第二章数字图像处理系统介绍
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眼的视觉暂留特性，将逐行扫描改为隔行扫描(Interleaved Scan)
13MHz
6.5MHz
14
北京大学遥感所
扫描行数必须是奇数 一帧周期1/25秒 一帧包括两场
图2.6 隔行扫描示意图
15
北京大学遥感所
4。视频信号的组成
白 电 平
黑电平
消隐电平
行消隐期 18%T
T
场消隐期 图像信号
行同步电平
场同步电平
图2.7 视频信号以及行、场同步信号
不同制式的电视标准具有不同的帧频、场频和行频
16
北京大学遥感所
§2.2.2 彩色电视摄像机
一、彩色图像信号的形成
三基色：红R、绿G、蓝B 分别用[R]，[G]，[B]表示
彩色摄像机是色彩分光设备，将光分解为红绿蓝，光电转换后为不同比 例的三种电信号：ER、 EG、 EB
EU=EB –EY EV=ER -EY
由此三个信号可推出： EG -EY = -0.51（ER – ERY） -0.19 （EB –EY）
彩色摄像机分为三种
三管式 单管式
两管式
17
北京大学遥感所
a 三管式彩色摄像机
反绿膜
G
R
B
反蓝膜
图2.8 三管式彩色摄像机原理图
a 单管式彩色摄像机——比三管或双管结构简单、体积小、成本低 随R、G、B分离方式（时间）的不同而种类各异 条纹滤 色片
a 双管式彩色摄像机——比单管分辨率高
二、色的三要素和色度图
■图像采集设备：摄像机、数码相机、扫描仪和数字图像采集卡
■计算机处理系统：PC机 ■显示和输出设备：打印机、绘图仪
真彩色图像采集卡
4
北京大学遥感所
§2.2 电视摄像机
➢ §2.2.1 黑白电视摄像机 ➢ §2.2.2 彩色电视摄像机
5
北京大学遥感所
§2.2.1 黑白电视摄像机
一、图像信号的产生
光电靶
北京大学遥感所
%三基色混合出的任一种色彩的国际标准 （CIE－国际照明协会（1931年制定））
NTSC制式： R: x=0.670, G: x=0.214, B: x=0.140,
PAL制式: R: x=0.640, G: x=0.290, B: x=0.150,
y=0.323 y=0.710 y=0.084
三要素： ■ 色调（Hue） ：表明颜色的种类
取决于主波长 120种
■ 饱和度（Saturation） ：表示颜色浓淡程度的物理量 比较同一色 调的两种光，饱和度愈大，则颜色显示愈深（浓）
■ 亮度（Intensity） ：表示人眼所感觉到的颜色明暗程度的物理量 主观亮度与波长有关
主要是色调和饱和度
19
12
北京大学遥感所
2。图像的空间分辨率
电视图像显示频率（图像的活动分辨率） 视觉暂留（16幅/秒）
PAL制式：
帧频 f=50Hz
NTSC制式(彩色)：帧频 f=60Hz
每秒50幅画面 每秒60幅画面
13
北京大学遥感所
3。图像信号的频带
图像信号的频率就是指图像信号的变化的快慢，即亮度变化的快慢
a 估算图像信号的最高频率fmax
y=0.330 y=0.600 y=0.060
Q 使用方法：确定彩色显象管 中的R、G、B所在位置，三 点连成三角形，为所有可以 显示的颜色。
图2.9 马蹄形色度图 （Chromaticity Diagram）
20
北京大学遥感所
三、彩色信号的传输
1。三基色RGB与亮度Y的关系
白色（亮度）如果用相应的电信号表示，其数学表达式为： EY=(1× ER)+(1 × EG)+(1 × EB)
a：观察者距离电视屏的距离
：人眼的极限分辨率 ：观察者对整个画面的视角
当=1’时,那么人眼正好看到s高度时： tg(/2)= (s/2)/a /2 tg(/2)=(h/2)/a
取观察距离： a 5.5h,则近似取为10o Z ＝h/ S / = 600行
设宽高比： b/h=4/3
则画面最少象素总数： N = Z2 ·b/h = 4.8105
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北京大学遥感所
%国际标准规定的电视制式
PAL（Phase Alternating Line）制式
中国
电视画面扫描行数为625行
NTSC （National Television System Committee）制式
美国、日本 电视画面扫描行数为525行
行相位交替制式 平衡正交调制制式
最终存储在计算机中的总像素数由图像卡决定
其中，ER、 EG、 EB表示相应的电信号 EY是眼视觉白色亮度信号
EY=(0.3× ER)+(0.59 × EG)+(0.11 × EB)
上式为三基色与亮度之间的关系式
人的视觉对其颜色敏感程度的差异，等量的混合不能得到白色，故其混合比例要调整
21
北京大学遥感所
2。彩色信号传输的信号量
三个信号：
Ey---黑白接受机需要的亮度信号 将R、G、B信号换成色差信号
图像信号
阴
A
极
RL
64
+E
等效电路
二、电视图像信号的相关参数
1。摄像机的扫描行数
——决定图像的分辨率
图2.4 对角线方向出现的阶梯轮廓
在显示器上显示的效果仍然是模拟量
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北京大学遥感所
b
hZ a
h/z=S S
图2.5 画面最少象素的估算
h：图像画面的高度 Z：摄像 机的扫描行数 S：象素正方 形的边长
偏转磁场
聚焦极 电子枪 阴极
控制极
输出 R
加速极
图2.2 光电管式摄像管结构图
6
北京大学遥感所
A
B
C
N
A
图2.3 电子束的扫描方式
B
A
N
wk.baidu.com
B
行扫描正程
C
行扫描逆程
N
帧扫描正程
A
帧扫描逆程
主要组成部分及原理
电子束
加速阳极 聚焦极
光电转换
1 2 34 5 6 7 8
光电靶
靶面像素排列
64
8
北京大学遥感所
第二章 数字图像处理系统介绍
1
内容概要：
§2.1 系统简介 §2.2 电视摄像机 §2.3 CCD摄像机 §2.4 CMOS摄像机 §2.5 图像采集卡
2
北京大学遥感所
§2.1 系统简介
图2.1 基本数字图像处理系统
3
北京大学遥感所
数字图像处理系统的组成
电视摄像机
CCD摄像机
CMOS摄像机
伪彩色图像采集卡
设z---每幅图象的扫描行数（625行-中国）
k---显示屏的宽高比（4/3）
f---图象变化频率（50幅/秒-中国） 如此，kz表示每行中所具有的像素数
，如果每行中信号变化次数为kz/2，再考
虑每秒传送f幅图像，则
f(max) (fkz 2 )/2 13MHZ
fmax可看成是频带宽度，但13MHz如此宽的频带不利于记录和传输 利用人
13MHz
6.5MHz
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扫描行数必须是奇数 一帧周期1/25秒 一帧包括两场
图2.6 隔行扫描示意图
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北京大学遥感所
4。视频信号的组成
白 电 平
黑电平
消隐电平
行消隐期 18%T
T
场消隐期 图像信号
行同步电平
场同步电平
图2.7 视频信号以及行、场同步信号
不同制式的电视标准具有不同的帧频、场频和行频
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§2.2.2 彩色电视摄像机
一、彩色图像信号的形成
三基色：红R、绿G、蓝B 分别用[R]，[G]，[B]表示
彩色摄像机是色彩分光设备，将光分解为红绿蓝，光电转换后为不同比 例的三种电信号：ER、 EG、 EB
EU=EB –EY EV=ER -EY
由此三个信号可推出： EG -EY = -0.51（ER – ERY） -0.19 （EB –EY）
彩色摄像机分为三种
三管式 单管式
两管式
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北京大学遥感所
a 三管式彩色摄像机
反绿膜
G
R
B
反蓝膜
图2.8 三管式彩色摄像机原理图
a 单管式彩色摄像机——比三管或双管结构简单、体积小、成本低 随R、G、B分离方式（时间）的不同而种类各异 条纹滤 色片
a 双管式彩色摄像机——比单管分辨率高
二、色的三要素和色度图
■图像采集设备：摄像机、数码相机、扫描仪和数字图像采集卡
■计算机处理系统：PC机 ■显示和输出设备：打印机、绘图仪
真彩色图像采集卡
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北京大学遥感所
§2.2 电视摄像机
➢ §2.2.1 黑白电视摄像机 ➢ §2.2.2 彩色电视摄像机
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北京大学遥感所
§2.2.1 黑白电视摄像机
一、图像信号的产生
光电靶
北京大学遥感所
%三基色混合出的任一种色彩的国际标准 （CIE－国际照明协会（1931年制定））
NTSC制式： R: x=0.670, G: x=0.214, B: x=0.140,
PAL制式: R: x=0.640, G: x=0.290, B: x=0.150,
y=0.323 y=0.710 y=0.084
三要素： ■ 色调（Hue） ：表明颜色的种类
取决于主波长 120种
■ 饱和度（Saturation） ：表示颜色浓淡程度的物理量 比较同一色 调的两种光，饱和度愈大，则颜色显示愈深（浓）
■ 亮度（Intensity） ：表示人眼所感觉到的颜色明暗程度的物理量 主观亮度与波长有关
主要是色调和饱和度
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北京大学遥感所
2。图像的空间分辨率
电视图像显示频率（图像的活动分辨率） 视觉暂留（16幅/秒）
PAL制式：
帧频 f=50Hz
NTSC制式(彩色)：帧频 f=60Hz
每秒50幅画面 每秒60幅画面
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北京大学遥感所
3。图像信号的频带
图像信号的频率就是指图像信号的变化的快慢，即亮度变化的快慢
a 估算图像信号的最高频率fmax
y=0.330 y=0.600 y=0.060
Q 使用方法：确定彩色显象管 中的R、G、B所在位置，三 点连成三角形，为所有可以 显示的颜色。
图2.9 马蹄形色度图 （Chromaticity Diagram）
20
北京大学遥感所
三、彩色信号的传输
1。三基色RGB与亮度Y的关系
白色（亮度）如果用相应的电信号表示，其数学表达式为： EY=(1× ER)+(1 × EG)+(1 × EB)
a：观察者距离电视屏的距离
：人眼的极限分辨率 ：观察者对整个画面的视角
当=1’时,那么人眼正好看到s高度时： tg(/2)= (s/2)/a /2 tg(/2)=(h/2)/a
取观察距离： a 5.5h,则近似取为10o Z ＝h/ S / = 600行
设宽高比： b/h=4/3
则画面最少象素总数： N = Z2 ·b/h = 4.8105
11
北京大学遥感所
%国际标准规定的电视制式
PAL（Phase Alternating Line）制式
中国
电视画面扫描行数为625行
NTSC （National Television System Committee）制式
美国、日本 电视画面扫描行数为525行
行相位交替制式 平衡正交调制制式
最终存储在计算机中的总像素数由图像卡决定
其中，ER、 EG、 EB表示相应的电信号 EY是眼视觉白色亮度信号
EY=(0.3× ER)+(0.59 × EG)+(0.11 × EB)
上式为三基色与亮度之间的关系式
人的视觉对其颜色敏感程度的差异，等量的混合不能得到白色，故其混合比例要调整
21
北京大学遥感所
2。彩色信号传输的信号量
三个信号：
Ey---黑白接受机需要的亮度信号 将R、G、B信号换成色差信号
图像信号
阴
A
极
RL
64
+E
等效电路
二、电视图像信号的相关参数
1。摄像机的扫描行数
——决定图像的分辨率
图2.4 对角线方向出现的阶梯轮廓
在显示器上显示的效果仍然是模拟量
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b
hZ a
h/z=S S
图2.5 画面最少象素的估算
h：图像画面的高度 Z：摄像 机的扫描行数 S：象素正方 形的边长
偏转磁场
聚焦极 电子枪 阴极
控制极
输出 R
加速极
图2.2 光电管式摄像管结构图
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A
B
C
N
A
图2.3 电子束的扫描方式
B
A
N
wk.baidu.com
B
行扫描正程
C
行扫描逆程
N
帧扫描正程
A
帧扫描逆程
主要组成部分及原理
电子束
加速阳极 聚焦极
光电转换
1 2 34 5 6 7 8
光电靶
靶面像素排列
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第二章 数字图像处理系统介绍
1
内容概要：
§2.1 系统简介 §2.2 电视摄像机 §2.3 CCD摄像机 §2.4 CMOS摄像机 §2.5 图像采集卡
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北京大学遥感所
§2.1 系统简介
图2.1 基本数字图像处理系统
3
北京大学遥感所
数字图像处理系统的组成
电视摄像机
CCD摄像机
CMOS摄像机
伪彩色图像采集卡
设z---每幅图象的扫描行数（625行-中国）
k---显示屏的宽高比（4/3）
f---图象变化频率（50幅/秒-中国） 如此，kz表示每行中所具有的像素数
，如果每行中信号变化次数为kz/2，再考
虑每秒传送f幅图像，则
f(max) (fkz 2 )/2 13MHZ
fmax可看成是频带宽度，但13MHz如此宽的频带不利于记录和传输 利用人