之改良系統，它對色之分類將有某些方面的方便之處。下面即R、G、B與X、Y、Z之關係式：
接下來為X、Y、Z來求取x，y，z的方法。其中x，y兩元素將被用來表示xy色度圖。
但是在簡單應用上，我們一般均採用RGB表色系統。
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