接觸式圖像傳感器的信號(hào)讀取與補(bǔ)償技術(shù)(圖)

明輸出與暗輸出
　　明輸出vp是指當(dāng)cis讀取白樣張時(shí)，光電傳感器輸出的電信號(hào)值。
　　明偏差up是指像素陣列中，所有像素點(diǎn)的明輸出的偏差值。
　　up=（vpmax-vpmin）/vp
　　暗輸出vd是指當(dāng)cis讀取黑樣張時(shí)，光電傳感器輸出的電信號(hào)值。
　　暗偏差ud是指像素陣列中，所有像素點(diǎn)的暗輸出的偏差值。
　　ud=vdmax-vdmin

圖像的取樣與量化
　　1、圖像的取樣
　　所謂取樣就是用一個(gè)有限的數(shù)列、數(shù)陣來表示一幅連續(xù)圖像。取樣要遵循取樣定理：對(duì)于一個(gè)函數(shù)fc(x,y)，若其傅里葉變換fc(u,v)在空間領(lǐng)域的一個(gè)有限區(qū)域外(即|u|>uc或|v|>vc)處處為零，則當(dāng)取樣間隔△x≤1/2uc和△y≤1/2vc時(shí)，fc(x,y)可由它的樣本值正確地重現(xiàn)，否則圖像將產(chǎn)生畸變（即混疊效應(yīng)）。把取樣的最大間隔△x=1/2uc和△y=1/2vc稱為奈奎斯特間隔，1/△x和1/△y稱為奈奎斯特頻率。
　　2、圖像的量化
　　圖像取樣后，正比于圖像灰度值的光電傳感器輸出的電子信號(hào)是模擬量，所以，必須把它變成數(shù)字信號(hào)，才能輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這種把圖像信息實(shí)際輸出的模擬量變換成離散的數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過程叫做量化。
　　采用均勻量化技術(shù)就是將vp與vd的差值vp-vd等間隔地取k個(gè)等級(jí)，通常量化等級(jí)k=2m，如果選用8位a/d轉(zhuǎn)換器，則m=8，k=256級(jí)。
　　實(shí)際輸出介于ri與vi之間的，取量化值vi，介于ri與vi+1之間的取vi+1。
　　下面通過均方誤差技術(shù)，計(jì)算當(dāng)量化誤差最小時(shí)的量化判決電平值。
　　假設(shè)：f代表圖像信息實(shí)際輸出值，φ(f)代表圖像信息實(shí)際輸出值在vp與vd之間的密度函數(shù)。則，對(duì)于k個(gè)量化級(jí)而言，量化均方誤差為：

　　若φ(f)=p=常數(shù)，即圖像信息實(shí)際輸出值在vp與vd之間出現(xiàn)的概率處處相等，于是得到：

　　
　　輸出電平的最佳取法應(yīng)滿足量化均方誤差最小，即
　　dε/dri=0
　　由上面兩式可以得出：
　　ri=(vi+vi+1)/2
　　即當(dāng)ri=(vi+vi+1)/2時(shí)，可以保證量化誤差最小。

補(bǔ)償技術(shù)
　　所謂補(bǔ)償就是對(duì)cis上的一列光電傳感器之間輸出值的偏差進(jìn)行修正，使之能正確地反映圖像信息。理論上說，這一列光電傳感器對(duì)cis輸出的信號(hào)取樣、量化后，要對(duì)它的明輸出、暗輸出進(jìn)行補(bǔ)償。
 　　　　　
　　圖1是表示cis的實(shí)際輸出值的狀態(tài)圖（補(bǔ)償前），首先把所有點(diǎn)中，最大的明輸出值定義為vpmax，最小的暗輸出值定義為vdmin。從圖1中可以看出，每一點(diǎn)的明輸出vpi、暗輸出vdi與vpmax、vdmin之間都有一個(gè)偏差值δvp、δvd，所謂補(bǔ)償就是要消除每一點(diǎn)的偏差值對(duì)畫質(zhì)的影響。
　　補(bǔ)償前，首先逐點(diǎn)測(cè)量cis的明輸出vpi與暗輸出vdi，存入存儲(chǔ)器。然后計(jì)算各點(diǎn)的補(bǔ)償系數(shù)αi，并存入存儲(chǔ)器，圖2大體表達(dá)了明輸出與補(bǔ)償系數(shù)的分布，黑影部分就是當(dāng)以為vpmax目標(biāo)時(shí)，每點(diǎn)需要補(bǔ)償?shù)闹怠?BR>　　αi =（vpmax—vdmin）/（vpi—vdi）
　　接下來介紹補(bǔ)償系數(shù)αi的應(yīng)用方法。
　　掃描圖像時(shí)，首先用a/d轉(zhuǎn)換器對(duì)圖像信息進(jìn)行采樣、量化，并取得各點(diǎn)的實(shí)際輸出值vi，然后利用下面的公式求得補(bǔ)償后的數(shù)值wi。
　　wi=αi