人眼视觉原理课件.ppt

1、n 图像与视频信号处理无所不在图像与视频信号处理无所不在普通相机视场：普通相机视场：505035350 0人眼视场：人眼视场：2002001351350 0全景拼接全景拼接（Panoramic MosaicPanoramic Mosaic）：3603601801800 0310-5cd/m23cd/m23105cd/m2暗视觉暗视觉明视觉明视觉中介视觉中介视觉constCLb22 图 2-4 阈值对比度随背景亮度的变化 bbtL-LLC 明视觉 暗视觉 灵敏度：以量子阈值表示时，最小可探测的视觉刺激是58145个蓝绿光(波长为0.51m)的光子轰击角膜引起的，据估算，这一刺激只有514个光子实

2、际到达并作用于视网膜上。分辨力：对比度：图案不同，对对比度的要求也不同（如点与点：26；方波条纹之间：3）信噪比：人眼观察物体需要排出干扰，如果干扰太大将影响到人眼的观察效果。图案不同，人眼对信噪比的要求不同（如方波图案：11.5左右；余弦图案：33.5左右）10-6lx10-5lx10-4lx10-3lx次声波声波无线电波微波红外线红色光紫色光紫外线X射线可见光可见光频率范围：红 橙 黄 绿 兰 紫 4.3X1014Hz-7.5X1014能量E频率红紫白色光某主频光纯度 依赖于Ed与Ew差别Ew=0 纯度100%Ed=Ew 纯度0EwEd红紫bBgGrRC实验发现，很多颜色的光无法用RGB三

3、种原色组合获得。例如，500nm颜色=G+B-RRGB彩色监视器无法获得ZYXZzZYXYyZYXXxzyxzZyYxXC1 X=0.4902R+0.3099G+0.1999B Y=0.1770R+0.8123G+0.0107B Z=0.0000R+0.0101G+0.9899B x,y,z：色系数bBgGrRCbBgGrRC0.80.70.10.20.7BGRYMC111YMCBGR1115.HSI颜色模型 面向视觉感知的颜色模型 HSI(色调hue、饱和度saturation、亮度intensity）两个特点：I分量与图像的彩色信息无关 H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的 将亮度(I

4、)与色调（H）和饱和度（S）分开，避 免颜色受到光照明暗(I)等条件的干扰,仅仅分 析反映色彩本质的色调和饱和度 广泛用于计算机视觉、图像检索和视频检索按信号组成和存储方式的不同：按信号组成和存储方式的不同：模拟视频：是由连续的模拟信号组成的图像序模拟视频：是由连续的模拟信号组成的图像序列，像电影、电视和录像的画面；列，像电影、电视和录像的画面；数字视频：是一系列连续的数字图像序列；数字视频：是一系列连续的数字图像序列；帧：一段视频中的每一幅图像称为一帧；帧：一段视频中的每一幅图像称为一帧；根据视觉暂留原理，要使人的视觉产生连续的动根据视觉暂留原理，要使人的视觉产生连续的动态感觉，每秒钟图像的

5、播放帧数要在态感觉，每秒钟图像的播放帧数要在24243030（帧频）（帧频）;帧频：每秒播放的帧数帧频：每秒播放的帧数低通滤波器容许低频信号通过低通滤波器容许低频信号通过,减弱减弱(或减少或减少)频率高于截频率高于截止频率的信号的通过。止频率的信号的通过。tt幅幅度度 取样频率至少是模拟取样频率至少是模拟信号最高频率的两倍。信号最高频率的两倍。一般选在一般选在2.52.5倍左右。倍左右。tt幅度2 2比特码比特码 8 8比特码比特码（4 4个）个）（256256个）个）11 11 1000101110001011 10 10 1000101010001010 01 01 10001001100

6、01001 00 00 1000100010001000以上是分别用以上是分别用2 2和和8 8比特码量化的电平。比特码量化的电平。根据取样的量化电平数，确定量化比特码根据取样的量化电平数，确定量化比特码数。数。将图像分成栅状，每个小格子代表像素，将图像分成栅状，每个小格子代表像素，且位置确定。且位置确定。FlashFlash变换器对每个像素变换器对每个像素取样，量化、编码后，将这些数据存储取样，量化、编码后，将这些数据存储到存储器中。到存储器中。计算机技术中，一个字节可以表示计算机技术中，一个字节可以表示02550255范围内的值，但作为视频信号幅范围内的值，但作为视频信号幅度，只能在度，只

7、能在0100 IRE0100 IRE单位之间。单位之间。注：注：IREIRE是视频测量中的单位，广播级视频电平规定了任何视频信号在播放时是视频测量中的单位，广播级视频电平规定了任何视频信号在播放时的亮度电平都不能超过的亮度电平都不能超过100 IRE100 IRE。n 视频质量通常用线分辨率来度量；视频质量通常用线分辨率来度量；n 本质上是表示在显示器上可以显示多少不同的黑本质上是表示在显示器上可以显示多少不同的黑白垂直线；白垂直线；o 增强清晰度视频通常定义为增强清晰度视频通常定义为480480或或576576的逐行的逐行有效扫描线的视频，分别称为有效扫描线的视频，分别称为“480p”480

8、p”和和“576p”576p”；o 固定像素（非固定像素（非CRTCRT）、具有）、具有4 4：3 3宽高比的消宽高比的消费类显示器通过转换后，对应于费类显示器通过转换后，对应于720720480p480p或或720720576p576p的有效分辨率；的有效分辨率；o 对于对于1616：9 9的宽高比，转换后的有效分辨率的宽高比，转换后的有效分辨率对应于对应于960960480p480p或或960960576p576p。o 高清晰度视频通常定义为具有高清晰度视频通常定义为具有720720逐行逐行（720p720p）或）或10801080隔行（隔行（1080i1080i）有效扫描线的）有效扫描线

9、的视频；视频；o 固定像素（非固定像素（非CRTCRT）、具有）、具有1616：9 9宽高比的消宽高比的消费类显示器通过转换后的有效分辨率对应于费类显示器通过转换后的有效分辨率对应于12801280720p720p或或12801280 1080i 1080i；在隔行扫描方式中，电子束扫完第在隔行扫描方式中，电子束扫完第1 1行后从第行后从第3 3行开始扫，接着行开始扫，接着扫第扫第5 5行，行，7 7行、行、,一直扫到最后一行的中间。奇数行扫完后以同一直扫到最后一行的中间。奇数行扫完后以同样的方式扫描偶数行，这样就完成了一帧的扫描。由此可见，隔行样的方式扫描偶数行，这样就完成了一帧的扫描。由此

10、可见，隔行扫描的一帧图像是由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称扫描的一帧图像是由两部分组成：一部分是由奇数行组成，称奇数奇数场场，另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。，另一部分是由偶数行组成，称为偶数场，两场合起来组成一帧。因此在隔行扫描中，无论是摄像机还是显示器，获取或显示一幅图因此在隔行扫描中，无论是摄像机还是显示器，获取或显示一幅图像都要扫描两遍才得到一幅完整的图像。像都要扫描两遍才得到一幅完整的图像。逐行扫描逐行扫描隔行扫描隔行扫描 在逐行扫描方式中，电子束在逐行扫描方式中，电子束从显示屏的左上角一行接一行地从显示屏的左上角一行接一行地扫到右下角，在显示屏上扫一遍

11、扫到右下角，在显示屏上扫一遍就显示一幅完整的图像。就显示一幅完整的图像。1.1.逐行扫描逐行扫描2.2.隔行扫描隔行扫描 复合视频信号，定义为包括亮度和色度的单路模拟信号，也即从全电视信号中分离出伴音后的视频信号，这时的色度信号还是间插在亮度信号的高端。由于复合视频接口的传输仍然是一种亮度色度混合的视频信号，仍然需要显示设备对其进行亮/色分离和色度解码才能成像，这种先混合再分离的过程必然会造成色彩信号的损失，色度信号和亮度信号也会有很大的机会相互干扰从而影响最终输出的图像质量。复合视频信号接口又称复合视频信号接口又称为为AVAV端子或端子或VideoVideo端子端子莲花线莲花线采样格式采样格

12、式信号形式信号形式采样频率采样频率样本数样本数/扫描行扫描行数字信号取值数字信号取值(MHz)NTSCPAL范围范围(A/D)(A/D)Y13.5858(720)864(720)220级(16 235)4:2:2Cr6.75429(360)432(360)225级(16 240)Cb6.75429(360)432(360)(128 112)Y13.5858(720)864(720)220级(16 235)4:4:4Cr13.5858(720)864(720)225级(16 240)Cb13.5858(720)864(720)(128 112)CIF CIF QCIFQCIFSQCIFSQCIF

13、行数行数/帧帧像素像素/行行行数行数/帧帧像素像素/行行行数行数/帧帧像素像素/行行亮度亮度(Y)(Y)288288360(352)360(352)144144180(176)180(176)9696128128色度色度(Cb)(Cb)144144180(176)180(176)727290(88)90(88)48486464色度色度(Cr)(Cr)144144180(176)180(176)727290(88)90(88)48486464尺寸尺寸 简称简称全写全写尺寸比例尺寸比例128 x 96128 x 96subQCIFsubQCIF 4:34:3176 X 144176 X 144QC

14、IFQCIF 11:911:9320 x 240320 x 240Quarter-VGAQuarter-VGA 4:34:3352 x 288352 x 288CIFCIF 11:911:9640 x 480640 x 480VGAVGAVideo-Graphics-ArrayVideo-Graphics-Array4:34:3800 x 600800 x 600SVGASVGASuper-Video-Graphics-Super-Video-Graphics-ArrayArray4:34:31024 x 7681024 x 768XGAXGAeXtended-VGAeXtended-VGA4

15、:34:31280 x 7681280 x 768XGA-WXGA-W 15:915:91280 x 9601280 x 960QVGAQVGAQuad-VGAQuad-VGA4:34:31280 x 10241280 x 1024SXGASXGASuper-eXtended-VGASuper-eXtended-VGA5:45:41400 x 10501400 x 1050SXGA+SXGA+Super-eXtended-VGA-pluSuper-eXtended-VGA-plu4:34:31600 x 12001600 x 1200UGAUGAUltra-VGAUltra-VGA4:34:3

16、1920 x 10801920 x 1080HDTVHDTVHigh-Definition-TVHigh-Definition-TV16:916:91900 x 12001900 x 1200UXGAUXGAUltra-eXtended-VGAUltra-eXtended-VGA19:1219:122048 x 15362048 x 1536QXGAQXGAQuad-eXtended-VGAQuad-eXtended-VGA4:34:32560 x 20482560 x 2048QSXGAQSXGAQuad-Super-eXtended-VGAQuad-Super-eXtended-VGA5:

17、45:43200 x 24003200 x 2400QUXGAQUXGAQuad-Ultra-eXtended-VGAQuad-Ultra-eXtended-VGA4:34:3 数字电视发展规划数字电视发展规划1 1、亮度与色度分开处理，没有串扰。、亮度与色度分开处理，没有串扰。2 2、数字信号便于处理和存储。、数字信号便于处理和存储。3 3、数字信号抗干扰能力强。、数字信号抗干扰能力强。4 4、数字信号便于加密，加扰。、数字信号便于加密，加扰。20052005年年 直辖市、部分发达省市完成数字化过渡直辖市、部分发达省市完成数字化过渡20082008年年 中、西部地区部分省市完成数字化过渡中、西部地区部分省市完成数字化过渡20102010年年 全国大部分地区完成数字化过渡全国大部分地区完成数字化过渡20152015年年 除极少数地区外，停止模拟电视播出除极少数地区外，停止模拟电视播出VGAVGA接口（接口（D-SubD-Sub接口）：模拟接口，早期电脑显接口）：模拟接口，早期电脑显示器上最主要的接口，从块头巨大的示器上最主要的接口，从块头巨大的CRTCRT显示器时显示器时代开始，代开始，VGAVGA接口就被使用，并且一直沿用至今。接口就被使用，并且一直沿用至今。传统的联接方法传统的联接方法用用HDMIHDMI联接联接