光电图像技术重要知识点

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1. 说明图像处理中点、代数、几何变换之中的区别

   点变换：点变换是对于单一像素的变换
   代数变换：代数变换是对于两幅或多幅对应或非对应像素的灰度值进行加减乘除代数计算
   几何变换：几何变换是改变图像中各物体空间关系的一种变换

2. 简述CCD器件的基本工作原理，并对比CCD探测器与CMOS探测器的区别

   CCD：CCD是电荷耦合器件，器件中的感光部分通过光照产生光生电荷，此电荷通过电注入或光注入的方法将光生电荷存储到CCD的势阱中，再由周期性的多路驱动脉冲产生势阱间的耦合，将存储的电荷包从一个势阱移动到另一个势阱，使之形成时间上串行输出的模拟电荷光信号。达到将一个并行的图像信号进行存储以及形成串行输出的目的。

   类	CCD	CMOS
   工作速度	慢	快
   功耗	高	低
   灵敏度	高	低
   工艺结构	简单	复杂

3. 描述单反相机基本取景方式和驱动方式

   下图是单反的工作示意图
   
   取景方式

   1. 成像倒立实像于对焦板
   2. 五棱镜反转成正向
   3. 当反光板抬起，取景窗无画面

   驱动方式

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

4. 描述色温的物理含义，并简述一种检测方式

   物理含义 色温是光源发光的色度数据的表达方法，当光源为黑体时，根据普朗克公式（$I=\frac{8\pi hc}{\lambda^5}\frac{1}{e^{\frac{hc}{\lambda kT}}-1}$），光源温度与色度一一对应。并不是光源真正的温度。
   检测方法 可以通过测量色坐标获得色温，通过CIE给出的计算公式计算。

5. 写出计算色坐标的公式

   $\left [ \begin{array}{c} X\\ Y\\ Z\\\end{array} \right ]=k \displaystyle \int\limits_{380}^{780}{ \left [ \begin{array}{c} x_0(\lambda)\\ y_0(\lambda)\\ z_0(\lambda)\\\end{array} \right ] I(\lambda) d\lambda}$
   其中$X,Y,Z$为三刺激值，$x_0(\lambda),y_0(\lambda), z_0(\lambda)$是色匹配函数，$I$为测量的光谱强度，从而归一化得到色坐标
   $\Rightarrow\left\{\begin{array}{l}x=\frac{X}{X+Y+Z}\\y=\frac{Y}{X+Y+Z}\\z=1-x-y\end{array}\right.$

6. 列出光电二极管的特性指标并简单简述，给出一种使用光电二极管的测量电路

   特性指标

   1. 光谱范围：此光电二极管的工作范围
   2. 工作频率：最大光信号时光电二极管的频率范围
   3. 饱和电流：光电二极管饱和时的最大电流
   4. 偏置电压：光电二极管的工作偏置电压

   测量电路
   

7. 简述色调、饱和度、亮度

   色调 色调由光谱中各波长分量决定
   饱和度 彩色的浓淡
   亮度 指对于人眼的光刺激强度，与能量有关

8. 简述傅里叶变换和卷积在图像滤波中的应用

   傅里叶变换 傅里叶变换将二维空间分布的图像变为二维频谱的分布，表征了高低频率分布的特性
   卷积 光学系统的成像过程是光学系统的点扩散函数和真实图像的二维卷积，可以通过去卷积算法提高图像的清晰度，消除光学镜头对图像的影响。
   滤波中的应用 通过对于图像频谱处理，如高通低通带通，处理后的频谱通过逆傅里叶变换可以得到滤波后的图像，以达到柔化锐化与图像复原的效果。图像处理中也可以使用卷积核，利用时域空间的卷积处理代替频域空间的滤波变换，减少处理的时间和运算量。

9. 简述PDP，LCD，LED，DLP原理和优缺点

   类别	原理	优缺点
   PDP	等离子体发光产生图像	亮度高、功耗大、速度快、适合大屏
   LCD	利用液晶的阵列产生图像	功耗低、速度慢、对比度低
   LED	二极管阵列产生图像	功耗高、亮度高、适合室外晴天、成本高
   DLP	使用微动镜反射投影成像	能量利用率高、适合投影、反应速度快、对比度高

10. 设计一个图像监控系统和一个图像处理算法对环境中是否有运动的物体进行检测，要求

    1. 给出硬件表
    2. 算法需要考虑多种因素，比如不同速度运动的物体

    • 硬件设备 防水摄像机（云台雨罩防尘罩），图像采集卡，计算机（储存服务器、显示屏）、数据线、报警器，红外夜视仪(或照明设备)
    • 主要算法 减影算法
    • 提示方案

      问题	解决方案
      不同速度	对于不同的时间间隔进行多次比较
      计算速度慢	对图像进行压缩
      雨天雪天	通过滤波去除雨雪的噪点
      明暗变化	最长的比对时间不能太长，夜间可以追加红外或照明