[科普中国]-图像信息系统

发展历程

图像信息系统随着技术的进步经历了三代。

1.模拟时代(第一代)

模拟时代的视频是以模拟方式进行模拟处理的。

2.半数字时代(第二代)

半数字时代的视频是以模拟方式采用同轴电缆进行传输由多媒体控制主机或硬盘录像主机(DVR)进行数字处理与存储。

3.全数字时代(第三代)

全数字时代的视频是频从前端图像采集设备输出时即为数字信号，并以网络为传输媒介，基于网络TCP/IP协议，采用流媒体技术实现视频在网上的多路复用传输，并通过设在网上的网络虚拟(数字)矩阵控制主机(IPM)来实现对整个监控系统的指挥、调度、存储、授权控制等功能。此外报警、门禁、巡更等前端设备输出的数字信号也可由多网合一的方式通过网络复用进行传输并在同一平台上进行管理与控制。

现今图像信息系统已经步入了全数字时代。这将彻底打破“闭路电视系统”模拟方式的结构，从根本上改变了图像信息系统从信息采集、传输处理、系统控制的方式和结构形式。2

工作原理首先把想要告诉对方的视觉信息客观化(符号化)，然后把符号变换成物理存在的信号并按后续的通信线路便于处理的形式编码(信号化)，例如用摄像管把光像转换成电信号等。图像信号再经过广义通信线路(诸如传输、记录、处理信号的装置)处理后送往接收端。在接收端，通过解码把信号作为可视的空间图像来显示，进而引起接受者的感觉和知觉。最后收信者(信息论称其为信宿)把引起的感觉、知觉和过去的学习、记忆相对照，从而认识信息源的内容或者刺激情绪。3

组成像信息系统研究方面的新进展是在各种新技术的推动下取得的，其中新型的硬件设备包括下述几种。

(1)图像输入设备

高分辨率扫描器，其分辨率自每英寸①数百线到每英寸一二千线，而且还有不少价格低廉的输入设备，如文件扫描器、电视摄像数字化器等，它们可与小型机和微型机连接。

(2)图像处理器

自成系统的图像处理器，本身包括有微处理器和阵列处理器，而且可以与大多数小型机连接，它们的处理功能包括逐象素处理、空问卷积、变焦、旋转、浮点矢量/阵列处理、平滑、增强等。这些价格低廉的图像处理器意味着以前需用大量计算时问的图像处理和信号处理的任务，可以放到这些处理器上，以较有效的方式完成，而且可采用体系结构上的高度并行化来进一步提高运行速度。

(3)图像输出设备

高分辨率的彩色图形光栅显示，色彩多而可调，能满足高质量的图像图形输出的要求。高分辨激光打印机和绘图仪则可用于产生硬拷贝。

(4)图像存储系统

录像盘技术提供了建立和维持不可擦除的图像数据库的手段，使用缩微胶片存储和检索大量图像的研究又重新兴起。用小型机存储缩微胶片的地址和关键描述，以控制对某一特定文件的检索，这样的电子文件系统也可以用以建立和维持图像数据库系统。

(5)计算机通信网络

除上述硬件和系统之外，在数据通信方面的最新进展，特别要提到宽带局部地区网络，它提供了连接多个工作站进行多介质(语言、数据和图像)通信的手段。

由于这些技术上的进展，现在有可能以不太昂贵的价格集成一个图像信息系统。1

性能要求一个理想图像信息系统的主要特性如下。

1)图像输入。摄取或数字化光学图像的方法，图像可以在纸上或胶片上，也可以通过照相机输入。

2)图像编辑。改变数字图像内容的方法，以及以人机交互的方式或自动的方式生成新图像，去除旧图像。

3)图像处理。图像增强、边缘检测、纹理分析、分割和模式识别，以及以数字或光学手段进行图像变换。

4)图像存储。图像的格式化、编码和解码、数据结构化、索引等，以便把图像数据存储在给定的存储介质中。

5)图像检索。使用索引或更灵活的相似检索技术，或以某种查询语言来从图像数据库中检索图像。

6)图像输出。显示图像，获得图像硬拷贝，可能的话获得合成图像和部分图像。

7)图像通信。将图像传输到另一个地方的计算机中或另一个工作站去。1

应用领域1．第五代计算机系统

第五代计算机系统是知识信息处理系统，它以一系列新的理论和技术作为基础，以期克服传统计算机所固有的技术限制。在这些系统中，机器智能将有很大的进展，人机交互将更接近人类之间的交互。智能用户接口的功能包括理解语音、图像和自然语言等能力，同时在很多诸如实时符号语言理解等新的应用领域，还是很需要能进行图像通信和图像理解的智能用户接口。

2．办公室信息系统

绝大多数办公室自动化系统，都能处理文件和表格。文件和表格的某些部分，例如签字、照片、特殊符号等，需要用自然图像的表示方式。由于文件经常包括文字和图形，有些时候，将它作为图像来处理更为合适。这些文件图像需要产生、编码、编辑、存储、检索和传输。办公信息系统是使用局部地区网络的分布式系统，在该系统中，图像通信和多介质通信处于一种非常重要的地位。

3．计算机辅助设计系统

计算机辅助设计系统是一个重要的图像数据库应用领域。计算机辅助设计和计算机辅助制造中数据库的设计与图像数据库设计紧密相关，因此日益引起人们的重视。

4．图像理解系统

图像理解系统一直受到与防务有关的工业界的重视。近来，重视图像理解系统的工业已不仅是防务，而且扩展到了诸如航天工业、半导体工业等其他工业部门，对于一个完善的图像理解系统，在设计时应综合图像理解、知识库和图像信息操纵这3部分。

5．计算机集成生产系统

图像数据库的有用之处在于不仅因为它有应用需求，而且它也可以作为描述其他数据库的工具。

6．医学信息系统

医学信息系统是发展最迅速的应用领域之一。它集局部地区网络、先进的工作站和先进的图像处理器之大成，提供服务于医院或医疗服务所的一体化环境。医学图像档案和通信系统要求设计具有灵活的用户接口和图像通信能力的一个完善的图像信息系统。1