视觉与图像

2.图像及其主要技术参数
图像及点阵图像 人类视觉系统感知的信息形式——图像 点阵图像：
灰度
像素：点阵图像中的每个点。像素越多，图像越清晰。 灰度：每个像素的明亮程度。一般用一个整数值来表示， 其值越大表示该像素越亮。 灰度级：将灰度由暗到明分成不同的等级。灰度等级越 多，图像越逼真。
灰度直方图
一、直方图概念： 灰度直方图是灰度值的函数，描述的是一幅图像中各种灰度 值的像素个数。其横坐标是像素的灰度值（一般为0到255）， 纵坐标是图像中具有该灰度值的像素个数。
1
1 6 2 4 3 3 4 5 2 2 6 1 象 素 个 数 5
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4
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6
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1
3 1
6
4 4
6
5 6
4 6
阴 罩 板 孔
屏 幕 像 素 点
1600X1200
1280X1024 800X600
彩色电视制式
NTSC彩色电视制的主要特性是： (1) 525行/帧, 30帧/秒 (2) 高宽比：电视画面的长宽比为4:3 (3) 隔行扫描，一帧分成2场(field)，262.5线/场 (4) 在每场的开始部分保留20扫描线作为控制信 息，因此只有485条线的可视数据。 (5) 每行63.5微秒，水平回扫时间10微秒(包含5 微秒的水平同步脉冲)，所以显示时间是53.5微 秒 (6) 颜色模型：YIQ (7)美国、加拿大等大部分西半球国家，及日本、 韩国、菲律宾和中国的台湾采用这种制式。
动态图像
视觉暂留形成动态 1/20~1/10秒 动态图像特性
时间连续，实时 数据量大，帧与帧相关
技术参数
帧速：每秒24~30帧，如：视频 图像质量：压缩后质量下降 数据量：压缩、减低帧速、缩小画面尺寸
图象文件的存储格式
BMP位图格式
最典型的应用是Windows的画笔。 应用广泛， 缺点：无损压缩，占用磁盘空间较大，多应用在单 机上，不受网络欢迎。
TIFF格式（Tagged Image Format File）
是一种独立于操作系统和文件系统的格式 被所有绘画、图象编辑和页面排版程序所支持 几乎所有桌面扫描仪都可以生成 TIFF 图象
视觉媒体常见文件格式
图形图像
图像：GIF,BMP,JPG/JPEG 图形：3DS,DXF,PNG
彩色电视制式
倒相正交平衡调幅制PAL制式电视信号的特性： (1) 625行(扫描线)/帧，25帧/秒(40 ms/帧) (2) 每场中有25行作为场回扫，所以每帧中只有 575行是有效行。 (3) 高宽比(aspect ratio)：4:3 (4) 隔行扫描，2场/帧，312.5行/场 (5) 颜色模型：YUV (6) 西欧、中国和朝鲜等国家采用这种制式。
不同灰度级的图象质量
256级灰度图像
不同像素个数的图象质量
图像的像素越多，相同大小的图像的分辨率也 就越高，即图像越清晰。
彩色图象RGB（red-green-blue）形式
图象的对比度
指一幅图象中灰度反差的大小。对比度越大，图像 明暗越分明，图像就越清晰。
对比度＝图像中的最大亮度/最小亮度
GIF格式
Graphics Interchange Format的缩写， 最多存储256色， 是经过压缩的格式，磁盘空间占用较少， 一个GIF文件可以存放多幅图像，在Internet上广 泛地应用。
JPEG格式
Joint Photographic Experts Group的缩写 是对静止灰度或彩色图像的一种压缩标准， 使用有损压缩方式时,可节省大量的空间 Internet上广泛应用
视觉、图像与显示 1. 视觉的特性
视觉是人类最丰富的信息来源
可见光的波长范围为380nm～780nm，大多 数自然光都是由不同波长的光组合而成。红 橙 黄 绿 青 蓝 紫，波长减小。 三基色原理(RGB)
视觉系统对颜色的感知
可见光的波长范围为380nm～780nm，大多 数自然光都是由不同波长的光组合而成。 人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不 同的三种锥体细胞，另外还有一种在光功率 极端低的条件下才起作用的杆状体细胞，因 此颜色只存在于眼睛和大脑中。颜色是视觉 系统对可见光的感知结果。 红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的 感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不 同，因此不同组成成分的可见光就呈现出不 同的颜色。
动画
SWF FLC GIF
视频
AVI MOV MPEG RM
图片对照比较：
宽度：271 高度：300 颜色：2 大小：9.9 KB
宽度：271 高度：300 颜色：4 大小：19.8 KB
图片对照比较：
宽度：271 高度：300 颜色：256 大小：79.4 KB
像素深度：指存储每个像素所用的二进制位数。 单位：bpp(bits per pixel)
1bpp：黑、白——二值图像 16bpp：增强色，R,G,B各取5bpp 24bpp：真彩色，R,G,B各取8bpp
图像的数据量：存储图像时所需的字节数
计算公式：B=(h×w ×c)/8
行频
• 场频85HZ时 1024X768，行频＝768X85X1.06＝69KHZ 1280X1024，行频＝1024X85X1.06＝92KHZ • 行频高，显示器负担大，加快其老化
场频
• • • • 60HZ时闪烁，高于85HZ时无闪烁 最大分辨率一般指场频60HZ下的分辨率 640X480@85HZ没问题，但1600X1200@85HZ难 场频越高，图像稳定性越好
6 6 6 2
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6 3
1
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6
4 6
6
图像灰度分布直方图
灰度值
灰度值0——黑色 、灰度值255——白色 多个峰值对应不同的灰度分布： 图像中较暗区域，对应灰度直方图中灰度级低的部分 图像中较亮区域，对应灰度直方图灰度级高的部分 在低灰度级别和高灰度级别处出现明显的两个峰值说明图像 明暗分明
h：垂直像素数 w：水平像素数 c：像素深度
例：一幅图像的像素个数为：640 ×480 ，每个像素的深 度为：24bpp，则该图像存储时的数据量为 921600 Byte.
调色板：颜色查找表
24bpp，16M种颜色覆盖人眼能区分的色彩 24bpp图像空间大 人眼不能同时区分16M种颜色 降低颜色深度，8bpp,16bpp，但不够表示16M种颜色 建立颜色查找表，每种颜色一个序号，调色板
与显示器尺寸有关
• 显示器最大最佳像素点＝有效尺寸/(点距X0.87) • 17英寸显示器，点距0.28mm
– 水平有效尺寸320mm/(0.28X0.87)=1314点 – 垂直有效尺寸240mm/(0.28X0.87)=985点 – 最佳分辨率1280X1024，太高并不好
• 分辨率增大，图像、文字变小，增加眼睛负担
宽度：271 高度：300 颜色：真彩色 大小：238.2 KB
显示
CRT显示器的工作原理——阴极射线管显示器
组成：显像管、电路板、机壳 显像管：电子枪、阴罩板（阴栅板）、荧光粉
阴罩式显像管——SONY
• 荧光屏：涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三 原色荧光粉点，相邻的呈三角形排列的三原色荧光粉 点组成一组，形成一个彩色像素。由于点之间距离太 小人眼分辨不出单个地点，看成一个点——像素。 • 阴罩：荧光屏与电子枪之间的薄板，上有上百万个小 圆孔—阴罩孔，每个小孔对应荧光屏上一个彩色像素。 • 电子枪：产生三束电子束，每条电子束受显卡的RGB 视频信号的电压控制，三条电子束通过同一阴罩孔轰 击对应的一个彩色像素中红、绿、蓝三原色荧光粉点。 • 点距：将距离最近的三原色荧光点用直线链接起来， 得到一个正三角形，其边长为点距。
• 单位时间内电子束扫描屏幕的行数。
扫描方式
• 逐行扫描
带宽：显示器频率响应范围
• 带宽＝(分辨率X场频)/过扫描系数(约0.7)
质量认证
• TCO：瑞典制订，高品质 TCO92,95,99 • CE：欧盟安全认证 • CCEE：中国电工产品 安全认证
影响分辨率因素
点距
• 阴罩板上的孔越多组成画面的点越多，画面越清晰
高清晰度电视
原则上讲，HDTV是由它所能提供的画面质量定义的。 分辨率:HDTV画面水平和垂直的像素目都差不多是常 规系统的2倍。垂直方向的高清晰度是由1 000多行的 扫描线获得的。大约为传统5倍的视频带宽使灰度层次 更加丰富，再加上有一些带宽用于单独传输色彩值， 使得总带宽就是现有彩色电视系统的5～8倍。 宽高比:HDTV画面的指定宽高比为16:9=1.777。 采用高清晰显像管，点节距（即荧光点的大小）应小 于０· ７毫米； 观看距离:由于人眼分辨细节的能力是有限的，所以观 看细节更丰富的HDTV画面，观看距离要更近一些。
0.28 mm 点距示意图
0.24 水平点距
0.14
阴罩板
荧光屏
电子枪
电子枪的扫描方式
逐行扫描 (non-interlaced scanning)
隔行扫描 (interlaced scanning)
行频、场频、帧频
显示器的主要技术指标
点距 分辨率：水平方向和垂直方向像素个数的乘积 场频：垂直扫描频率，单位时间刷新屏幕的次数 行频：水平扫描频率
所以，在处理
图像之前，可
以根据灰度直
图像偏暗 方图来选取处 理手段
图像偏亮
图像对比度的动态范围小
图像对比度的动态范围适中
相关的主要技术参数

分辨率：
显示屏分辨率：指显示屏上能够显示出的像素个数。 若在单位面积的显示屏上能够显示出的像素越多，说明 该显示屏的分辨率就越高，显示的图像质量也就越高。 （如：640×480，1024 × 768） 图像分辨率：指组成一副图像的像素密度，一般用单位 长度上包含像素的个数来衡量。常用单位为DPI（dots per inch），即每英寸长度上包含多少个像素。 像素分辨率：一个像素的长、宽比。即像素的大小。
视觉的时间域响应特性
让观察者观察按时间重复的亮度脉冲，如果闪 烁频率比较低，人眼就有一亮一暗的感觉。如 果闪烁频率足够高，人眼看到的则是一个恒定 的亮点。闪烁感刚好消失的重复频率叫做临界 闪烁频率，经测定为46HZ。 电影播放过程中，每秒投射24幅画面，每幅画 面投射过程中用机械挡光阀遮挡一次，这样就 得到了48HZ的闪烁频率。 视觉的暂留性：眼睛的响应速度1/20~1/10秒 要保持画面中物体运动的连续性，要求每秒钟 摄取的画面数约为24帧~30帧左右。
数字电视
数字电视比原来的模拟电视，有以下优点: 高清晰度的电视画面：可以可与DVD相媲美（最 低：1280×720，最高：1920×1080）。 优质的音响效果：伴音可以达到CD质量。 丰富的节目内容，有线网的带宽利用率更高。 抗干扰功能力强，画面更稳定。 扩展功能多：机顶盒除了一些基本功能外，还有许 多扩展功能如上网、点播、股票查询、在线交易、 远程教育等。
视觉系统对颜色的感知
视觉系统对颜色和亮度的响应特性曲线 （各个波长的光的强度相等）
视觉系统对颜色的感知
上面的颜色响应曲线表明，人类眼睛对 蓝光的灵敏度远远低于对红光和绿光的 灵敏度。 亮度响应曲线表明人眼对波长为550nm 左右的黄绿色最为敏感。
视觉特性
颜色的三要素： 色调：反映颜色的类别 饱和度：反映颜色的深浅或纯度，越深越鲜艳。 亮度：是光作用于人眼时引起的明亮程度的 感觉，红光最暗，黄绿光最亮。 人眼对亮度比对颜色敏感。 大量试验表明，人的眼睛能分辨128种不同的色调 ，10－30种不同的饱和度，而对亮度非常敏感。 人眼大约可以分辨35万种颜色。
Байду номын сангаас字电视
数字电视的定义： 数字电视（DTV），是指从电视节目采集、录 制、播出到发射、接收全部采用数字编码与数 字传输技术的新一代电视技术。它可以划分为 3大部分：信源部分（发送端）、信道部分 （传输/存储过程）和信宿部分（接收端）。
数字电视
数字电视分类 数字电视系统业务可以按照其活动的图像比特 率的大小，粗略划分为标准清晰度数字电 视 （SDTV）和高清晰度数字电视（HDTV）。 SDTV和HDTV的数字电视业务都可以应用于 不同的 领域和场合，以满足广大消费者多层次 的需要。它们两者将长期共存。