Képfelvevő eszközök

A számítógépes képfeldolgozásban felvevő eszköznek csak az olyan berendezéseket tekintjük, amelyek a kimenetükön digitalizálható analóg képjelet, illetve közvetlenül digitális képet adnak.
A képérzékelés lényege röviden a következő: 
Az elsődleges fényforrás megvilágítja a digitalizálni kívánt objektumot. Az objektum a rá eső fény egy részét visszaveri ezért úgynevezett másodlagos fényforrássá válik. A visszavert fény információt szállít a felület alakjáról, színeiről illetve különböző jellemzőiről. A visszavert fény egy részét optikai eszközökkel leképezve jön létre a kép, melyet a képérzékelő eszköz érzékel, és pontról pontra letapogat.

Kamerák

Az 1960-as években, amikor a képfeldolgozó rendszerek dinamikus fejlődésnek indultak, a televíziós képfelvételi, átviteli és vételi rendszer már széles körben elterjedt, így kézenfekvően adódott a képfeldolgozó rendszerek bemeneti eszközeként az optoelektronikus TV-kamera.

A korai kamerákban nagy számba alkalmazott vidicon cső felépítése és képe

TV kamerák

A képet megfelelő optikával egy fényérzékeny félvezető rétegre képzik le. A fotoelektromos hatás következtében ebben az egyes képelemek fényességével arányos elektromos töltés keletkezik, amitől a fényérzékeny réteg mögötti tároló réteg - töltésmegosztás révén - feltöltődik, a képelemek világosságával arányosan. Ezt a töltésképet egy megfelelően vezérelt elektronsugár soronként letapogatja és a töltéskisülés hatására a tároló lemezhez csatlakozó ellenálláson a megvilágítással arányos feszültség jön létre. 

Ezt az (analóg) elektromos képjelet (egyszerű) videojelnek nevezik. Ehhez legtöbbször hozzákeverik a kép- és a sorszinkron jelet, így áll elő az összetett videojel. Az OIRT szabvány szerint a képet 625 sorra bontják (ebből azonban csak 576 látható, a többi a képváltás idejére esik), a vízszintes/függőleges képarány 4:3, így egy sor 768 képpontból áll. A képet két félképből (páros, ill. páratlan sorszámú sorok) fésűsen egyesítik (váltósoros (interlaced) letapogatás). A képváltási frekvencia 25 Hz, így egy kép felvételére 40 ms jut.

A fényérzékeny réteg fizikai tulajdonságainak változtatásával különböző kameratípusokat fejlesztettek ki.

A színes kamerákban az optika a képet piros (R), zöld (G) és kék (B) színösszetevőre bontva képzi le a megfelelő színsávra érzékeny félvezetőrétegre, ennek megfelelően a tároló rétegen is egyszerre 3 töltéskép keletkezik. A színes videojelet 3 együttfutó, de egymástól függetlenül vezérelt elektronsugárral állítják elő.

Színes kamera képe

A hőkamerák az infravörös sugárzási tartományra érzékenyített optikával és félvezetőréteggel rendelkeznek. Általában a 2-5 um, ill. a 10-12 um hullámhossztartományban működnek. A létező rendszerek egyik TV szabvánnyal sem kompatibilisek ezért a hő-videojel számítógépes feldolgozása nehézkesebb.

Infra- vagy hőkamera képe

Ezek a készülékek többnyire mágneses elektronsugár-eltérítéssel műkődnek. Hátrányuk, hogy érzékenyek a külső mágneses térre, a feszültségingadozásra, valamint az alkatrészeinek öregedése, mely jellemzők negatívan befolyásolják a képalkotó képességüket. Az ilyen eszközöket egyre inkább háttérbe szorítják a napjainkban szaporodó CCD (charge coupled devices) eszközök. 

CCD kamera

Ezek töltéscsatolt félvezetős érzékelővel működő készülékek, melyeknél az optikai úton leképzett kép szintén a töltésmennyiség változását okozza, de itt az analóg jelek kiolvasása az egyes képelemeknek megfelelő töltéscsomagok elektronikus léptetése útján jön létre, (nem úgy, mint a hagyományos eszközöknél, ahol a töltésképet megfelelően vezérelt elektronsugárral tapogatják le) és a pontról pontra változó töltés kisülésével arányos jelből videó jelet állítanak elő.

Szkennerek

A szkenerek érzékelője CCD vonalkamera. A letapogatás során vagy a kamerát vagy a tárgyat kiegészítő mechanizmussal kell mozgatni, az érzékelő sorra merőleges irányban. A DTP alkalmazások és az irodai archiváló rendszerek elterjedésének köszönhetően a szkennerek igen széles választéka kapható, az egyszerű kézi szkennerektől a lapadagolóval ellátott, nagyfelbontású gyors lapolvasókig, természetesen monokróm és színes változatban egyaránt.

Kézi és lapszkenner

A képérzékelő eszközök csoportosításai: 

1. Az eszköz feladata alapján: 

Síkban elhelyezkedő objektumok (iratok, fényképek) mintázatának, képének bevitelére szolgáló eszközök	Térben elhelyezkedő tárgyak képének digitalizálására szolgáló eszközök
digitális fényképezőgépek szkennerek	videokamera digitális kamera

2. Érzékelés elve alapján: 

Elektroncsöves képérzékelővel működő készülékek (mint például a vidicon, newvicon, stb. csöveken alapuló kamerák)	CCD érzékelővel működő eszközök
TV kamerák Video kamerák Színes kamerák Hőkamerák	CCD kamerák szkennerek digitális kamerák digitális fényképezőgépek

3. - Érzékelés párhuzamossága alapján: 

Egyetlen érzékelőt és kiegészítő letapogató mechanizmust tartalmazó eszközök	Vonali érzékelőt tartalmazó eszközök	Kétdimenziós érzékelőt tartalmazó eszközök
például a professzionális forgódobos szkennerek, vagy egyes műholdas képalkotó eszközök. Itt az érzékelő paramétereinek állandósága a teljes képalkotás folyamatában biztosított, vagyis nem kell kompenzálni az esetleges eltéréseket. Érzékelőként többek közt fotoelektron-sokszorozót alkalmaznak, mely nagy sávszélességgel, nagy érzékenységgel és jó dinamikával rendelkezik	melyek közé az optikai lapolvasókat sorolhatjuk. Ezeknél a készülékeknél egy-egy sor minden egyes pontjához külön érzékelő tartozik. Az egyes érzékelők a jelenlegi technikai szinten százalékos pontossággal azonos érzékenységűek, tökéletesebb azonosság a működtető programba épített kiegyenlítéssel oldható meg. A vonali érzékelőt kétdimenziós képalkotáshoz kiegészítő mechanizmussal kell ellátni, mely a vonalra merőlegesen való mozgatást biztosítja. Pl.: telefax.	CCD videokamerák, illetve a hagyományos, csöves kamerák. Itt a kép minden egyes pontjához külön érzékelő tartozik. A képalkotás egyidejű, de az egyes pontokhoz tartozó adatok kiolvasása sorban történik.

Interaktív eszközök

A képfeldolgozásban általában a vizuális ellenőrzés vagy kiértékelés befolyásolja a feldolgozás további menetét, ezért a kényelmes visszacsatolási lehetőséget nyújtó, interaktív eszközöknek fontos szerepük van. 

A billentyűzet (klaviatúra) a leggyakrabban használt interaktív eszköz, ezen keresztül lehet parancsokat és paramétereket megadni a programok vezérlésére. Gyakran találunk kiegészítő billentyűzetet, ill. egyes billentyűkhöz programból rendelnek megkülönböztetett funkciókat. (pl.: a grafikus kurzor mozgatására szolgáló gombok). Hátránya, hogy a kezelése elvonhatja a figyelmet a képmonitorról. Ezek helyett gyakran alkalmaznak pl.: botkormányt (joystick), pozícionáló golyót (track ball), stb.
Az egér mozgását egy golyó két, egymásra merőleges tengely körül forgó optikai cellára viszi át, amelyek minden fordulás alkalmával elemi impulzusokat generálnak. Ennek az információnak a segítségével a vezérlőprogram kiszámítja az interaktív kurzor relatív elmozdulását.
A digitalizáló táblák kölcsönösen egyértelmű megfeleltetést létesítenek a képmonitor és a tábla felülete között, s így közvetlenül vihetünk be grafikus adatokat.
A fényceruzával (light pen) a kezelő közvetlenül a képmonitoron keresztül teremthet kapcsolatot a rendszerrel. A kinézetre toll formájú eszköz nem ír a képernyőre, hanem leolvassa egy képpont koordinátáit.

Szoftver eszközök

A képfeldolgozási feladatoknak speciális hardver eszközökkel történő megoldásához természetesen speciális szoftver eszközökre is szükség van. A képfeldolgozás területén a szoftver kérdése meglehetősen problematikus. A probléma kettős:

- a képfeldolgozó programok kifejlesztéséhez magasan kvalifikált szakemberekre van szükség, mivel ez a munka jelentős matematikai ismereteket feltételez és jártasságot igényel a különböző háttértudományágakban,

- tovább nehezíti a helyzetet, hogy a futási idők csökkentése érdekében a programokat általában alacsony szintű nyelveken célszerű írni

Ez az oka annak, hogy bár számos képfeldolgozó programrendszer működik és létezik mégis az új eszközök megjelenésével általában új programokat kell fejleszteni. 

A szoftverek kialakításánál jelentős szerepet kapnak a felhasználási terület és a felhasználói igények. Nehezítik azonban a feladatokat, hogy a képfeldolgozásnak nincs kidolgozott általános elmélete, így a legtöbb feladat megoldására nincs egzakt algoritmus, vagy ha van csak hosszú futási idő mellett eredményez megfelelő megoldást.

A képfeldolgozó programrendszerek  kidolgozása során az alábbi összetevők megoldási módjai határozzák meg a szoftver végső formáját:

- a feldolgozási mód,
- a vezérlési mód,
- a képfile struktúra,
- be/kiviteli rutinok,
- alkalmazói programok,
- numerikus programkészlet.

Sok általános célú képfeldolgozó szoftver található a piacon, sok közülük speciális megoldási elemeket is tartalmazó funkcióval. Nehéz kiválasztani a meghatározott feladatra legmegfelelőbbet, de a számítástechnika fejlődésével egyre jobban fejlődnek ezek a rendszerek is és kialakulnak a képfeldolgozás multimédiás alapelemei, melyeket könnyedén lehet majd alkalmazni a feladataink során.