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1、2020/6/21,. Email: liuba Tel.68912560-804,第一章 数字视频基础,1.0. 视频应用 1.1. 人类视觉系统与模型 1.2. 彩色模型 1.3. 数字视频基础 1.4. 多维随机信号分析,. Email: liuba Tel.68912560-804,视频应用,. Email: liuba Tel.68912560-804,视频应用,图像与视频信号处理无所不在,. Email: liuba Tel.68912560-804,视频应用,. Email: liuba Tel.68912560-804,目标的检测与识别,. Email: liuba Tel.6
2、8912560-804,图像与视频拼接,普通相机视场：50350,人眼视场：2001350,全景拼接（Panoramic Mosaic）：3601800,. Email: liuba Tel.68912560-804,运动视频分析系统,. Email: liuba Tel.68912560-804,运动视频分析系统,. Email: liuba Tel.68912560-804,运动视频分析系统,. Email: liuba Tel.68912560-804,1.1. 人眼的视觉特性与模型,2020/6/21,. Email: liuba Tel.68912560-804,1.1. 人眼的视觉
3、特性与模型,人眼的构造 视网膜的结构（杆状细胞，锥状细胞） 视细胞的分布 人眼的视觉特性 视觉的适应 绝对视觉阈 阈值对比度 光谱灵敏度 分辨力 视觉系统的调制传递函数,2020/6/21,. Email: liuba Tel.68912560-804,视网膜,视网膜的结构 杆状细胞 锥状细胞 视细胞的分布,2020/6/21,. Email: liuba Tel.68912560-804,视觉的适应,明视觉 暗视觉 中介视觉 颜色适应,2020/6/21,. Email: liuba Tel.68912560-804,人眼的视觉特性,绝对视觉阈：全黑视场下，人眼感觉到的最小光刺激值，约109
4、 lx量级。 阈值对比度：时间不限，使用双眼探测一个亮度大于背景亮度的圆盘，察觉概率为50%时，不同背景亮度下的对比度。 对比度C：当Lt和Lb分别为目标与背景的亮度时，对比度表示为：,由于背景亮度、对比度和人眼所能探测的目标张角三者之间存在制约关系（Wald定律），特别是在目标张角7，时，存在Rose定律：,2020/6/21,. Email: liuba Tel.68912560-804,人眼的视觉特性,光谱灵敏度（光谱光视效率）：人眼对各种不同波长的辐射光有不同的灵敏度（响应），对大量正常视力观察者的实验表明： 在较明亮环境中，人眼视觉对波长0.555m左右的绿光最敏感； 在较暗条件下，
5、人眼视觉对波长0.512m左右的黄绿光最敏感； 右图给出不同视场亮度下，人眼的光谱光视效率曲线：,人眼的分辨力：人眼能区分两发光点的最小角距离称为极限分辨角，其倒数为人眼分辨力。 从内因分析，影响分辨力的因素为眼睛的构造。 从外因分析，是目标的亮度与对比度。 人眼会根据外界条件自动进行适应，从而可以得到不同的极限分辨角。,. Email: liuba Tel.68912560-804,人眼观察物体的要求,灵敏度：以量子阈值表示时，最小可探测的视觉刺激是58145个蓝绿光(波长为0.51m)的光子轰击角膜引起的，据估算，这一刺激只有514个光子实际到达并作用于视网膜上。 分辨力： 对比度：图案不
6、同，对对比度的要求也不同（如点与点：26；方波条纹之间：3） 信噪比：人眼观察物体需要排出干扰，如果干扰太大将影响到人眼的观察效果。图案不同，人眼对信噪比的要求不同（如方波图案：11.5左右；余弦图案：33.5左右）,10-6lx,10-5lx,10-4lx,10-3lx,. Email: liuba Tel.68912560-804,光波与颜色,波长与颜色关系,次声波,声波,无线电波,微波,红外线,红色光,紫色光,紫外线,X射线,可见光,可见光频率范围：红 橙 黄 绿 兰 紫 4.3X1014Hz-7.5X1014,. Email: liuba Tel.68912560-804,光波与颜色,
7、由红绿蓝三色组成的颜色,. Email: liuba Tel.68912560-804,光的特征,色调：主频率 决定颜色 亮度 单位时间、单位角度、单位投射面上光源幅射能量 饱和度：纯度 该频率的颜色表现 能量分布,能量E,频率,红,紫,白色光,某主频光,纯度 依赖于Ed与Ew差别 Ew=0 纯度100% Ed=Ew 纯度0,Ew,Ed,红,紫,. Email: liuba Tel.68912560-804,RGB三基色,RGB三基色 基本颜色 可用来生成其他颜色的两种或三种颜色 Blue=435.8nm Green=546.1nm Red=700nm 二次色 品红（magenta）：红+蓝
8、青（cyan）：蓝+绿 黄（yellow)：红+绿 补色,. Email: liuba Tel.68912560-804,标准基色和色度图,原色：如果将X,Y,Z三种颜色适当混合即可产生 白色效果，而其中两种颜色组合不能产生第三种颜色，这三种颜色称为原色。即红、绿、兰为原色。,实验发现，很多颜色的光无法用RGB三种原色组合获得。例如，500nm颜色=G+B-R RGB彩色监视器无法获得,. Email: liuba Tel.68912560-804,标准基色和色度图,XYZ颜色模型 CIE(国际照度委员会) X,Y,Z表示产生一种颜色所 需要的三基色的量,X=0.4902R+0.3099G+0
9、.1999B Y=0.1770R+0.8123G+0.0107B Z=0.0000R+0.0101G+0.9899B x, y, z：色系数,. Email: liuba Tel.68912560-804,2. 标准基色和色度图,CIE色度图 作用：为不同基色组比较整个颜色范围 标识互补颜色 确定颜色主波长和纯度,. Email: liuba Tel.68912560-804,2. 标准基色和色度图,. Email: liuba Tel.68912560-804,2. 标准基色和色度图（续）,. Email: liuba Tel.68912560-804,3. RGB颜色模型,R（红）G（绿）
10、B（蓝） （0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色 一种颜色,. Email: liuba Tel.68912560-804,3. RGB颜色模型,R（红）G（绿）B（蓝） （0,0,0）代表黑色，(1,1,1)代表白色 一种颜色,. Email: liuba Tel.68912560-804,3. RGB颜色模型,R（红）G（绿）B（蓝）,0.8,0.7,0.1,0.2,0.7,. Email: liuba Tel.68912560-804,CMY(青、品红、黄)、CMYK (青、品红、黄、黑） 运用在大多数在纸上沉积彩色颜料的设备，如彩色打印机和复印机 CMYK 打印中的主要颜色是黑
11、色 等量的CMY原色产生黑色，但不纯 在CMY基础上，加入黑色，形成CMYK彩色空间,. Email: liuba Tel.68912560-804,4. CMY颜色模型,RGB是加色模型，CMY是减色模型,. Email: liuba Tel.68912560-804,5. HSI颜色模型,面向视觉感知的颜色模型 HSI(色调hue、饱和度saturation、亮度intensity） 两个特点： I分量与图像的彩色信息无关 H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相连的 将亮度(I)与色调（H）和饱和度（S）分开，避 免颜色受到光照明暗(I)等条件的干扰, 仅仅分 析反映色彩本质的色调和饱和度
12、广泛用于计算机视觉、图像检索和视频检索,. Email: liuba Tel.68912560-804,5. HSI颜色模型,H（色调）： 为角度，从0到360； S（色饱和度） ： 从0到1，S0时只有灰度； I（明度）： I从0到1， I0是黑色， I=1是白色,. Email: liuba Tel.68912560-804,RGB ,. Email: liuba Tel.68912560-804,RGB图像同与之对应的HIS图像,. Email: liuba Tel.68912560-804,HIS RGB,. Email: liuba Tel.68912560-804,彩色图象的R，G
13、，B和H，S，I各分量的图示,下图给出1组用灰度图形式表示彩色图象的例子，其中图(a)，图(b)，图(c)分别为1幅彩色图象的R，G，B分量（每个分量用8 bit表示)，图(d)，图(e)，图(f )分别为这幅彩色图象的H，S，I分量（每个分量也各用8 bit表示)。,. Email: liuba Tel.68912560-804,1.3. 数字视频基础,模拟视频与数字视频 视频（Video）最初是在电视系统中提出的； 20世纪20年代后期，光电管及阴极射线管为核心技术的全电子电视系统问世后，才有真正意义上的视频，即黑白视频； 在不考虑电视调制发射和接收等诸多环节，仅考虑和研究电视基带信号的摄
14、取、改善、传输、记录、编辑、显示的技术就叫做“视频技术”； 主要应用于广播电视的摄录编系统、安全及监控、视频通信和视频会议、远程教育及视听教学、影像医学、影音娱乐和电子广告等行业和领域。,. Email: liuba Tel.68912560-804,1.3. 数字视频基础,视频：动态图像，是一组图像按时间顺序的连续展示,按信号组成和存储方式的不同：,模拟视频：是由连续的模拟信号组成的图像序列，像电影、电视和录像的画面；,数字视频：是一系列连续的数字图像序列；,. Email: liuba Tel.68912560-804,帧：一段视频中的每一幅图像称为一帧；,根据视觉暂留原理，要使人的视觉产
15、生连续的动态感觉，每秒钟图像的播放帧数要在2430（帧频）;,帧频：每秒播放的帧数,. Email: liuba Tel.68912560-804,图像序列构成视频,. Email: liuba Tel.68912560-804,数字视频,广义的数字视频是指依据人的视觉暂留特性，借助计算机或微处理器芯片的高速运算，加上Codec技术、传输存储技术等来实现的以比特流为特征的，能按照某种规律和标准在显示终端上再现活动影音的信息媒介； 狭义的数字视频是指与具体媒体格式所对应的数字视频，如DV格式数字视频、DVD光盘格式数字视频、AVI桌面格式数字视频、RM流媒体格式数字视频、MP4固体存储数字视频等
16、。,. Email: liuba Tel.68912560-804,. Email: liuba Tel.68912560-804,低通滤波器容许低频信号通过, 减弱(或减少)频率高于截止频率的信号的通过。,. Email: liuba Tel.68912560-804,取样（采样） 将时间和幅度上连续的模拟信号转变为时间离散的信号，即时间离散化。,取样频率至少是模拟信号最高频率的两倍。 一般选在2.5倍左右。,. Email: liuba Tel.68912560-804,量化 将幅度连续信号转换为幅度离散的信号，即幅度离散化。 度量每一个取样值，归类于设定的量化电平中的一个电平。 量化电平越细，失真程度越低，数字化后的比特率越高。反之，相反。 一般来说，二进制方式，其量化比特为8的话，其量化电平数为28，即256个量化电平。
