第三章 数字视频采集.ppt

数字视频信息 处理与传输 侯 颖 houying@mailst.xjtu.edu.cn 第三章 数字视频采集 图像的视觉基础 视频信号的采样 视频信号的量化 视频采样率转换 第三章 数字视频采集 3.1 图像的视觉基础 一、图像的数学表示 一幅图像最普遍的数学表达式为： 其中 (x，y，z)是空间坐标， 是波长， t 是时间，I 是图像的强度。 3.1 图像的视觉基础 二、分辨率 表征图像时通常用三种分辨率描述，分别是显示分辨率、图像分辨率和像素分辨率。 1、显示分辨率 显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数目。屏幕能够显示的像素越多，说明显示设备的分辨率越高。 3.1 图像的视觉基础 2、图像分辨率 图像分辨率是指组成一幅图像的像素密度的度量方法，一般用图像水平和垂直的像素数目表示。对同样大小的一幅图像，如果组成该图像的像素数目越多，则说明图像的分辨率越高，看起来越逼真；相反，图像显得越粗糙。图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率是确定组成一幅图像的像素数目，而显示分辨率是确定显示图像的区域大小。 3.1 图像的视觉基础 3.1 图像的视觉基础 3.1 图像的视觉基础 3.1 图像的视觉基础 3.1 图像的视觉基础 3.1 图像的视觉基础 3、像素分辨率 像素分辨率是指一个像素的宽和长的比例，有时也称像素的长宽比。在不同的图形显示方式下或计算机硬件间转移图像时，必须考虑像素分辨率。 3.1 图像的视觉基础 三、视频信号的频域特性 1、空间频率 二维空间频率是在二维图像平面上图像亮度或彩色变化快慢的一个度量，在给定方向上的空间频率是用该方向上每单位长度的周期来测量的，单位长度可以是1米，也可以是电视监视器的像高等。通常二维图形的空间变化可以用两个方向上的频率来表征，如（ ， ） 分别表示水平频率和垂直频率。 3.1 图像的视觉基础 3.1 图像的视觉基础 2、角频率 由于所感知的信号变化速度随着观察距离而增加，所以空间频率在衡量图像亮度变化快慢上并不准确，更有用的频率测量是根据每观测角度的周期数来衡量即角频率。角频率并不只是信号本身的表征，它是由信号的空间频率和观测条件二者共同决定的。 3.1 图像的视觉基础 3.1 图像的视觉基础 如果图像高度为h，观测距离为d， 当 h/2 ? d时，每像高有 个周期， 那么每观测度的周期数为： 其中称 为角频率，单位为周期/度， 或cpd。 3.1 图像的视觉基础 3、时间频率 对于一维时间函数，时间频率表示一维信号每秒的周期数。对于二维帧组成的视频信号，时间频率是由二维空间位置决定的。对于一个固定的二维位置（x,y），时间频率定义为每秒周期数，单位用Hz表示。视频信号的最大时间频率是指在成像区域内所有点的时间频率的最大值。 3.1 图像的视觉基础 3.1 图像的视觉基础 四、人眼的视觉特性 1、由于人眼对亮度响应的非线性特性，在  频率亮度大的区域，人眼对灰度误差不 敏感，在这些区域量化时可粗糙些。 2、人眼对亮度信号的空间分辨率大于对色  度信号的空间分辨率，所以在对色度信 号编码前先进行空间亚抽样，以提高压 缩比。 3.1 图像的视觉基础 3、图像边缘信息对视觉很重要，特别是边 缘的位置信息，人眼容易感觉到边缘位 置的变化，而对于边缘部分的灰度误 差，人眼并不敏感。 4、画面切换后约100 ms时间内，人眼分辨 率较低，这种效应称之为掩蔽效应。由  于掩蔽效应，人眼对画面中人移开后刚 露出的背景分辨率也较低。 3.1 图像的视觉基础 5、视觉系统的时间和空间频率特性是相互  依赖的，对于运动图像，存在一种时间 分辨率和空间分辨率的交换，人眼对不 同频率的信号有不同的灵敏度。 3.1 图像的视觉基础 ① 人眼对某个中间的空间和时间频率分量最敏感。在正常的观测条件下，人眼对2～5cpd之间的空间频率及5～20 Hz之间的时间频率最敏感。人眼在较高时间分辨率处敏感度降低的