（3.2）、图像信号的信息处理技术的发展

对图像信号的人工信息处理是从照相技术开始的。开始是黑白照片仅仅记录了部分的图像信息。后来发展成为彩色照片技术，记录的信息更加丰富了。实际应用中发现连续图片的记录速度高于25帧/秒时，人眼观看的动作就是连续的。再发展成为动态图像的电影录像技术。也就是连动作信息都可以很好地记录下来了。电影技术的应用，使得人类讲故事的信息传布的事情可以做得有声有色，更加动人了。

为了使用电子技术来处理图像，科学家发现类似于眼的视觉细胞，可以把图像分割成为很多小点。把每个点上的光线分别转成为电信号。然后通过电子技术按行、列、帧的顺序扫描方式把这些点上的电信号进行变换成为一系列载有图像信息的信号。这样就可以利用电子技术实现图像信息的传输、记录、编辑等进一步的信息处理。扫描对图像信号的快速变化，视频图像信号的带宽比较大（在10^6Hz数量级）。如果利用高频无线电信号做载波把视频信号发送到各家各户的电视机中，再用电子显像技术还原成为动态图像。这个就是上世纪四十年代发展起来的电视技术。开始图像仅仅是黑白的，称为黑白电视。

科学研究发现人类的视网膜上有一种视锥细胞，这种细胞对于红绿蓝三种颜色特别敏感。视锥细胞会在看到光线的时候，将这些颜色信息传递给大脑。如果人体的这种视锥细胞出现问题，那么就无法看到这些颜色，就会患上色盲症。各种颜色都可以由红绿蓝三基本色搭配而成。这样千变万化的彩色世界可以比较简单地由红绿蓝三基本色的处理来实现。

下图中丰富的颜色就是由红绿蓝三种基本色组合来实现的。

于是技术人员把图像获取设备的感光点和显示器发光点的每个点都分解成为这三种基本色的相应信息。这样就取得了图像的颜色信息，并且可以在接收端恢复彩色图像。通过这种技术发展成为彩色电视。对于图像的信息越来越丰富，越来越与人眼直接观看的信息接近了。

数字采样技术也可以广泛用于图像连续信号的数字化处理，只不过图像信号的变化频率比声音信号高得多（达到10^6 MHz水平）。由采样技术进行图像数字化处理，可以使用数字技术进行图像信息的记录、复制、传输等等处理，达到更加好的效果。目前彩色电视已经完全采用数字化信息技术。图像的采集、存储、传输的数字化技术也已经普遍地在人类的各种活动中广泛应用。如彩色数字电视，彩色数码照相机，摄像机，甚至智能手机都具有很好地数字彩色图像处理功能。

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彩色液晶显示屏工作原理

数字图像的信息量一般与图像像素数成正比。对图像细节信息表达用图像的分辨率表示（单位长度包含的像素数，分辨率的单位为PPI(Pixels Per Inch)，像素数/英寸），但是分辨率越高图像数据的储存量也越大。一幅数字图片的数据量为：水平像素数×垂直像素数×3Byte。每个像素的颜色深度24bit称为真彩色，因为人的眼睛对颜色的敏感程度大大低于明暗度。所以每个像素点的彩色数据用3色×8bit=24bit就可以满足彩色信息的表达。

数字视频数据中除了像素点的数据以外，还同步了相应的音频数据，以及一些同步信息和格式说明等信息，这些数据可以使得播放端与录制时的数据同步。目前常见的数字视频有：720p 1280×720 像素/帧，30帧/秒；1080p 1920×1080像素/帧，30帧/秒 ；4K图像 4096×2160像素/帧，60帧/秒等。

为了减低数字图像的数据存储量，一般在尽量保持图像信息的基础上还需要进行数据压缩。很多科技公司开发了不同的图像数据的存储和压缩方法，所以形成了不同类型的图像数据格式。如对图片数据有：BMP,JPEG/JPG,GIF,PNG等。数字视频数据文件有：AVI,MPEG,DV,VOT,RM,……等格式。各种不同格式的图像数据文件之间一般都可以互相转换。

有了彩色图像以后，图像信息的机器处理能力大大地发展了。甚至人眼看不到的其它频域的图像信息也可以通过人造设备获得，如红外线图像（低于可见光频率的光线）可以帮助人类在黑暗环境看到一些东西；X光可以透过一些阻挡物看到人体透视图像；无线电波可以让人类看到宇宙深处的一些图像，……等等这些飞速发展起来的技术，使得人类获得比自己的眼睛更加广泛的图像信息。

数字图像的数据量巨大，对于动态图像的数字化处理的实时性要求都比较高。数字图像技术的实现也有赖于人类集成电路电子技术的支持。由于大规模集成电路的发明，计算机技术的广泛使用，使得包括数字图像处理在内的各种信息处理得到很好地解决。20世纪60年代发展起来的数字信号处理技术被广泛应用于各种信息系统，特别是与数字计算机技术的结合，大大加快了信息时代的前进步伐。目前人工技术对各种信号的信息处理也发展得很快，如声音识别；语音信号的语言含义识别；图像识别；……等等。人工智能技术的发展进一步推进了人工信息处理，大大地帮助了人类对信息处理的能力。而其中对信息的深入认识是这些技术实现的基础。