《图像的扫描变换》PPT课件.pptVIP

3 2图像的扫描变换 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x y和时间t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 pixel 像素越小 单位面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 在摄像端通过图像扫描变换和光电变换 将光电粑面的二维的平面像变成一维的时间电信号在显像端 通过相应的图像扫描和光电变换重现图像 3 2 1扫描方式与图像的分解力 扫描 将光图像转换成顺序传送的电信号的过程及其逆过程称为扫描 以一定的规则进行 例如在读书时眼睛按照从左往右 从上到下的规则扫描书本 电视扫描的三个基本要素 1 把图像分解成像素 逐个传输2 像素的传输按照逐行进行3 用画面传送运动过程 许多画面快速地逐一出现 视觉将运动连贯起来 1 扫描方式与图像的幅型 常用的扫描方式1 机械扫描 飞点扫描2 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 螺旋扫描图像的幅型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频带和存储容量等重要参数 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 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4 6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 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 水平方向的扫描称为行扫描 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 行逆程扫描所需时间称为行扫描逆程时间用表示 而且 行扫描周期 来回扫描一次所需时间 场扫描 垂直方向一行接着一行的扫描称为场扫描 场扫描逆程系数 逆程所占行周期的比例 即 一般在8 左右 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 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 M Ke 1 Z 垂直分解力 M KeKi 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 2 水平分解力 图像水平分解力 沿着图像水平方向所能分解的像素数 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 N KM KKe 1 Z如考虑隔行因子 N KKeKi 1 Z若 垂直分解力M为400线 则 水平分解力N 4 3 400 533线 扫描行数的确定扫描行数 图像清晰度 图像信号带宽 原则 满足人的视觉要求取 1 5 人眼最小分辨角 D h 4 最佳视距与屏幕高度比 则Mmax 573 并取Ke 1 0 7则最大扫描行数为 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 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力与垂直偏转力的综合作用下匀速直线进行扫描 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 fV 1 逐行扫描 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光栅 逐行扫描光栅 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 fF场频 fV行频 fH 1 TH 设每场扫描行数为Z 则 TV ZTHfH ZfVfV 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 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 即一帧图像分两次扫描 每次称为一场 两场合为一帧 隔行比为2 1活动图像25帧 秒 50场 秒 临界闪烁频率 48Hz 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 隔行扫描应满足的基本要求 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 我国隔行扫描的基本参数 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 行 15625Hz行周期 TH 64 s THf 52 s THr 12 s 隔行扫描的缺点 1 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25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 仍会感觉到行间闪烁 2 并行现象a 真实并行 奇偶光栅不能均匀交错引起真实并行现象b 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时 看起来好象两行变成一行 视在并行 3 运动图像在水平和垂直方向上的拖尾 3 2 3扫描的同步 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 接收端就可以重现发送端图像 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 同步脉冲 行同步脉冲 发送端行扫描正程结束后发出的脉冲信号 控制接收端行扫描逆程的开始 行同步信号仅起控制行同步作用 不应在屏幕上显示出来 故应叠加在行消隐脉冲之上 场同步脉冲 发送端场扫描正程结束后发出的脉冲信号 控制接收端场扫描逆程的开始 同理 场同步信号应叠加在场消隐脉冲之上 行同步和场同步复合成一路复合同步信号传送 为了便于在接收端将行同步脉冲与场同步脉冲分开 采用了幅度相同 但宽度不同的两种脉冲 分离行同步脉冲与场同步脉冲 微分与积分方法 行同步分离 微分电路场同步分离 积分电路 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 7 s 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