Основы обработки изображений в видеоинформационных системах (ВИС)

1.

ОСНОВЫ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ВИДЕОИНФОРМАЦИОННЫХ
СИСТЕМАХ (ВИС)
Задача видеоинформациооных систем - в дистанционном
отображении явлений и событий, информация о которых поступает к
нам в зрительном и звуковом виде
Эта задача решается с помощью комплекса аппаратуры для оптической
проекции, преобразования, кодирования, передачи, декодирования,
отображения и других операций по обработке визуальной информации.
Конечным звеном, приемным индикатором в подавляющем большинстве
случаев служит глаз. Поэтому ВИС должна строиться с расчетом на
зрительную систему человека, с помощью которой реальный мир
воспринимается в красках и динамике.
В основе передачи визуальной информации лежат три физических
процесса: преобразование световой энергии из оптического изображения
в электрический сигнал; передача этого сигнала по каналу связи;
преобразование принятых сигналов в оптическое изображение.

2.

Рекомендуемая литература
1. Телевидение. Учебник для вузов
под ред. проф. В.Е. Джаконии. – 4-е изд. М.: Горячая линия-Телеком,2007
2. Практикум по Телевидению
Учебное пособие СПб ГУТ, 2013
3. Телевидение: Лабораторный
практикум/Под ред. проф. А.А.Гоголя. СПб: Линк,2009

3.

Джакония В.Е.и др. Телевидение. Учебник для вузов, 4
изд., М., 2007, 616с
Практикум по телевидению. Учебное пособие, СПбГУТ,
2013, 90с
Телевидение. Лабораторный практикум. Под ред. А.А.
Гоголя. СПб, 2009, 187с

4.

5.

Физические основы телевидения
Объект
наблюдения
Светоэлектрический
преобразователь
Электрооптический
преобразов
атель
Канал
электр.
связи
Телевизионная
система
Наблюдатель
(зритель)

6.

F - световой поток
F(λ)
Fo(λ)
ρ(λ) = Fo(λ) / F(λ)

7.

Видимая часть спектра электромагнитных
колебаний - 380 … 760 нм
Относительная спектральная
чувствительность глаза: Стандартная
кривая относительной видности
глаза

8.

Физические характеристики объекта
2
L - яркость, [ кд/м ]
λ
(светлота)
- длина волны, [ нм]
(цветовой тон)
цвет
цветность
p - чистота цвета [ % ] ,
(насыщенность)
x, y, z – пространственные характеристики
t
- временной параметр

9.

Обобщенная структурная схема
телевизионной системы
L(x,y)
F
Оптическая
система
Uс(t)
Преобразователь светсигнал
Р\пд
устр.
U’с(t)
Канал
связ
и
Р\пр
устр.
F’
Преобразователь
сигнал-свет
L(x,y)

10.

Основные принципы телевидения
1.Поэлементные анализ и синтез изображений :
разбиение поля изображения на конечное число
элементов
Nэл
h
L11 L12 L13 …. Lxy
b

11.

y
Nэл
h
b
x
Nэл - число элементов изображения
Z - число строк разложения ( горизонтальных линий )

12.

Nэл = z *. z *k = k z2
z - число строк разложения
k - формат кадра
k=b/h
h
b

13.

N эл = 165
Z = 11

14.

N эл = 30000
Z = 150

15.

Nэл = 350000
Z = 500

16.

Телевизионный растр
Совокупность видимых строк
разложения Z
1
2
3
4
5
6
7
8

17.

3. Покадровые передача и прием изображений
Реализация в кино и телевидении передачи движения
Телевизионный кадр
n -
[ кадр/сек ]

18.

Обобщенная структурная схема
телевизионной системы
Передающая часть
L(x,y)
ПТВС
ТВ сигнал
F
Uc(t)
Преобр.
Усилитель
формиров.
свет/сигнал
ix
Передатчик
СГ
ССП
iy
Uc(t)
СИ
Разверт.
устройство
КИ
Синхрогенератор
ССП=ССИ+КСИ
СГ=СГИ+КГИ
ПТВС= ТВС+ ССП+ СГ

19.

Приемная часть
ВЧ – часть
приёмника
U’c(t)
ПТВС
L(x,y)
U’c(t)
Видео
усилитель
преобразоват
ель сигнал свет
ПТВС
Устройство
селекции синхроимпульсов
ССИ
КСИ
ix
iy
Развёртывающие устрой-ства
F

20.

Телевизионный сигнал
Lср
Lср
I
II
III
IV
L1
Lmax
Lср
Lmin
L2
L3
Lmax
Lmin(=0)
x
x
x
L4
x

21.

I
II
III
IV
Ix
Tx
Imax
t
0
Imin
Tx1
ПТВС
Tx2
Уровень белого
Uc
Ucmax
100%
Ucmin
0
Уровень чёрного
Уровень гашения
0…5%
43%
tсси
tгси
ПТВС = ТВС + ССП + СГ
Уровень синхрон.
t

22.

СИГНАЛ
ГАШЕНИЯ
СГ = СГИ + КГИ
СГИ:
fсги = fx = 15625 Гц
tсги = 12 мкс
КГИ:
fкги = fy = 50 Гц
tкги = 1,6 мс

23.

СИГНАЛ СИНХРОНИЗАЦИИ
ССП = ССИ + КСИ
ССИ:
fсси = fx = 15625 Гц
tсси = 4,7 мкс
КСИ:
fкси = fy = 50Гц
tкси = 160 мкс
СИ :
fси = fсси = fx
КИ:
fки = fкси = fy

24.

Основные характеристики ТВ сигнала
- импульсная форма
- периодичность
- униполярность
(размах, длительность импульсов, время
нарастания и спада)
( с частотой fy , fx )
( среднее за период значение не равно
0 : ТВ сигнал содержит среднюю «постоянную» -составляющую )
- динамический диапазон
- спектр частот
( уровень черного –уровень белого )
( fmin –fmax)

25.

- воспроизведение контуров и мелких деталей
изображения
fmax
- определяется минимальным размером детали
изображения аэл, которая еще может быть
воспроизведена ТВ системой
аэл
kz
время развертки одного
элемента размером аэл --
z
tэл
1. Скорость развертки
2.Размер развертывающего элемента (апертура
электронного луча)
tэл

26.

fmax = 1 / 2 tуст
f max
1
2tфмин
t
фми н
tэ
tэ = Tк / Nк
Tк - время передачи кадра
Nк - число элементов в кадре
Tк = 1 / n ;
Nк = kz * z = kz 2
n – число кадров, передаваемых в 1 сек
k - формат кадра
z - число строк разложения
fmax = 1 / 2 tэ = kz2n / 2

27.

fmax=p*(kz2n/2)*((1-β)/(1-α))
p = 0,8
k= 4/3
z = 625
fmax = 6,0 MГц
n = 25 к/сек
β = 0,08
α = 0,18
K
f
0
2 Гц
50 Гц
6,0 МГц

28.

Основные параметры ТВ системы ( ТВ развертки)
Выбор параметров вещательной ТВ системы и их
согласование с характеристиками зрительного
анализатора
1. Формат кадра
k
2. Число строк разложения
z
3. Число кадров, передаваемых в 1 сек n
4. Вид развертки
fmax=p*(kz2n/2)*((1-β)/(1-α))

29.

Формат кадра
k=b/h
h
b
Желтое пятно
k=4/3
k=4/3
k =16/9
α=120 …150
β=160…200

30.

Число строк разложения z
2h/z
α
δ
h
lопт.
lопт = 4… 6 h
δ = 0,5‘ …2,0‘ –разрешающая способность глаза человека
2h
------------Z * lопт
= tgδ ≈ δ
Z = 600…2000

31.

G – показатель качества
100%
95%
600
1200
z
Z = 625 стандарт России (Европа,Азия,Африка)
Z = 525 стандарт США, Японии(Америка)
HD: 1080 строк

32.

ТВ: замена движущегося объекта отдельными фазами движения (кадрами)
n к/cек
Восприятие движущегося изображения
n > nкр –движение воспринимается как слитное, плавное
n кр=16 …24 к/сек
n = 25 к/сек
ТВ: воспринимаемое зрителем изображение - мерцающий источник света ( с
частотой вертикальной (кадровой ) развертки) fy
Восприятие
мерцающего источника света
fy > fкр - мерцания источника света не заметны
fкр = 9,6 lg L + 26,8
L =100 кд/м2 : fкр = 46-48 Гц
Частота
кадровой(вертикальной)
развертки fy
fy = 50 Гц