安防系统规范与技术+4+视频监控系统基本知识+.ppt

1、第二章影像监视系统的基本知识、第一节影像监视系统的概念和第二节影像生成基础知识、第四节影像监视基础知识、第五节数字影像压缩基础知识、第二章影像监视系统的基本知识、第二节影像生成基础知识、彩色和视觉特性、电视影像的传输三、电视的方式和色空间、第二、电视影像的传输(一)电视的传输原理传达声音时，将随时间变化的声能转化为电信号，接收机将电信号转化为声音。 为了传输动态图像，在发送侧将亮度信息从空间时间的多维函数转换为时间的单变量函数的电信号，进行传输，在接收侧将电信号转换为动态图像。 二、电视影像传输(一)电视影像的原理，一.影像的分解-像素的人眼分辨率有限，无法区分影像上视角小于1的两点。 将空间上连续的黑白图像分解成多个小单元，这些单元面积相等，分布均匀，明暗程度不同。 许多单元构成电视图像，这些单元称为像素。 单位面积的像素数越多，图像越清晰。 黑白平面图像，表示其特征参数为亮度。 具有按构成黑白画面的每个像素决定的几何学位置，处于呈现不同亮度的运动图像的特定位置的像素的亮度，随时间变化。 像素亮度是空间(二维)函数也是时间函数。 二、电视影像传输(一)电视影像原理，二.影像传输-串行传输高品质影像数十万像素。 从左到右、从上到下依次一个接一个地传输图像上的各像素的亮度信号。 在电视系统中，对构成一张图像的各像素统一进行一张帧处理或者发送了一张帧，一张帧的图像由多个像素构成。 接收侧的两个特征是，将相应的电信号在相应的位置处按相同的顺序转换为具有相应亮度的像素的串行传输要求为高传输速率。 如果传输得快，时间在视觉上比暂时的时间短，再现图像后才能给人以不连续跳动的感觉，第二是传输是正确的。 每一像素应当在传输次序到达时被转换及传输，并且被接收者接收。 发送和接收两者的像素必须彼此一对一地对应。 即，发送和接收双方必须同步工作。 同步在电视系统中是非常重要的。 二、电视影像的传输(一)电视影像的原理，三.影像的变换电子扫描将构成一帧影像的像素依次变换为电信号的过程称为扫描。 扫描的过程与我们读书时视线从左到右、从上到下的顺序相似。 从左到右的扫描称为行扫描。自上而下的扫描称为帧(或场)扫描。 在电视系统中，扫描通常用电子枪进行，一般称为电子扫描。 通过电子扫描和光电转换，将反映一张图像的亮度的空间和时间的函数，转换成随时间变化的一值函数(电信号)，实现平面图像的依次传输。 另外，电视影像的传输(一)电视影像的原理，三.影像的变换-电子扫描电视接收机只要按照发送侧的顺序将电信号依次变换为相应亮度的像素，在视觉上在暂时的0.1s时间内完成一张影像的全部像素的电光变换，人眼感觉到的就是完整的影像。 视觉上的失活会将连续的动作分解成稍微不同的一系列静止图像。 电影每秒放映24张有微小差别的静止画面得到动画，而电视每秒放映25张有微小差别的电视画面得到连续动作的效果。 运动图像可以分解为一系列的静止图像，静止图像可以分解为像素，以1/25s秒，发送侧依次对一张图像的所有像素的亮度信息进行光电转换，接收侧再次依次再现相应亮度的像素，从而完成运动图像的传送。 将这种图像分解为各个像素，依次传输的方法称为依次传输原理。另外，电视图像传输(2)电视的扫描原理，在电视的发送侧在摄像元件实现光电转换，在接收侧在阴极射线管实现光电转换。 在监视器上显示真实场景。 实现这两种转换的设备分别称为摄像管和阴极射线管。 的双曲馀弦值。 二、电视图像传输(二)电视扫描原理，一、摄像管和光电转换光电导摄像管为电真空装置。 主要由透镜、光电靶、电子枪、聚焦线圈、偏转线圈构成。 光电靶由感光性半导体材料构成，在受光作用后电阻率变小的靶面上的光像中，靶面的各单元所接收的强度不同，各单元的电阻率不同，与明亮的像素对应的目标单元的电阻值小，与暗的像素对应的目标单元的电阻值大。 以此方式，根据图像中各个像素的亮度，将目标表面上的各个单元的电阻值表达为不同的。 二、电视图像传输(二)电视扫描原理，一、摄像管和光电转换利用摄像管阴极发射的电子束、电子枪电场和偏转线圈的磁力，高速、顺序地扫描目标面的各单元。 当电子束与具有靶面的单元接触时，电流流过阴极、信号板、负载、电源构成一个电路的负载RL，电流的大小取决于该单元的电阻值的大小。 由于在光照强的地方，电阻值小，并且负载中流动的电流大，因此在RL两端产生的电压降也大，输出信号的电势也低。 的双曲馀弦值。 二、电视图像传输(二)电视扫描原理；二.阴极射线管和电光转换阴极射线管是在接收侧再现图像的电真空装置，主要由电子枪、荧光屏、偏转线圈等构成。 从阴极发射的电子束通过偏转线圈产生的磁场力，从左到右、从上到下依次撞击荧光屏。 屏幕上涂有荧光体，荧光体因电子束的冲击而发光，其发光亮度与电子束运送的能量成正比。 二、电视图像传输(二)电视的扫描原理，二、阴极射线管和电光转换器可以将从相机发射的信号施加到阴极射线管电子枪的阴极和栅极之间，控制电子束的能量，以将荧光屏的发光强度控制为图像信号。 屏幕上再现的图像的各个像素的亮度与拍摄图像的各个像素的亮度成比例，在屏幕上再现了原始图像。 的双曲馀弦值。 13、第二章影像监视系统的基本知识、第二节影像生成的基础知识、彩色和视觉特性、电视影像的传输三、电视方式和色空间、三、电视方式和色空间(一)电视方式、一.电视方式的概要电视信号的规格也称为电视方式。 方式差异主要包括帧率差异、分辨率差异、信号带宽和载波频率差异、颜色空间转换关系差异等。 电视系统是实现电视视频信号、音频信号、其它信号传输的方法、电视视频的显示格式、其它方法和电视视频的显示格式所采用的技术标准。 电视方式有很多种，模拟电视有黑白电视方式、彩色电视方式、音频方式等的数字电视有影像信号、声音信号压缩编码格式TS流编码格式、数字信号调制格式、图像显示格式等方式。 不同类型的电视接收机和录像机也得到了发展，以便接收和处理不同类型的电视信号。 三、电视方式和色空间(一)电视方式，二.彩色电视方式理论上帧率越高越好，但帧率越高对电路的要求越高，技术复杂，成本也越高。 我国电力网的频率为50Hz，采用25Hz的帧率时，隔行扫描的场频为50Hz，以与电力网相同的频率，由此电源对图像造成的干扰固定，人眼难以感觉到，因此选择了25Hz的帧率。 电视在显示影像时，将1帧分为2部分显示，1场由帧的奇数行构成，称为奇数场。另一场由偶数行的帧构成，称为偶数场。当显示器上显示每秒25帧的图像时，人眼感到连续性不太好并且显然已经闪烁，当将一帧划分为两部分之后，场频为50Hz，并且图像变得更加连续。 PAL方法针对每帧图像的625行，针对每场的312.5行，以及在每场的312.5行之中的一些行被用作场的消隐，并且不包括视频信号。 一帧的有效总行数为576。 最上半行，中间574行，最下半行。 另外，由于电视的方式和色空间(1)电视方式、3.3种电视方式(1)NTSC方式美国电视标准委员会指定的彩色电视广播标准采用正交平衡振幅调制的技术方式，所以也称为正交平衡振幅调制方式。 美国、加拿大大部分的西半球国和中国的台湾、日本、韩国、菲律宾等都采用这种方式。 (2)PAL方式联邦德国在1962年指定的彩色电视广播标准采用逐行反相正交调幅的技术方法，克服了由于NTSC方式的相位敏感导致的色失真的缺点。 西德、英国等西方国家、新加坡、中国大陆和香港、澳大利亚、新西兰等国家可以根据这种方式PAL方式中不同参数的细节，进一步分为g、I、d等方式。 其中PAL-D方式是中国大陆采用的方式。 (3)SECAM方式法国提出了1956年、1966年制定的新的彩色电视方式。 也克服了NTSC系统的相位失真缺点，因为颜色信号是顺序地传输的并且颜色信号是重新存储的。 SECAM制国家主要集中在法国、东欧和中东。 的双曲馀弦值。 3、电视的方式和色空间(1)电视的方式，3、电视的方式和色空间(2) RGB色空间，1.RGB色显示系统的加法混色是基于发光体发出的光的加法的颜色，加法混色的三原色是从红、绿、蓝(RGB )，减法混色是从白色光减去某个成分(吸收)而得到各种颜色的减法混色的三原色是蓝、品、黄(CMY ) 因此，有RGB :位图颜色的编码方法，用红、绿、蓝三原色的光学强度来表现颜色。 这是最常见的位图编码方法，可以直接用于屏幕显示。 CMYK :位图颜色编码方法，用青色、品红色、黄色、黑色4种颜料的含量表现颜色。 一种典型的位图编码方法，可直接用于彩色打印。 三、电视机方式和色空间(二) RGB色空间，二、CIE的RGB色显示系统国际照明委员会(CIE )选择红色(=700.nm )、绿色(546.1nm )和蓝色(435.8nm )这三种单色光作为代表色系统的三原色。 为了便于计算1lm (w )=0. 30 lm (r )0. 59 lm (g )0. 11 lm (b )，产生1 lm白色光所需的三原色的近似值可以由以下亮度方程表示：1lm(W)=1T(R) 1T(G) 1T(B )，3，电视方式和色空间(二) RGB色空间，3 所谓亮度，是所感测的光的亮度，与可见光带中的总能量成比例。 色饱和度用色调和色饱和度来表示，色调是指颜色的颜色，由光的峰值波长决定的色饱和度是指颜色有多纯粹，这取决于被称为光谱范围或带宽的大小。 颜色还可以由三个参数决定。 测定可见光波段中总能量的亮度，测定可见光峰值波长的大小的色相，测定可见光波段的大小的彩度，三、电视的方式和色空间(二) RGB色空间，三.人的色觉和色深(二)色深色深也称为色位数，用几位来表现位图中各点的颜色，是分辨率的重要指标一般而言，有1位(黑白)、2位(4色、CGA )、4位(16色、VGA )、8位(256色)、16位(强调色)、24位和32位(实际彩色)等。色调等级为16位以上的位图还可以分别根据表示RGB原色或CMYK原色的位数，例如16位的位图图像为RGB565、RGB555X1位不具有信息)、RGB555A1、RGB444A4等进一步分类。 3、电视方式和色空间(3) YUV系列的色空间，1.YUV色空间YUV是PAL和SECAM模拟彩色电视方式采用的色空间。 y表示亮度(Luminance或Luma )，可以将不同权重的r、g、b的平均值表示为： Y=krR kgG kbB的颜色信息表示为色差，各个色差表示RGB和y的差： U=B-YV=R-Y这样的彩色图像的完整的信息亮度和色差由y、u、v给出YUV的最大优点是占用很少的带宽，即使彩色视频信号的传输(在RGB中需要同时传输3个独立的视频信号)与传统的黑白电视机兼容。 若只有y信号分量而没有u、v分量，则这样表现的图像是黑白灰度图像。 另外，电视机的方式和色空间(三) YUV系列的色空间，2.YCbCr色空间YCbCr是ITU-RBT1601所提出的一部分，YUV被实施定标和偏移。 在此，y与YUV中的y的意思一致，Cb、Cr也指定了颜色，但只是表现方法不同。 在YUV家族中，YCbCr是计算机系统中使用最多的成员，其应用领域广泛，JPEG、MPEG都采用了该格式。 一般来说YUV多指YCbCr。 YCbCr具有许多采样格式，如4:2:0、4:2:0、4:2:0和4:2:0。 另外，电视机系统和色彩空间(三) YUV序列的色彩空间、三. YUV、YIQ、YCbCr的区分YUV模型常常与YIQ/YCbCr模型混淆。 实际上，YUV模型用于PAL和SECAM方式的电视系统，y表示亮度，UV不是单词的缩写。 YIQ模型与YUV模型类似，用于NTSC方式的电视系统。 YIQ的I分量和q分量相当于将YUV空间中的UV分量旋转33度。 YCbCr颜色空间是从YUV颜色空间导出的颜色空间，主要用于数字电视系统。 在从RGB向YCbCr的变换中，输入输出都是8位二进制形式。 三、电视方式与色彩空间(三) YUV系列色彩空间，三者与RGB的转换方程式如下：1)从RGB到YUVY=0.299R 0.587G 0.114B，u=-0.147 r-0.289 g 0.436 b v=0.615 r-0.515 g-0.100 B2 ) RGB是YIQY=0.299R 0.587G 0.114B，I=0.596R-0.275G-0.321B，Q=0.212R-0.523G 0.311B3)RGB是ycbcry=0.299 r 0.587 g 0.114 b CB=-0.169 r-0.331 g 0.500 b 根据Cr=0.500R-0.419B-0.103B、三、电视方式和色空间(三) YUV系色空间，式子，UV/CbCr信号实际上是蓝色差信号和红色差信号，某种程度上间接地表示