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1、第三章第三章 视频信息获取、视频信息获取、处理与显示技术处理与显示技术3.13.1 彩色空间表示及其转换彩色空间表示及其转换3.23.2 视频信息获取技术视频信息获取技术11 1 颜色的基本概念颜色的基本概念一幅图像一幅图像f（x，y）其分辨率为其分辨率为 512512 512 512 256256 256256 21 1 颜色的基本概念颜色的基本概念PALPAL制制 2525帧帧/秒秒NTSCNTSC制制 3030帧帧/秒秒图像是二维数据图像是二维数据视频是三维数据视频是三维数据3 多媒体计算机处理图像多媒体计算机处理图像和视频，首先必须把连续的和视频，首先必须把连续的图像函数图像函数f(x
2、,y)f(x,y)进行空间进行空间和幅值的离散化处理和幅值的离散化处理。采样和量化采样和量化4n n采样：空间连续坐标采样：空间连续坐标(x,y)(x,y)的离散化，的离散化，叫做采样；叫做采样；n n量化：量化：f(x,y)f(x,y)颜色的离散化，称之为颜色的离散化，称之为量化。量化。n n数字化：两种离散化结合在一起，叫数字化：两种离散化结合在一起，叫做数字化做数字化.离散化的结果称为数字图像。离散化的结果称为数字图像。采样和量化采样和量化5YXf(x,y)X YX Y的离散化称为采样的离散化称为采样f f（x x，y y）值的离散化称为量化值的离散化称为量化6nI(Y)I(Y)亮度：光
3、的强和弱。亮度：光的强和弱。nH H 色调：光的波长、人眼的感色调：光的波长、人眼的感觉觉(反映反映)颜色颜色(的基本特征的基本特征)。nS S 饱和度：颜色渗入白光的程饱和度：颜色渗入白光的程度度(表示表示)颜色深浅的程度。颜色深浅的程度。亮度、色调、饱和度亮度、色调、饱和度7红红 +白光白光 粉红色粉红色 饱和度下降饱和度下降红红 +另一种颜色的光另一种颜色的光 色调发生变化色调发生变化亮度、色调、饱和度亮度、色调、饱和度8三基色三基色(RGB)(RGB)的原理：的原理：自然界常见的各种颜色光，都自然界常见的各种颜色光，都是由红是由红(R)(R)、绿绿(G)(G)、蓝蓝(B)(B)三种颜色
4、三种颜色光按不同比例相配而成，同样绝大光按不同比例相配而成，同样绝大多数颜色也可以分解成红、绿、蓝多数颜色也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就是色度学中最基本三种色光，这就是色度学中最基本的原理的原理三基色原理。三基色原理。9 红色红色+绿色绿色=黄色黄色红色红色+蓝色蓝色=品红品红绿色绿色+蓝色蓝色=青色青色红色红色+绿色绿色+蓝色蓝色=白色白色10分色棱镜分色棱镜11选色膜的反射与透射选色膜的反射与透射12 RGBRGB和黑白电视信号不兼和黑白电视信号不兼容，希望空中发射的信号转换容，希望空中发射的信号转换成成YUVYUV信号。信号。当白光的亮度用当白光的亮度用Y Y来表示来表示时，它和红
5、、绿、蓝三色的关时，它和红、绿、蓝三色的关系可用如下方程描述：系可用如下方程描述：Y=0.299R+0.587G+0.114B Y=0.299R+0.587G+0.114B 131.RGB 1.RGB 空间空间 任意颜色的光任意颜色的光F F，其配色方其配色方程可写成：程可写成：F=rR+gG+bB F=rR+gG+bB 其中其中r r、g g、b b 为三个系数为三个系数 2 2 彩色空间彩色空间142.YUV 2.YUV 和和 YIQ YIQ 彩色空间彩色空间 PAL PAL 用用 YUVYUV空间空间 NTSC NTSC 用用 YIQYIQ空间空间n亮度亮度 Y Yn色差色差 U V U
6、 V 15Y=0.3R+0.59G+0.11B Y=0.3R+0.59G+0.11B U=m(B-Y)=0.493(B-Y)U=m(B-Y)=0.493(B-Y)V=n (R-Y)=0.877(R-Y)V=n (R-Y)=0.877(R-Y)把把 B-YB-Y、R-Y R-Y 叫色差。叫色差。16 Y 0.3 0.59 0.11 R U =-0.15 -0.29 0.44 G V 0.61 -0.52 -0.096 B17Y=0.3R+0.59G+0.11BY=0.3R+0.59G+0.11B实现实现:运放运放Y YR RG GB B18用用YUVYUV和和YIQYIQ的好处：的好处：(1).
7、(1).亮度信号亮度信号Y Y解决了彩解决了彩色电视机与黑白电视的兼容色电视机与黑白电视的兼容问题。问题。19用用YUVYUV和和YIQYIQ的好处：的好处：(2).(2).大量实验表明，人眼大量实验表明，人眼对色差信号不敏感，而对亮对色差信号不敏感，而对亮度信号特别敏感。度信号特别敏感。20用用YUVYUV和和YIQYIQ的好处：的好处：Y Y 带宽带宽4.43MHz4.43MHz（PALPAL）（因为敏感）因为敏感）U U、V V 带宽带宽1.3MHz 1.3MHz (因为不敏感因为不敏感)电视台的一个节目频道为电视台的一个节目频道为6M6M21 (3).(3).传输电视信号传输电视信号V
8、 VU U相角相角 幅度幅度22由于人眼对亮度信号敏感，由于人眼对亮度信号敏感，选择量化的比例为：选择量化的比例为：(4).(4).量化比例量化比例 Y:U:V=8:4:4 Y:U:V=8:4:4 Y:U:V=8:2:2 Y:U:V=8:2:2 Y:U:V=8:8:8 Y:U:V=8:8:823 RGBRGB与与YUVYUV和和YIQYIQ之间的转换之间的转换 HSIHSI空间与空间与RGBRGB之间的转换之间的转换3 3 彩色空间的转换彩色空间的转换24 Y 0.3 0.59 0.11 R U =-0.15 -0.29 0.44 G V 0.61 -0.52 -0.096 B（1 1）RGB
9、RGB与与YUVYUV之间的转换之间的转换25 Y 0.3 0.59 0.11 R I =0.6 -0.28 -0.32 G Q 0.21 -0.52 0.31 B （2 2）RGBRGB与与YIQYIQ之间的转换之间的转换26n H H：Hue Hue 代表色调（纯代表色调（纯度、颜色）度、颜色）n S S：Saturation Saturation 代表饱和度代表饱和度n I I：Intensity Intensity 代表亮度、强度代表亮度、强度 （3 3）HSIHSI空间空间27HSIHSI彩色空间与彩色空间与RGBRGB彩色空间之间的转换彩色空间之间的转换28 R 14331 R 1
10、4331 G 14331 G 14331 B 31255 B 31255 H 60240 H 60240 S 180180 S 180180 I 105105 I 105105例例:黄色黄色=蓝色蓝色294 4 黑白和彩色全电视信号黑白和彩色全电视信号1.1.黑白全电视信号黑白全电视信号2.2.彩色全电视信号彩色全电视信号30 空中发射的经过高频头空中发射的经过高频头解出的信号就是全电视信号。解出的信号就是全电视信号。二维信号二维信号 为一维信号为一维信号扫描扫描31扫描方式：扫描方式：隔行扫描和逐行扫描隔行扫描和逐行扫描隔行扫描隔行扫描奇数场奇数场+偶数场偶数场=1=1帧帧每每一行有正程和逆
11、程。一行有正程和逆程。32隔行扫描隔行扫描 奇数场奇数场+偶数场偶数场=1=1帧帧奇数场奇数场偶数场偶数场33 每一行有正程每一行有正程(显示显示)和和逆程（消隐）逆程（消隐）每一场有正程每一场有正程(显示显示)和和逆程（消隐）逆程（消隐）344 4 黑白和彩色全电视信号黑白和彩色全电视信号1.1.黑白全电视信号黑白全电视信号2.2.彩色全电视信号彩色全电视信号35一、一、黑白全电视信号黑白全电视信号1.1.黑白全电视信号的组成黑白全电视信号的组成2.2.从时间上看全电视信号从时间上看全电视信号3.3.从幅度上看全电视信号从幅度上看全电视信号361).1).黑白全电视信号黑白全电视信号 黑白全
12、电视信号主要由三个黑白全电视信号主要由三个部分组成：部分组成：图像信号图像信号复合消隐信号复合消隐信号复合同步信号复合同步信号371).1).黑白全电视信号黑白全电视信号行消隐行消隐场消隐场消隐行同步行同步场同步场同步图像信号图像信号复合消隐信号复合消隐信号复合同步信号复合同步信号38每行每行时间为时间为64s64sA AO OB B正程正程(图像信号图像信号)从从A-OA-O，52.2s52.2s逆程逆程(消隐信号消隐信号)从从O-B O-B 11.8 s+250 ns 11.8 s+250 ns2).2).从时间上看全电视信号从时间上看全电视信号39行同步信号宽度行同步信号宽度 4.7 s
13、+100 ns4.7 s+100 ns 行行延迟延迟 1.3 s+250 ns1.3 s+250 ns2).2).从时间上看全电视信号从时间上看全电视信号40行延迟行延迟1.3 s1.3 s行同步行同步4.7 s4.7 s逆程逆程11.8 s11.8 s正程正程52.2 s52.2 s每行时间为每行时间为 64 s64 s41 一帧一帧 =奇数场奇数场 +偶数场偶数场 625行行=312.5 +312.5 场消隐信号场消隐信号 =25 64 +11.8 =1600 +11.8 =1611.8 s 场同步场同步=3 64=192 s42 峰峰峰峰 值为值为1 1伏伏 以同步信号作为以同步信号作为
14、100%100%，黑电平和消隐电平为黑电平和消隐电平为70%70%，白电平为白电平为0%0%，图像信号介于，图像信号介于白电平和黑电平之间，根据白电平和黑电平之间，根据图像的灰度而变化。图像的灰度而变化。3).3).从幅度上看全电视信号从幅度上看全电视信号433).3).从幅度上看全电视信号从幅度上看全电视信号在标准的在标准的1V1V全电平信号中全电平信号中同步信号同步信号 0.7V-1V 0.7V-1V 0.3V+9mV 0.3V+9mV图像信号图像信号 0V-0.7V 0V-0.7V 0.7V+20mV 0.7V+20mV 44同步信号同步信号 0.7V-1V0.7V-1V图像信号图像信号
15、 0V-0.7V0V-0.7V 峰峰峰峰 值为值为1 1伏伏45行延迟行延迟1.3 s1.3 s0V行同步信号宽度行同步信号宽度4.7 s4.7 s0.7V1V逆程逆程11.8 11.8 ss52.2 s11.8 s46 黑白全电视信号黑白全电视信号474 4 黑白和彩色全电视信号黑白和彩色全电视信号1.1.黑白全电视信号黑白全电视信号2.2.彩色全电视信号彩色全电视信号482.2.彩色全电视信号彩色全电视信号 在现代彩色电视系统中，在现代彩色电视系统中，通常采用通常采用YUVYUV彩色空间或彩色空间或YIQYIQ彩彩色空间，色空间，Y Y为亮度信号它可以与为亮度信号它可以与黑白全电视信号兼容
16、，黑白全电视信号兼容，U U和和V V用用到载波频率到载波频率 scscscsc调制加到亮度调制加到亮度Y Y上，最后形成彩色全电视信号。上，最后形成彩色全电视信号。492.2.彩色全电视信号彩色全电视信号 彩色全电视信号，如下式所示彩色全电视信号，如下式所示 CVBSCVBS=Y+U Sin=Y+U Sin scscscsc t t +K V +K V CosCos scscscsc t t scsc=4.44MHz=4.44MHz K =+1 K =+1_ _50 最后将亮度、复合同步信最后将亮度、复合同步信号混合放大，形成号混合放大，形成PALPAL制彩色全制彩色全电视信号。以电视信号。以100%100%幅度和幅度和100%100%饱和度饱和度(简写为简写为100/100)100/100)的彩条的彩条信号为例的彩色全电视信号如信号为例的彩色全电视信号如图所示图所示。5152