课程]3.2图像的扫描变换课件.ppt

1、3.2 图像的扫描变换图像的扫描变换 图像的表示法图像的表示法 根据三基色原理彩色图像由红、绿、蓝三个基色图像根据三基色原理彩色图像由红、绿、蓝三个基色图像叠加而成。对于彩色电视，每一个平面活动基色图像叠加而成。对于彩色电视，每一个平面活动基色图像都可以表示成空间坐标都可以表示成空间坐标x、y和时间和时间t 的三维连续函数。的三维连续函数。fR(x,y,t)fG(x,y,t)fB(x,y,t)对于黑白电视，平面活动图象只是亮度图像，表示为对于黑白电视，平面活动图象只是亮度图像，表示为fL(x,y,t)根据人眼对细节分辨力有限的视觉特性，可以把一幅平面图根据人眼对细节分辨力有限的视觉特性，可以把

2、一幅平面图像分解成许许多多小单元。这些组成画面的细小单元具有单像分解成许许多多小单元。这些组成画面的细小单元具有单一的亮度和色度，称为像素（一的亮度和色度，称为像素（pixel）。像素越小，单位面）。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就越清晰。积上的像素数目越多，图像就越清晰。根据人眼的视觉惰性可以把时间连续的景物分解成一幅幅时根据人眼的视觉惰性可以把时间连续的景物分解成一幅幅时间不连续的画面，只要画面的显示频率高于临界闪烁频率，间不连续的画面，只要画面的显示频率高于临界闪烁频率，就可以获得连续活动图像的感觉。就可以获得连续活动图像的感觉。fL(xm,yn,tk)三维图像信号三维图像信号

3、f(t)一维时间电信号一维时间电信号扫描扫描3.2.1 扫描方式与图像的分解力扫描方式与图像的分解力 扫描：扫描：1、扫描方式与图像的幅型、扫描方式与图像的幅型 常用的扫描方式常用的扫描方式1）机械扫描：飞点扫描）机械扫描：飞点扫描2）光束或电子束扫描（图像中应用最多）：）光束或电子束扫描（图像中应用最多）：随机扫描、光栅扫描、径向扫描、螺旋扫随机扫描、光栅扫描、径向扫描、螺旋扫描描 图像的幅型图像的幅型 图像的尺寸和几何形状不仅影响电子束的图像的尺寸和几何形状不仅影响电子束的扫描和偏转方式，而且还决定图像信号的扫描和偏转方式，而且还决定图像信号的频带和存储容量等重要参数频带和存储容量等重要参

4、数圆形屏幕：常采用径向或螺旋扫描圆形屏幕：常采用径向或螺旋扫描 矩形屏幕：直线型光栅扫描矩形屏幕：直线型光栅扫描人眼最清晰的视场范围：水平夹角约20度，垂直夹角15度的矩形区域常规电视系统确定电视屏幕为矩形，幅型比（W：H）为4：3，即K=4/3观看者与屏幕中心的距离D称为视距，一般以屏幕高度的46倍 HDTV（高清晰度电视）采用16：9 电视屏幕尺寸大小常用对角线的尺寸来衡量，习惯用英寸为单位2、光栅图像扫描的分解力、光栅图像扫描的分解力 一般采用单向匀速直线式扫描一般采用单向匀速直线式扫描 行扫描：对一幅图像的扫描是从左上角开始的，水平行扫描：对一幅图像的扫描是从左上角开始的，水平方向的扫

5、描称为行扫描方向的扫描称为行扫描正程：从左端到右端分解图像成为像素的过程正程：从左端到右端分解图像成为像素的过程逆程：快速返回下一行起始的过程逆程：快速返回下一行起始的过程 行扫描逆程系数 ：逆程所占行周期的比例，即一般18%左右行正程扫描所需时间称为行扫描正程时间用 表示vfHHTTrHTfrHHHTTT行逆程扫描所需时间称为行扫描逆程时间用 表示，而且fHT行扫描周期：来回扫描一次所需时间rHHTT 场扫描：垂直方向一行接着一行的扫描称为场扫描场扫描：垂直方向一行接着一行的扫描称为场扫描正程：从上到下的过程正程：从上到下的过程逆程：快速返回起点的过程逆程：快速返回起点的过程 fVTrVTf

6、rVVVTTT场扫描正程时间：场扫描正程时间：场扫描逆程时间：场扫描逆程时间：场扫描周期场扫描周期场扫描逆程系数 ：逆程所占行周期的比例，即 ，一般在8%左右rVVTT 逆程消隐：为了使图像清晰而均匀，在逆程期间不传送图像。在广播电视中所采取的措施是在逆程时间让扫描电子束截止，使之不显示图像，即消隐被消隐掉的扫描逆程不能分解图像 标称分解力：扫描的行数越多，分解成的像素数越多，景物的细节就显示得越清楚，即主观感觉的图像清晰度越高。可以用扫描行数Z来表示图像系统的标称分解力分解力分解力水平分解力水平分解力N垂直分解力垂直分解力M 1.垂直分解力图像垂直分解力系统沿图像垂直方向所能分解的像素（或黑

7、白相间的条纹数）。它受扫描行数Z限制，并小于扫描行数Z。因为在分解图像时并非每一行都有效通常用黑白相间的条纹数来描述，常称为线数垂直扫描中，有若干行作场逆程回扫 即：有效行数为：Z（1）（:场扫描逆程系数）扫描线的有效率问题(如图)考虑到被摄景物与摄像感光单元的垂直相对位置存在各种随机关系，垂直分解力取垂直分解力：Ke：凯尔系数(1)/2(1)zMzMKe(1)Z垂直分解力：MKeKi(1)Z如考虑隔行因子Ki的影响，则不同电视标准Ke取值不同，取Ke=0.7，Z=625,则垂直分解力为M=0.7（1-0.08）625=0.64 625=400(电视线)。图像水平分解力沿着图像水平方向所能分解

8、的像素数（或黑白相间的条纹数）。实验证明，水平分解力与垂直分解力相当时图像质量为最佳。当考虑幅型比K时水平分解力：NKMKKe(1)Z如考虑隔行因子：NKKeKi(1)Z 若：垂直分解力 M为400线，则：水平分解力 N=4/3400=533线 扫描行数的确定扫描行数的确定扫描行数扫描行数图像清晰度图像清晰度图像信号带宽图像信号带宽原则：满足人的视觉要求原则：满足人的视觉要求取取=1.5（人眼最小分辨角），（人眼最小分辨角），D/h=4（最佳视距与屏幕高（最佳视距与屏幕高度比），则度比），则Mmax=573，并取，并取 则最大扫描行数为：则最大扫描行数为：34383438 ()dhhdDDMM

9、maxmax5738190.70.7MZ屏幕高度分解力相邻两点距离常用水平一行像素数与有效行数的乘积表示系统的分解力或显示格式，并与存储量相对应。扫描行数Z根据应用要求计算，对常规广播电视全球只有525行和625 行3.2.2 逐行扫描与隔行扫描逐行扫描与隔行扫描 当行扫描电流与场扫描电流同时分别流过当行扫描电流与场扫描电流同时分别流过行、场偏转线圈时，电子束就在水平偏转行、场偏转线圈时，电子束就在水平偏转力与垂直偏转力的综合作用下匀速直线进力与垂直偏转力的综合作用下匀速直线进行扫描行扫描为获得有效的扫描光栅（稍微倾斜的直线光栅），电子束水平方向运动速度应远大于垂直方向的运动速度；即：fH f

10、V 1、逐行扫描、逐行扫描 逐行扫描：一行紧跟一行的扫描方式逐行扫描：一行紧跟一行的扫描方式 扫描光栅：电子束在屏幕上的扫描轨迹称为扫描扫描光栅：电子束在屏幕上的扫描轨迹称为扫描光栅光栅 逐行扫描光栅a.只有行扫描时只有行扫描时 b.只有场扫描时只有场扫描时d.消去行场逆程后的扫描光栅消去行场逆程后的扫描光栅 c.场正程扫描场正程扫描 逐行扫描电流波形：（a）行扫描锯齿波电流（b）场扫描锯齿波电流 帧频：帧频：fF 场频：场频：fV 行频：行频：fH=1/TH 设每场扫描行数为Z，则：TVZTH fHZfV fV=fF 即场周期是行周期的整数倍。扫描行数越多，图像越清晰。逐行扫描方式中，每场的

11、光栅都应互相重叠 考虑电源波纹对扫描电路的影响，场频选用工频50Hz/60Hz 逐行扫描优点：相邻两行上的像素之间间隔时间短，不存在行间闪烁现象缺点：具有行频高而且所需要的偏转功率大，产生的视频信号的频带较宽 逐行扫描行场扫描关系2、隔行扫描、隔行扫描 隔行扫描：将一帧图像用数场扫描完成，也称图隔行扫描：将一帧图像用数场扫描完成，也称图像的行间置。较为典型的是用两场，即像的行间置。较为典型的是用两场，即 活动图像活动图像25帧帧/秒秒=50场场/秒秒临界闪烁频率临界闪烁频率=48Hz奇数行扫描（奇数场）奇数行扫描（奇数场）偶数行扫描（偶数场）偶数行扫描（偶数场）一帧图象分两次扫描一帧图象分两次

12、扫描2VHZTT2HVZff12FVff 即有 ，隔行的行频、帧频和视频信号带宽均为逐行的一半 隔行扫描光栅分析隔行扫描光栅及扫描电流波形图隔行扫描重现图像示意图隔行扫描重现图像示意图（1）每帧起点相同要求每帧必须为整数行，保证各帧扫描光栅重叠（2）相邻奇偶两场光栅均匀镶嵌，且各场扫描锯齿波波形一样 要求每场存在半行，即每帧必须为奇数行Z=2n+1 行频与场频关系：122122HVfZnnf 我国电视扫描标准：隔行扫描，每帧625行，每帧两场，每场312.5行帧频：fF=25Hz场频：fv=50Hz 场周期：Tv=20ms(Tvf=18.4ms，Tvr=1.6ms)行频：fH=25(帧)625

13、(行)=15625Hz行周期：TH=64s (THf=52s，THr=12s)隔行扫描的缺点隔行扫描的缺点（1 1）行间闪烁效应）行间闪烁效应 在隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，它高于在隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而没有大面积闪烁感。但就每行而言，它临界闪烁频率因而没有大面积闪烁感。但就每行而言，它仍是按帧频重复的，即每秒重复仍是按帧频重复的，即每秒重复25次，这是低于临界闪烁次，这是低于临界闪烁频率的。所以，当我们观看比较亮的细节时，仍会感觉到频率的。所以，当我们观看比较亮的细节时，仍会感觉到行间闪烁行间闪烁（2 2）并行现象并行现象 a.真实并行

14、真实并行奇偶光栅不能均匀交错引起真实并行现象奇偶光栅不能均匀交错引起真实并行现象 b.视在并行视在并行如传送图象中的运动物体在垂直方向上有足够大的速度分如传送图象中的运动物体在垂直方向上有足够大的速度分量，且每经一场时间运动物体刚好下移一行距离，则后一量，且每经一场时间运动物体刚好下移一行距离，则后一场传送的细节与前一场相同。所以当视线随运动物体移动场传送的细节与前一场相同。所以当视线随运动物体移动时，看起来好象两行变成一行。时，看起来好象两行变成一行。视在并行视在并行（3 3）运动图像在水平和垂直方向上的拖尾）运动图像在水平和垂直方向上的拖尾3.2.3 扫描的同步扫描的同步 同步：指接收端与

15、发送端的扫描点应有一同步：指接收端与发送端的扫描点应有一一对应的几何位置，即收、发对应像素应一对应的几何位置，即收、发对应像素应在同一时刻被扫描。实际上只要扫描频率在同一时刻被扫描。实际上只要扫描频率相同、起始相位相同相同、起始相位相同，接收端就可以重现，接收端就可以重现发送端图像，并认为已是同步的发送端图像，并认为已是同步的 为了实现同步扫描，发送端每当扫描完一行图像时加入一个行同步脉冲；每当扫描完一场时加入一个场同步脉冲。同步信号控制扫描频率和相位的脉冲信号。行同步行同步场同步场同步脉宽脉宽4.72.5个行周期个行周期复合同步信号复合同步信号分离行同步脉冲与场同步脉冲：分离行同步脉冲与场同

16、步脉冲：微分与积分方法微分与积分方法 行、场同步分离波形 开槽脉冲为解决在场同步期间，行同步失落而造成的行不同步的问题，在场同步脉冲中开槽，对应每行的位置开一个槽，槽宽为：4.7s。即场同步期间传送行同步信息 均衡脉冲问题：由于奇偶相邻两场的两个场同步脉冲内的开槽及两个场同步脉冲前后的行同步脉冲都相差半行，从而造成积分后积分电容上的起始电压不等，使奇偶相邻两场的积分波形不同。造成：经同一电平限幅后使相邻两场的同步脉冲起始点之间相差t，这样相邻两场扫描起始位置不同，影响了隔行扫描的准确性。开槽场同步脉冲与均衡脉冲即均衡脉冲是为了消除场同步的时间差，宽度为2.35s 3.2.4 扫描的非线性和光栅的几何失真扫描的非线性和光栅的几何失真非线性失真系数10%时，不感到有严重失真非线性失真系数5%时，感觉不到有非线性失真maxminHmaxmindd100%dd/2maxminmaxmin100%/2Vhhhh 几何失真：由于偏转系统或者杂散磁场等因素引起的图像几何畸变枕型畸变枕型畸变桶型畸变桶型畸变QQGGgVGDGgHQDQ常用几何畸变系数表示光栅几何失真的程度，一般要求3%gD