安防系统规范和技术视频监控系统

1第二章视频监控系统基本知识

第一节视频监控系统概念与组成第二节图像产生基础知识第三节摄像机基础知识第四节监视器基础知识第五节数字视频压缩基础知识第1页2第二章视频监控系统基本知识

第二节图像产生基础知识一、彩色与视觉特征二、电视图像传送三、电视制式与色彩空间第2页一、彩色与视觉特征（一）光性质

1．可见光谱光是一个电磁辐射，光是一个以电磁波形式存在物质。电磁辐射波长范围很宽，按波长从长到短次序排列，依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和宇宙射线。第3页一、彩色与视觉特征（一）光性质（1）可见光波长在380～780nm范围内电磁波能够使人眼产生颜色感觉，称为可见光只含有单一波长光为单色光，包含有两种或两种以上波长光标为复合光。（2）光谱色不一样波长光展现出颜色不相同，一定波长光谱展现颜色称为光谱色。波长由780nm向380nm变时人眼颜色感觉红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色太阳发出白光中包含了全部可见光光谱，给人以白色感觉。把太阳辐射一束光投射到棱镜上太阳光会经过棱镜分解成一组按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫次序排列连续光谱。分解之后色光再次经过棱镜不能再分解，这种单一波长色光也称谱色光（3）同色异谱光谱完全不一样光，人眼有时会有相同色感。用波长540nm绿光和700nm红光按百分比混合使人眼得到580nm黄光色感。这种由不一样光谱混合出相同色光现象叫同色异谱。

第4页一、彩色与视觉特征（一）光性质2．物体颜色物体分为发光体和不发光体。我们看到颜色有两种不一样起源：发光体所展现颜色，发光体颜色由它本身发出光谱所确定，比如，白炽灯发黄、荧光灯发白，各种彩色灯和霓红灯等所发出彩色光，各自有其特定光谱色。不发光体反射或透射彩色光。物体颜色与照射光光谱和不发光体对照射光反射、透射特征相关。外界光线照射下，能有选择地吸收一些波长光，而反射或透射另一些波长光，从而使物体展现一定颜色。比如：红旗反射太阳光中红色光、吸收其它颜色光而呈红色；绿色植物因反射太阳光中绿色光、吸收全部其它色光而展现绿色；白纸和白云反射全部阳光而呈白色；煤炭和黑板吸收全部照射光而展现黑色等等第5页一、彩色与视觉特征（一）光性质2．物体颜色既然物体展现颜色是因为物体反射（或透射）光种类不一样而产生，那么物体展现颜色显然与照射它光源相关。绿草绿色是因为它在日光照射下才表现出来，假如把绿草拿到红光下观察，就会发觉它不再是红色而近乎是黑色，这是因为红色光源中没有绿光成份，绿草全部吸收了红光，所以变成黑色。人们日常生活中都会有这么经验，一些东西在日光下看到颜色与在灯光下看到颜色有差异，恰恰说明因为日光与灯光这两种光源所含光谱成份不一样，使同一物体表现为不一样颜色。第6页一、彩色与视觉特征（一）光性质3．标准光源通常照明光源所发出光即使都笼统地称其为白光如太阳、日光灯、白炽灯泡等发光物质不一样，它们光谱成份相差很大，用它们照射相同物体时，展现颜色则相差较大。白炽灯泡偏橙红（呈暖色调），而汞灯偏青蓝（呈冷色调）。为了比较和区分各种光源特征，国际照明委员会要求了几个标准白色光源，并以基本参量“色温”给予表征。在电子视频系统中，用标准白光作为照明光源。为了便于对标准白光进行比较和计算，用绝对黑体辐射温度——色温表示光源光谱性能。第7页一、彩色与视觉特征（一）光性质（1）绝对黑体也称全辐射体，是指不反射、不透射，完全吸收入射辐射物体。它对全部波长辐射吸收系数均为1。绝对黑体在自然界是不存在。试验模型是一个中空、内壁涂黑球体，在其上面开了一个小孔，进入小孔光辐射经内壁屡次反射、吸收，已不能再逸出到外面，这个小孔就相当于绝对黑体。绝对黑体所辐射光谱与它温度亲密相关。绝对黑体温度越高，辐射光谱中蓝色成份越多，红色成份越少。第8页一、彩色与视觉特征（一）光性质（2）光源色温色温是以绝对黑体加热温度来定义。绝对黑体被加热时电磁波辐射波谱仅由温度决定。为了区分各种光源不一样光谱分布与颜色，能够用绝对黑体温度来表征。当绝对黑体在某一特定绝对温度下，所辐射光谱与某光源光谱含有相同特征时，则绝对黑体这一特定温度就定义为该光源色温。比如，温度保持在2800K时钨丝灯泡所发白光，与温度保持在2854K绝对黑体所辐射光功率波谱基本一致，于是既称该白光色温即为2854K。可见、色温并非光源本身实际温度，而是表征光源波谱持性参量。色温与光源实际温度无关，彩色电视机荧光屏实际温度为常温，而其白场色温是6500K。第9页一、彩色与视觉特征（一）光性质（3）标准白光惯用标准白光有A、B、C、D65和E光源5种。A光源：色温为2854K白光，光谱偏红，相当于充气钨丝白炽灯所产生光B光源：色温为4874K白光，近似中午直射太阳光。在试验室中可由特制滤色镜从A光源中取得。C光源：色温为6774K白光，相当于白天自然光。是NTSC制彩色电视白光标准光源。D65光源：色温6504K白光，相当于白天平均光照。是PAL制彩色电视白光标准光源。E光源：色温为5500K等能量白光（E白）。是一个理想等能量白光源它是为简化色度学计算所采取一个假想光源。采取这种光源有利于彩色电视系统中问题分析和计算。电视演播室卤钨灯光源色温为3200K，有体积小、亮度高、寿命长、色温稳定等优点。第10页一、彩色与视觉特征（一）光性质4．光度量单位（1）光通量按人眼光感觉来度量辐射功率，用符号φ表示。单位为流明（lm）。当λ＝555nm单色光辐射功率为1W时，产生光通量为683lm，或称1光瓦。其它波长时，相对视敏度V（λ）下降，相同辐射功率所产生光通量随之下降。40W钨丝灯泡输出光通量为468lm，发光效率为11.7lm/W；40W日光灯可输出2100lm光通量，发光效率为52.5lm/W；电视演播室卤钨灯发光效率可达80～100lm/W。（2）光照度衡量单位面积上光通量大小量，用符号E表示，单位为勒（克斯lux）。1勒（克斯）等于1流明光通量均匀分布在1平方米面积上光照度。为了对光照度单位勒有个大约印象，以下数据可供参考：室外晴天光照度约为10000勒，多云约为500勒，黄昏约为50勒，月光约为10-1勒，黄昏约为10-2勒，星光约为10-4勒。。第11页一、彩色与视觉特征（一）光性质第12页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征人能感觉到图像颜色和亮度是眼睛生理结构所决定。电影和电视都是依据人眼视觉特征创造。黑白电视，利用了人眼视觉惰性，利用了人眼分辨力不足。彩色电视，还利用了人眼彩色视觉特征，主要包含视敏特征和彩色视觉。电影每秒投射24幅静止画面，每画面投射2次，因为人眼视觉惰性，看起来就同活动景象一样。电视每秒扫描50幅画面，每幅画面是由312根扫描线组成，因为人眼视觉惰性和有限细节分辨能力，看起来就成了整幅活动景象。人眼视觉特征是视频技术发展主要依据。第13页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征1．视觉灵敏度波长不一样可见光光波，给人颜色感觉不一样，亮度感觉也不一样，人眼对不一样波长光灵敏度是不一样。人眼灵敏度因人而异，同一个人眼睛灵敏度也随年纪和健康情况有所改变所以采取统计方法，用许多正常视力观察者来做试验，取其平均值。国际照明委员会推荐标准视敏度曲线（也称相对视敏函数曲线）。图中曲线表明含有相等辐射能量、不一样波长光作用于人眼时，引发亮度感觉是不一样。能够看出人眼最敏感光波长为555nm，颜色是草绿色，这一区域颜色，人眼看起来省力，不易疲劳。在555nm两侧，伴随波长增加或降低，亮度感觉逐步降低。在可见光谱范围之外，辐射能量再大，人眼也没有亮度感觉。。第14页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征2．彩色视觉（1）杆状细胞和锥状细胞人眼视网膜上有大量光敏细胞，按形状分为杆状细胞和锥状细胞。杆状细胞灵敏度很高，但对彩色不敏感，人夜间视觉主要靠它起作用，所以，暗处只能看到黑白形象而无法区分颜色。锥状细胞既可区分光强弱，又可区分颜色，白天视觉主要由它来完成。（2）红敏细胞、绿敏细胞、蓝敏细胞关于彩色视觉，科学家曾做过大量试验并提出视觉三色原理假设，认为锥状细胞又可分成三类，分别称为红敏细胞、绿敏细胞、蓝敏细胞。相对视敏函数曲线分别为VR（λ）、VG（λ）、VB（λ），其峰值分别在580nm、540nm、440nm处。图中VB（λ）曲线幅度很低，已将其放大了20倍。三条曲线总和等于相对视敏函数曲线V（λ）。三条曲线部分交叉重合，很多单色光同时处于两条曲线之下第15页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征三条曲线是部分交叉重合，很多单色光同时处于两条曲线之下，比如600nm单色黄光就处于VR（λ）、VG（λ）曲线之下，600nm单色黄光既激励了红敏细胞，又激励了绿敏细胞，引发混合感觉当混合红绿光同时作用于视网膜时，使红敏细胞、绿敏细胞同时受激励，混合光百分比适当引发彩色感觉，与单色黄光引发彩色感觉完全相同。不一样波长光对三种细胞刺激量是不一样，产生彩色视觉各异，人眼所以能分辨出五光十色颜色。电视技术利用了这一原理，在图像重现时，不是重现原来景物光谱分布，而是利用三种相同于红、绿、蓝锥状细胞特征曲线三种光源进行配色，在色感上得到了相同效果。第16页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征3．分辨力（1）分辨力定义分辨力是指人眼在观看景物时对细节分辨能力。眼睛分辨景色细节能力有一个极限值，我们将这种分辨细节能力称为人眼分辨力或视觉锐度。第17页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征（2）分辨力计算眼睛对被观察物上相邻两点间能分辨最小距离对应视角θ倒数：分辨力=1/θ （2-1）用L表示眼睛与图像之间距离，d表示能分辨两点间最小距离，则有：第18页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征（3）人眼分辨力特征①人眼最小视角取决于相邻两个视敏细胞之间距离。对于正常视力人，在中等亮度情况下观看静止图像时，θ为1～1.5′。②分辨力在很大程度上取决于景物细节亮度，当亮度很低时，视力很差，这是因为亮度低时锥状细胞不起作用。亮度过大时，视力不再增加，甚至因为眩目现象，视力反而有所降低。③分辨力在很大程度上取决于景物细节对比度，细节对比度愈小，也愈不易分辨，会造成份辨力降低。在观看运动物体时，分辨力更低。④人眼对彩色细节分辨力比对黑白细节分辨力要低，黑白相间等宽条子，相隔一定距离观看时，刚能分辨出黑白差异，用红绿相间同等宽度条子替换，人眼分辨不出红绿之差，而是一片黄色。第19页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征（3）人眼分辨力特征⑤人眼对不一样彩色，分辨力也各不相同。假如眼睛对黑白细节分辨力定义为100%，则试验测得人眼对各种颜色细节相对分辨力为：因为人眼对彩色细节分辨力较差，所以在彩色电视系统中传送彩色图像时，只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节，这么做可降低色信号带宽，这就是大面积着色原理依据。。第20页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征4．视觉惰性试验证实，人眼主观亮度感觉与客观光亮度是不一样时。当一定强度光突然作用于视网膜时，不能在瞬间形成稳定主观亮度感觉，而是按近似指数规律上升；当亮度突然消失后，人眼亮度感觉并不马上消失，而是按近似指数规律下降。（1）视觉暂留人眼亮度感觉总是滞后于实际亮度特征称为视觉惰性或视觉暂留。作用于人眼光脉冲造成主观亮度感觉滞后于实际光脉冲。光脉冲消失后，亮度感觉还要一段时间才能消失。t1～t2就是视觉暂留时间。在中等亮度光刺激下，视力正常人视觉暂留时间约为0.1s。。第21页一、彩色与视觉特征（二）人眼视觉特征（2）临界闪烁频率人眼受到频率较低周期性光脉冲刺激时会感到一亮一暗闪烁现象，将重复频率提升到某个定值以上，因为视觉惰性，眼睛就感觉不到闪烁了。不引发闪烁感觉最低重复频率，称为临界闪烁频率。临界闪烁频率与很多原因相关，最主要是光脉冲亮度，伴随光脉冲亮度提升，临界闪烁频率也会提升。还与亮度改变幅度相关，亮度改变幅度越大，临界闪烁频率越高。人眼临界闪烁频率约为46Hz。对于重复频率在临界闪烁频率以上光脉冲，人眼不再感觉到闪烁，这时主观感觉亮度等于光脉冲亮度平均值。。第22页一、彩色与视觉特征（三）色度学基本概念

1．彩色三要素（1）亮度亮度反应光明亮程度。发光物体彩色光辐射功率越大，亮度越高，反之亮度越低。不发光物体亮度取决于它反射光功率大小。若照射物体光强度不变，物体反射性能越好，物体越明亮，反之越暗。对于一定物体，照射光越强，物体越明亮，反之越暗。（2）色调色调反应彩色类别。比如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不一样颜色。发光物体色调由光波长决定，不一样波长光展现不一样色调。不发光物体色调由照明光源和该物体吸收、反射或透射特征共同决定。第23页一、彩色与视觉特征（三）色度学基本概念

1．彩色三要素（3）色饱和度色饱和度反应彩色光深浅程度。同一色调彩色光，会给人以深浅不一样感觉，深红、粉红是两种不一样饱和度红色，深红色饱和度高，粉红色饱和度低。饱和度与彩色光中白光百分比相关，白光百分比越大，饱和度越低。高饱和度彩色光可加白光来冲淡成低饱和度彩色光。饱和度最高称为纯色或饱和色。谱色光就是纯色光，其饱和度为100%。饱和度低于100%彩色称为非饱和色，日常生活中所见到大多数彩色是非饱和色。白光饱和度为0。色饱和度和色调合称为色度，它表示彩色种类和彩色深浅程度。

第24页一、彩色与视觉特征（三）色度学基本概念2．三基色原理（1）三基色定义仿效人眼三种锥状细胞，能够任选三种基色，三种基色必须是相互独立，任一个基色都不能由其它两种基色混合得到，将它们按不一样百分比进行组合，可得到自然界中绝大多数彩色。含有这种特征三个单色光叫基色光，这三种颜色叫三基色。（2）三基色原理自然界中绝大多数彩色能够分解为三基色，三基色按一定百分比混合，可得到自然界中绝大多数彩色。混合色色调和饱和度由三基色混合百分比决定，混合色亮度等于三种基色亮度之和。人眼三种锥状细胞对红光、绿光和蓝光最敏感，所以在红色、绿色和蓝色光谱区中选择三个基色按适当百分比混色可得到较多彩色。在彩色电视中，选取了红、绿、蓝作为三基色，分别用R、G、B来表示。红基色波长为700nm，绿基色波长为546.1nm，蓝基色波长为435.8nm。第25页一、彩色与视觉特征（三）色度学基本概念（3）三基色原理应用三基色原理是彩色电视技术基础，摄像机