数字视频视觉采集与处理系统研究

白 娜

华为技术有限公司，陕西西安 710000

0 引言

21 世纪以来，我国在电子科学技术和计算机技术水平的飞速发展中，人类社会的步伐逐渐走向了一个高速化、现代化的时代，信息的获取和处理在我们的生活与生产中已经发展成为了一种重要的产业。据统计，人类从外部环境中直接获取的信息大约可以占到所有获取信息的一半以上。但是这个庞大的数字在数字的传输与处理中给数据存储过程增加了处理负担。在我们的日常生活中，我们可能仅仅需要图像所传递的基本信息，但是，在对图像进行一些加工和处理后，我们能够在以前的基础上获取更多的相关信息，这就是我们所说的视频图像，也称之为运动中的视觉信息。

1 数字视频的内容与实际应用

1.1 数字视频处理的层次

数字视频视觉处理可以根据处理前后的输入、输出的信息划分为3 个层次：1）低级层次：在处理的过程中，处理后的输出结果和处理前的输入信息都显示为图像，不包含其他的特征信息；2）中级层次：在这个层次中，处理之前输入的信息内容为图像，但是在经过处理之后，输出的结果显示为特征性的信息，而不是抽象意义的图片；3）高级层次：这个层次的视觉处理就像是人类的视觉认知能力一样，具备一定的人中与感知的能力。低级的数字视频视觉处理是为了通过这一过程，达到改善图像的质量的目的。中级层次的主要目的是将低级层次的图像描述的内容进行系统性的分类，然后做出相应的分析，最后直接提取有兴趣的信息。高级层次的视觉处理是将提取后的信息做进一步深入的处理和归类，促进与人类视觉相似的逻辑推理的有效完成，得出一种信息符号，作为其标志。

1.2 数字视频处理研究的领域

在数字视频视觉的处理与控制系统的基础之上，数字视频处理系统可以应用到以下几个领域：1）机器制造领域，主要用于工业产品的检测，产品包装的印刷、产品终极损伤度的检测等；2）视觉上的导航，包括日常生活中的驾驶GPS 导航、自主导航和智能交通导航等领域；3）安全防卫监控领域，这一技术广泛运用于电子警察、远程行为监控和区域性的防盗等区域。鉴于我国的制造业的迅猛发展，视频视觉处理和控制系统已经普遍性的应用于工业的生产、发展之中，我们预言，在未来不久的日子里，我国也势必走向全球市场，成为一个与世界媲美的生产场地。

2 数字视频视觉采集与处理系统的实现

数字视频的采集与处理系统大致由三个主要的模块构成：成像模块，在这一模块中，主要包括图像传感器和镜头这两个部分，不用类型的图像传感器具备不一样的分辨率、感光面积和动态的范围等。这些技术已经广泛的应用与我们日常生活中常见的数码相机、摄像机、手机等一系列的电子产品中。在处理控制模块中，我们最常见的成分有：PC 机、通用的DSP 和常用的ASIC 等部件构成。在PC 机主要是由不同类型的板卡和人机相互应用的一种软件类型，生活中也常见此技术得以应用，比如在高速公路上的收费站选用的收费系统，我们身边的医疗成像系统。通用的DSP 和ASIC 的工作效率很高，体积相对较小，便于携带，基于以上优点，我们生活中广泛应用的是在对实时性要求比较高的一些特殊的场合：工厂里面的生产流水线上的监控、无人驾驶车上的监控装置。传输与显示模块会将获取的信息加工、处理，最后发送到中端处理器上，再进行深度的存储和加工。这种系统针对于视频图像而言，数据处理的数量相对较大，对实时性的要求也很高，当然在传据的传输率要求也是非常的严谨。

3 数字视频处理技术

3.1 数字视频处理器具

3.1.1 多媒体计算机

对于计算机的硬件配置相求较高的计算机主机，在数字视频处理的过程中的要求是相对较高的。比如说如果选用的CPU是双核配置，就可以选择AMD 和INTEL 这两种类型，最好的选择是后者或者酷睿系列的配置。对于主频而言，越高的配置当然是越好的。为提高整体的速度和处理的能力，最好选用内存在DDR21G 以上大小的，硬盘的平均存取时间一般要低于15ms,然而这样速度的前提是选用SCSI 系列的硬盘，这样能更好的保证系统的稳定性。

3.1.2 视频采集卡

视频采集卡的主要用途是获取数码视频信息，并在获取信息之后将其有效的存储和播放，视频素材的选择非常重要，一般选取模拟信号，并结合视频采集卡来完成整个视频的处理。部分特殊的视频采集卡还会配备有更多的功能，比如说压缩功能，而且数据处理的速度较快，更为重要的是，它还可以全屏幕的数字视频捕捉。

3.1.3 主流显卡与压缩卡

在日前的市场上推出的主流显卡和压缩卡的类型比较多，ATI4870 和GTX280 等都是性价比相对较高的两款。但是在压缩卡的选择上，要着重考虑压缩之后的文件的各种性质，比如说文件的质量状况、稳定性能、价格及其功能的综合情况。当然，显卡和压缩卡的匹配度对于数据视频的处理而言是相当重要的。

3.2 数字图像捕获和测量技术

3.2.1 桌面视频捕获过程

数字视频的捕获与压缩是一个非常复杂的过程，一般称为桌面视频的捕获，它是通过视频卡从视频源基地获得模拟性的视频信号，并借助一系列的工具将其接收的视频信号有效转化为数字视频类的信号,一般包括视频的采集和视频的压缩两个过程。

经过采集压缩之后的视频媒体文件需要在一系列的处理之后完成编辑的工作，这个过程中就包括：剪切、编辑、切换以及特效功能的搭配，因此借助计算机的编辑技术可以解决这个问题。在数字图像捕获和测量的过程中不仅要注重过程的严谨，更要注意测量方法的合理搭配。只有通过科学的、合理的测量方法，才能获取多样化的视频信息，并逐渐展开，提高数字视频视觉的采集和系统处理的过程。

3.2.2 像素当量测量法

每个像素都代表有实际的长度，在没有标定数据的图像像素所代表的实际长度是不一样的，一旦经过了标定，每个像素所代表的实际长度就会成为一个常函数。在我们的后续工作中，先将给定的图像进行校正，然后求得各个特征点的像素，和像素当量相乘的结果就是我们要求取的各个特征点之间的实际的距离。

像素当量测量方法的具体过程如下：1）针对图像进行中值滤波，在原始的灰度差别较大的图像基础上，保持一个相对稳定的状态，这样就避免了复杂的预处理全过程，可以有效的去除存在于图像中的多种噪声；2）分割水平方向和竖直方向的阈值。根据水平方向和竖直方向的标尺灰度的差值，进行有效的修改，得到一个最优值，最后，将标尺边缘的部分去除，就能得到有效的部分。

3.2.3 边缘检测技术

图像边缘产生的原因是灰度值不连续而导致的结果，在图像显示中，指那一部分灰度变化特别显著的部分。在图像中，往往会因为景物的物理特性的变化而产生图像边缘，物理特性主要包括以下几个方面：阴影部分、物体的方向和深度以及反射的系数。

实际中图像是一个复杂的整体，这就导致了边缘类型的多样化。我们可以根据灰度的变化情况，将边缘划分为阶跃型和屋脊型的边缘。通过灰度的导数，我们可以在实际的数学运算中刻画出边缘点的具体的变化过程。对于阶梯型边缘，它的灰色变化曲线越大，它所对应的导数值就会到达一个极限值。

目前主要通过两方面的改进来提高图像测量系统的精准度：第一，硬件设备的改进；第二，有效的利用空间目标的成像特征，利用亚像素定位技术来测量定位的精准度。

4 结论

数字视频视觉的采集与处理技术在安防监控的相关产业、工业检测与包装印刷等领域里以及图像、内容的处理与控制系统中得到了广泛的应用与发展。它的最大优势在于处理和传输、存储的途径快捷，通过数字视频技术对视频材料进行有效的编辑与整理，是多媒体综合课件中一个必不可少的环节。因此，本文对此研究热点进行了探析，希望可以为人类社会的开发和发展提供一定帮助。

[1]冈萨雷斯.数字图像处理.北京：电子工业出版社，2004.

[2]李玉山，来新泉，等.电子系统集成设计技术.北京： 电子工业出版社，2007.

[3]刘文开.数码影像处理实用技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2000.