数字视频处理 第1章 数字视频基础.ppt

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1、第第1章章数字视频基础数字视频基础1.1 人类视觉系统人类视觉系统光辐射刺激人眼时，将会引起复杂的生理和心理的变化，这种感觉就是视觉。1.1.1人眼的构造人眼的构造1.1.2可见光谱与视觉可见光谱与视觉1.亮度视觉2.彩色与视觉3.立体视觉1.1.3亮度、颜色与立体感觉亮度、颜色与立体感觉1.亮度适应性2.人眼察觉亮度变化的能力3.色调对比效应4.饱和度对比效应5.面积对比效应1.1.4视觉特性视觉特性1.1.4视觉特性视觉特性6.马赫效应7.视觉惰性8.闪烁感觉9.视野与视觉10.人眼的分辨力11.人眼的彩色分辨力1.1.5视觉系统模型视觉系统模型1.视觉信息处理模型视觉信息处理模型2.黑白

2、视觉模型黑白视觉模型3.彩色视觉模型彩色视觉模型1.2彩色模型彩色模型常用的彩色模型主要有：彩色色度学模型、工业彩色模型和视觉彩色模型。1.2.1三基色原理与相加混色三基色原理与相加混色1三基色原理三基色原理自然界的绝大多数彩色都可以由三种不同的基色按不同的比例相加混合得到，合成彩色的亮度是这三个基色的亮度之和，色度则由三个基色分量的比例决定。2.相加混色相加混色混色方法时间混色法空间混色法生理混色法全反射混色法1.2.2彩色色度学模型彩色色度学模型1.CIE-RGB彩色模型对于任意给定的颜色F的配色方程2.XYZ彩色模型彩色模型配色方程为X、Y、Z与CIE-RGB物理三基色之间的转换关系：1

3、.RGB彩色显示模型彩色显示模型2.CMYK彩色模型彩色模型相减混色CMYK模型3.彩色传输模型彩色传输模型YUV彩色模型YIQ彩色模型1.2.3工业彩色模型工业彩色模型1.2.4HIS模型模型与RGB模型之间的转换关系1.3视频视频1.3.1视频表示视频表示活动图标静止图像1.3.2视频信息和信号特点视频信息和信号特点直观性确定性高效性广泛性高带宽性1.模拟视频信号模拟视频信号2.视频光栅扫描视频光栅扫描1.3.3模拟视频模拟视频逐行扫描隔行扫描光栅特性模拟电视系统标准复合视频信号3.模拟视频信号表示模拟视频信号表示4.模拟电视系统模拟电视系统1.模拟视频信号数字化模拟视频信号数字化2.数字

4、视频信号数字视频信号3.数字视频的特点及应用数字视频的特点及应用4.ITU-TBT.601数字视频标准数字视频标准1.3.4数字视频数字视频1.4多维随机信号分析多维随机信号分析1.4.1多维信号与系统多维信号与系统1.二维数字视频系统模型二维数字视频系统模型3.线性系统线性系统叠加原理齐次原理4.线性移不变系统线性移不变系统1.4.2二维离散傅里叶变换二维离散傅里叶变换对于NxN大小的二维离散图像信号，其傅里叶变换和反变换定义为1.随机过程2.随机图像3.随机图像的数字特征4.平稳性与平稳随机图像5.各态历经性与各态历经的随机图像1.4.3随机图像随机图像1.4.4平稳随机图像通过线性移不变

5、系统平稳随机图像通过线性移不变系统系统输出均值系统输出相关函数系统输出功率谱密度1.5数字信号数字化数字信号数字化1.5.1模拟视频数字化模型模拟视频数字化模型数字化包括两方面：取样和量化。1.5.2视频信号取样视频信号取样模拟视频信号在时空上的离散化称为取样取样，即将连续模拟视频信号转化为离散的数频信号，以便进行量化处理。1.一维取样一维取样1）一维取样定理）一维取样定理定理：一个随时间变化的模拟信号的频率为ffm,fm为低通模拟信号的最高频率2）理想取样理想取样3）取样频率选取）取样频率选取2.二维取样1）二维取样定理定 理2）取样函数3)二维取样3.取样失真取样失真1)混叠失真2)孔径失

6、真3)其他噪声1.5.3图像量化图像量化1.概述概述量化用途：一是将模拟信号转化为数字信号，以便进行数字处理和传输；二是用于数据压缩。量化器的功能是按照一定的量化规则对取样信号的幅度值近似表示，是量化器输出的幅度值的大小为优先个数。2.标量量化标量量化目前，最常用的是均方误差量化器，其量化误差为：3.均匀量化均匀量化在两化过程中，使量化误差最小的量化器称为最小量化器。最佳量化的判决电平和量化电平为4.最佳量化最佳量化基基本本原原理理失失真真测测度度LGB算算法法SOM算算法法初初始始码码书书码码矢矢搜搜索索5.适量量化适量量化1.6数字视频质量评价数字视频质量评价视频质量的含义包括逼真度和可懂

7、度。1.6.1视频图像主观评价视频图像主观评价通过人给定条件下观察视频图像，对视频图像的优劣作主管评定，然后对评分进行统计平均所得出的评价结果。1.6.2视频图像客观评价视频图像客观评价1.7视频模型视频模型视频信号是从动态的三维景物投影到视频摄象机图象平面上的一个二维图象序列。即视频是一个三维信号，具有两个空间维（水平和垂直所构成的图象平面）和一个时间维。1.7.1照明模型照明模型照明模型主要用于描述照明变化引起的视频信号在时间上的变化。照明模型可分为光谱模型和几何模型。光源有两种：照明光源和反射光源。反射光的辐射强度的分布与入射光的光强fi(L,V,N,P,t,)和物体表面的反射系数r(L

8、,V,N,P,t,)有关，即 fr(L,V,N,P,t,)=r(L,V,N,P,t,)fi(L,V,N,P,t,)1.7.2摄象机模型摄象机模型摄象机模型描述真实场景中物体在摄象机成像图象平面上的投影，即实现四维空间（X，Y，Z，t）到三维空间（x，y，t）的映射，1.透视投影透视投影透视投影也称为中心投影。以摄象机（例如针孔摄象机）为中心，观察空间中的物体，可以获得物体在二维图象平面上的投影图象，如图1-34所示。2.正交投影正交投影当物体距离摄象机很远时，中心投影可用正交投影（也称为平行投影）来近似，即 或3摄象机运动摄象机运动（1）跟和吊）跟和吊（2）倾和摇）倾和摇（3）变焦）变焦（4）滚）滚1.7.3物体模型物体模型1形状模型形状模型一个三维物体的形状由它在所占据的三维空间来描述。通常由于我们不太关注物体的内部，因此可用物体的表面来描述它的形状。通常可采用三角形网格（即线框）方法，即三角形网格是用位于物体表面控制点的顶点来构建的。2.刚体运动模型刚体运动模型当控制点不能被独立地移动和不能改变物体的形状时，该物体就是刚性的。否则，就是柔性的。一个物体可以是刚性的或柔性的。