第二章 信息获取技术

2019/8/21第二章信息获取技术2019/8/2信息存储与检索技术2本章内容•2.1录音技术•2.2数字照相技术•2.3光电扫描技术•2.4触摸屏技术•2.5手写输入技术•2.6话音获取技术•2.7网络信息采集技术2019/8/2信息存储与检索技术3学习目的•掌握扫描仪的基本原理•掌握数字照相的基本原理和性能指标•掌握条形码技术的基本原理和应用•掌握触摸屏技术的基本原理和类型•掌握声音的数字化原理2019/8/2信息存储与检索技术42.1录音技术–录音是一种传统的、使用广泛的语音信息采集技术，也可以看作是一种信息储存技术。–当记者在进行采访时，在举行会议时，往往利用录音将语音信息记录下来，作为参考资料或档案资料。–录音技术是利用电磁转换的原理工作的，其组成有麦克风（输入）、扬声器或耳机（输出）、以及放大和控制电路。2019/8/2信息存储与检索技术5录音是把音频信号通过电磁转换器——磁头转变为磁带上的磁化信号的过程。放音则是利用磁头把磁带上的磁信号转换成音频信号并通过放大在扬声器或耳机中还原成声音的过程。录音时，动圈话筒将声信号转换为电信号，电信号经放大后送入磁头线圈，录音磁头是一个蹄形电磁铁，它的磁性强弱随电信号变化，就会在磁头铁芯中产生交变的磁通，在磁头的工作缝隙处形成随音频而变化的磁场，当磁带紧贴着通过磁头缝隙时，磁力线穿过磁带上的磁性层，将它磁化，从而便留下了剩磁，随着磁带的恒速移动，就在磁带上留下了极性和强弱随音频信号变化的连续性剩磁磁迹，使声信号以剩磁的形式记录下来。图2-1录音原理录音原理2019/8/2信息存储与检索技术62.2数码照相技术一数码相机DigitalCamera(DC)数码相机是集光学、机械、电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件，具有数字化存取模式，与电脑交互处理和实时拍摄等特点。光线通过镜头或者镜头组进入相机，通过成像元件转化为数字信号，数字信号通过影像运算芯片储存在存储设备中。图6-1数码照相机例子图2-2数码照相机2019/8/2信息存储与检索技术7CCD：电荷藕合器件（ChargeCoupledDevice）它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。CCD的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。1、数码相机的感光器件CCD2019/8/2信息存储与检索技术8互补性氧化金属半导体CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点,这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。CMOS2019/8/2信息存储与检索技术9在拍摄时，当按下快门钮，感光器件(CCD或者CMOS)前面的快门幕帘便同时打开，通过镜头的光线通过透镜系统和滤色器(滤光器)投射到感光器件上，引起电流的变化，变化的电流信号反映了拍摄的物体的颜色和亮度信息，通过模数转换器（ADC）将每个像素上的光学符号转变为数字信号传输给缓存，然后通过数字信号处理器（DSP）读取这些信号，并把它们所包含的影像信息存放到存储器中。2、数码相机的工作原理2019/8/2信息存储与检索技术10A/D转换器•A/D转换器是将模拟量（Analog）转变为数字量（Digital）的半导体元件。•从CCD获取的电信号是对应于图像明暗的模拟信号，也就是说图像由暗到亮的变化可以用从低到高的不同电平来表示，它们是连续变化的，即所谓模拟量。•A/D转换器的工作是将模拟量数字化，通常能表示的范围是28=256、210=1024或者212=4096。2019/8/2信息存储与检索技术112019/8/2信息存储与检索技术12数码相机工作原理图2019/8/2信息存储与检索技术13–开机准备：主控程序芯片开始检查各个部件。–聚焦及测光：快门按下一半时，确定对焦距离。–拍照：按下快门，光学镜头将画面聚焦到成像器件，光电转换器件捕捉光信号，以红、绿、蓝三像素存储。–图像处理：把像素从CCD送入相机内部缓存，将其变成离散数字信号。–图像合成：到达缓存后，合称为一幅完整的图像。–图像压缩：离开缓冲区时图像要被压缩，压缩程度根据拍摄前选定的拍摄模式而定。–图像保存：主控程序芯片发出消息，把压缩的图像再转移到存储卡中，长期保存。3、数码相机的工作过程2019/8/2信息存储与检索技术144、数码相机的主要性能指标•分辨率：取决与CCD上像素的多少。•镜头焦距：不同的焦距使得落在CCD上成像的大小不同。•连拍速度：拍摄要经过光信号—模拟信号—数字信号—记录于存储介质上的过程，连拍速度反映转换记录花费的时间长短。•存储器种类及存储能力：内置闪存和可移动存储器。•白平衡调整：通过图像调整，使在各种光线在拍摄出来的照片色彩和人眼看到的景物色彩完全相同。•相当感光度：提升数码相机的ISO是通过两种方式实现的：强行提高每个像素点的亮度和对比度；使用多个像素点共同完成原来只要一个像素点来完成的任务。2019/8/2信息存储与检索技术15常见数码相机品牌•Sony：索尼•佳能(Canon)日本•尼康(Nikon)日本•奥林巴斯(Olympus)日本•三星电子(Samsung)韩国•柯达(Kodak)美国•富士胶卷(FujiFilm)日本•柯尼卡美能达(KonicaMinolta)日本1佳能Canon1937年日本2尼康Nikon1917年日本3索尼Sony(于1946年日本,世界品牌,世界500强,全球领先的电子和娱乐公司,索尼公司)4三星Samsung(于1938年韩国,韩国最大的企业集团,世界500强企业,三星集团)5富士FUJIFILM(于1917年东京,世界500强,世界上规模最大的综合性影像制造和供应商)6松下Panasonic(于1918年日本,全球最大的电子厂商一,Panasonic松下集团)7奥林巴斯OLYMPUS(于1919年日本,数码相机十大品牌,世界精密光学技术的代表企业之一)8柯达Kodak(于1880年美国纽约,世界上最大的影像产品及相关服务的生产和供应商)9卡西欧CASIO(于1946年日本东京,日本三大品牌之一,卡西欧计算机股份有限公司)10宾得PENTAX(于1919年日本,世界著名照相机品牌,行业著名品牌,旭光学工业公司)•宾得(Pentax)日本•松下电器(Panasonic)日本•卡西欧(Casio)日本•理光(Ricoh)日本•徕卡(Leica)德国•爱国者(aigo)中国•联想（lenovo)中国•明基(BenQ)中国•欧达（Ordro）中国•海尔（haier）中国2019/8/2信息存储与检索技术162.3光电扫描技术光电扫描技术是基于光电转换的原理，将光源发出的光线经过光学系统照射到被扫描的图形、文字等原始信息上面，被反射回来的光经过光学系统成像在光电转换器上，使之产生电信号，通过一定的技术，如编码、字符识别等，将模拟信息转换为数字化信息。常用的光电扫描设备有扫描仪、条形码阅读器、光学字符识别阅读器等。2019/8/2信息存储与检索技术171、扫描仪工作原理扫描仪主要由光学部分、机械传动部分和转换电路三部分组成。核心部件是光电转换部件。扫描时首先将预扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上，然后启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移动光源沿y轴方向扫过整个原稿；照射到原稿上的光线经过反射后穿过一个很窄的缝隙，形成沿x轴方向的光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB光带分别照到各自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号，又被A/D转换器转换为电子信号。一、扫描仪2019/8/2信息存储与检索技术182019/8/2信息存储与检索技术19扫描仪主要由上盖、原稿台、光学成像部分、光电转换部分、机械传动部分组成。•上盖上盖主要是将要扫描的原稿压紧，以防止扫描灯光线泄露。•原稿台原稿台主要是用来放置扫描原稿的地方，其四周设有标尺线以方便原稿放置，并能及时确定原稿扫描尺寸。中间为透明玻璃，称为稿台玻璃。•光学成像部分光学成像部分俗称扫描头，即图像信息读取部分，其精度直接影响扫描图像的还原逼真程度。它包括以下主要部件：灯管、反光镜、镜头以及电荷耦合器件。2、扫描仪的组成2019/8/2信息存储与检索技术20•光电转换部分光电转换部分是指扫描仪内部的主板。主板以一块集成芯片为主，其作用是控制各部件协调一致地动作，如步进电机的移动等。其中有A／D变换器、BIOS芯片、I／O控制芯片和高速缓存(Cache)。BIOS芯片的主要功能是在扫描仪启动时进行自检，I／O控制芯片提供了连接界面和连接通道，高速缓存则是用来暂存图像数据的。•机械传动装置机械传动部分主要包括步进电机、驱动皮带、滑动导轨和齿轮组。2019/8/2信息存储与检索技术213、扫描仪的类型•平板式扫描仪•名片扫描仪：高速扫描仪+OCR+名片管理软件•底片扫描仪：扫描各种透明胶片•馈纸式扫描仪：滚筒式扫描•文件扫描仪：自动进纸器，处理多页文件扫描•手持式扫描仪•鼓式扫描仪：专业印刷排版领域使用•笔式扫描仪：用于文字识别，贴在纸上逐字扫描。•实物扫描仪•3D扫描仪：能够精确描述物体三维结构2019/8/2信息存储与检索技术224、扫描仪的性能参数和技术指标–光学分辨率•光学分辨率反映扫描图像的清晰程度，一般都使用每英寸有多少个点来衡量，也使用每英寸的线条数来衡量。•也就是扫描仪的感光元件——CCD的分辨率。例如最大扫描范围为216mm×297mm（适合于A4纸）的扫描仪可扫描的最大宽度为8.5英寸（216mm），它的CCD含有5100个单元，其光学分辨率为5100点/8.5英寸=600dpi。2019/8/2信息存储与检索技术23扫描仪的主要性能指标–色彩位数•又叫色彩深度、色彩模式、色彩位或色阶，表示扫描仪分辨彩色或灰度细腻程度的指标，反映对图像色彩的区分能力，它的单位是bit。•色彩位确切的含义是用多少个位来表示扫描得到的一个像素。例如：1bit只能表示黑白像素，因为计算机中的数字使用二进制，1bit只能表示两个值即0和1，它们分别代表黑与白。8bit可以表示256个灰度级，它们代表从黑到白的不同灰度等级。24bit可以表示16777216种色彩，其中红（R）绿（G）蓝（B）各个通道分别占用8bit，它们各有28=256个等级，一般称24bit以上的色彩为真彩色，当然还有采用30bit、36bit、42bit的机种。2019/8/2信息存储与检索技术24扫描仪的性能参数和技术指标–扫描幅面：通常有A4、A4加长、A3、A1、A0等规格。–色彩管理系统：通过设备的色域描述文件约束设备的真正色域范围，解决颜色一致性问题。–密度与动态范围：密度指扫描仪光源的入射光在扫描稿上的反射。入射光与反射光的比值在取对数后的值就是密度值。一张扫描稿可以达到的最大密度与最小密度之差称为稿件的密度范围，即动态范围。2019/8/2信息存储与检索技术255、配套软件•OCR:OpticalCharacterRecognition光学字符识别•选择时注意是否能够识别各种印刷体、手写体、表格以及能否识别中英文混排等因素。•常见的软件有清华紫光OCR、尚书OCR和汉王OCR等。•如尚书OCR主要分为文件、编辑、识别、输出等步骤。2019/8/2信息存储与检索技术26条形码技术涉及编码技术、光传感技术、条形码印刷技术和计算机识别技术。研究如