安防系統(tǒng)規(guī)范與技術(shù) 3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)基本知識

1、1第二章 視頻監(jiān)控系統(tǒng)根本知識 第一節(jié) 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的概念與組成第二節(jié) 圖像產(chǎn)生根底知識第三節(jié) 攝像機根底知識第四節(jié) 監(jiān)視器根底知識第五節(jié) 數(shù)字視頻緊縮根底知識.2第二章 視頻監(jiān)控系統(tǒng)根本知識 第二節(jié) 圖像產(chǎn)生根底知識一、彩色與視覺特性二、電視圖像的傳送三、電視的制式與顏色空間.一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì) 1可見光譜光是一種電磁輻射，光是一種以電磁波方式存在的物質(zhì)。電磁輻射的波長范圍很寬，按波長從長到短的順序陳列，依次是：無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和宇宙射線 。.一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì)1可見光波長在380780 nm范圍內(nèi)的電磁波可以使人眼產(chǎn)生顏色覺得，稱為可見光只含

2、有單一波長的光為單色光，包含有兩種或兩種以上波長的光標為復(fù)合光。2光譜色不同波長的光呈現(xiàn)出的顏色不一樣，一定波長的光譜呈現(xiàn)的顏色稱為光譜色。波長由780 nm向380 nm變時人眼顏色覺得紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7色太陽發(fā)出的白光中包含了一切的可見光的光譜，給人以白色覺得。把太陽輻射的一束光投射到棱鏡上太陽光會經(jīng)過棱鏡分解成一組按紅、橙、黃、綠、青、藍、紫順序陳列的延續(xù)光譜。分解之后的色光再次經(jīng)過棱鏡不能再分解，這種單一波長的色光也稱譜色光3同色異譜光譜完全不同的光，人眼有時會有一樣的色感。用波長540 nm綠光和700 nm紅光按比例混合使人眼得到580 nm黃光色感。這種由不同光譜混合出

3、一樣色光的景象叫同色異譜。 .一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì)2物體的顏色物體分為發(fā)光體和不發(fā)光體。我們看到的顏色有兩種不同的來源：發(fā)光體所呈現(xiàn)的顏色，發(fā)光體的顏色由它本身發(fā)出的光譜所確定，例如，白熾燈發(fā)黃、熒光燈發(fā)白，各種彩色燈和霓紅燈等所發(fā)出的彩色光，各自有其特定的光譜色。不發(fā)光體反射或透射的彩色光。物體的顏色與照射光的光譜和不發(fā)光體對照射光的反射、透射特性有關(guān)。外界光線照射下，能有選擇地吸收一些波長的光，而反射或透射另一些波長的光，從而使物體呈現(xiàn)一定的顏色。例如：紅旗反射太陽光中的紅色光、吸收其他顏色的光而呈紅色；綠色的植物因反射太陽光中的綠色光、吸收一切其它色光而呈現(xiàn)綠色；白紙和白云反射

4、全部陽光而呈白色；煤炭和黑板吸收全部照射光而呈現(xiàn)黑色等等.一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì)2物體的顏色既然物體呈現(xiàn)的顏色是由于物體反射或透射光的種類不同而產(chǎn)生的，那么物體呈現(xiàn)的顏色顯然與照射它的光源有關(guān)。綠草的綠色是由于它在日光照射下才表現(xiàn)出來的，假設(shè)把綠草拿到紅光下察看，就會發(fā)現(xiàn)它不再是紅色而近乎是黑色的，這是由于紅色光源中沒有綠光成分，綠草全部吸收了紅光，所以變成黑色。人們?nèi)粘Ｉ钪卸紩羞@樣的閱歷，某些東西在日光下看到的顏色與在燈光下看到的顏色有差別，恰恰闡明由于日光與燈光這兩種光源所含的光譜成分不同，使同一物體表現(xiàn)為不同的顏色。.一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì)3規(guī)范光源通常的照明光源所發(fā)

5、出的光雖然都籠統(tǒng)地稱其為白光 如太陽、日光燈、白熾燈泡等發(fā)光物質(zhì)不同，它們的光譜成分相差很大，用它們照射一樣物體時，呈現(xiàn)的顏色那么相差較大。白熾燈泡偏橙紅呈暖顏色，而汞燈偏青藍呈冷顏色。為了比較和區(qū)別各種光源的特性，國際照明委員會規(guī)定了幾種規(guī)范白色光源，并以根本參量“色溫予以表征。在電子視頻系統(tǒng)中，用規(guī)范白光作為照明光源。為了便于對規(guī)范白光進展比較和計算，用絕對黑體的輻射溫度色溫表示光源的光譜性能。 .一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì)1絕對黑體也稱全輻射體，是指不反射、不透射，完全吸收入射輻射的物體。它對一切波長輻射的吸收系數(shù)均為1。絕對黑體在自然界是不存在的。實驗?zāi)Ｐ褪且粋€中空的、內(nèi)壁涂黑的球

6、體，在其上面開了一個小孔，進入小孔的光輻射經(jīng)內(nèi)壁多次反射、吸收，已不能再逸出到外面，這個小孔就相當于絕對黑體。絕對黑體所輻射的光譜與它的溫度親密相關(guān)。絕對黑體的溫度越高，輻射的光譜中藍色成分越多，紅色成分越少。 .一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì)2光源的色溫色溫是以絕對黑體的加熱溫度來定義的。絕對黑體被加熱時的電磁波輻射波譜僅由溫度決議。為了區(qū)分各種光源的不同光譜分布與顏色，可以用絕對黑體的溫度來表征。當絕對黑體在某一特定絕對溫度下，所輻射的光譜與某光源的光譜具有一樣的特性時，那么絕對黑體的這一特定溫度就定義為該光源的色溫。例如，溫度堅持在2800 K時的鎢絲燈泡所發(fā)的白光，與溫度堅持在2854

7、K的絕對黑體所輻射光的功率波譜根本一致，于是既稱該白光的色溫即為2854K?？梢?、色溫并非光源本身的實踐溫度，而是表征光源波譜持性的參量。色溫與光源的實踐溫度無關(guān)，彩色電視機熒光屏的實踐溫度為常溫，而其白場色溫是6500K。.一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì)3規(guī)范白光常用的規(guī)范白光有A、B、C、D65和E光源5種。A光源：色溫為2854K的白光，光譜偏紅，相當于充氣鎢絲白熾燈所產(chǎn)生的光B光源：色溫為4874 K的白光，近似中午直射的太陽光。在實驗室中可由特制的濾色鏡從A光源中獲得。C光源：色溫為6774 K的白光，相當于白天的自然光。是NTSC制彩色電視白光規(guī)范光源。D65光源：色溫6504 K

8、的白光，相當于白天的平均光照。是PAL制彩色電視白光規(guī)范光源。 E光源：色溫為5500 K的等能量白光E白。是一種理想的等能量的白光源它是為簡化色度學(xué)計算所采用的一種假想光源。采用這種光源有利于彩色電視系統(tǒng)中問題的分析和計算。電視演播室鹵鎢燈光源的色溫為3200 K，有體積小、亮度高、壽命長、色溫穩(wěn)定等優(yōu)點。 .一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì)4光的度量單位1光通量按人眼的光覺得來度量的輻射功率，用符號表示。單位為流明lm。當555nm的單色光輻射功率為1W時，產(chǎn)生的光通量為683 lm，或稱1光瓦。其他波長時，相對視敏度V下降，一樣輻射功率所產(chǎn)生的光通量隨之下降。 40 W的鎢絲燈泡輸出的光通

9、量為468 lm，發(fā)光效率為11.7 lm/W；40 W的日光燈可輸出2100lm的光通量，發(fā)光效率為52.5 lm/W；電視演播室鹵鎢燈發(fā)光效率可達80100 lm/W。 2光照度衡量單位面積上光通量的大小的量，用符號E表示，單位為勒克斯lux。1勒克斯等于1流明的光通量均勻分布在1平方米面積上的光照度。 為了對光照度單位勒有個大約的印象，以下數(shù)據(jù)可供參考： 室外晴天光照度約為10000勒，多云約為500勒，傍晚約為50勒，月光約為10-1勒，傍晚約為10-2勒，星光約為10-4勒。 。 .一、彩色與視覺特性 一光的性質(zhì).一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性人能覺得到圖像的顏色和亮度是眼睛的

10、生理構(gòu)造所決議的。電影和電視都是根據(jù)人眼的視覺特性發(fā)明的。黑白電視，利用了人眼的視覺惰性，利用了人眼分辨力的局限性。彩色電視，還利用了人眼的彩色視覺特性，主要包括視敏特性和彩色視覺。電影每秒投射24幅靜止畫面，每畫面投射2次，由于人眼的視覺惰性，看起來就同活動景象一樣。電視每秒掃描50幅畫面，每幅畫面是由312根掃描線組成的，由于人眼的視覺惰性和有限的細節(jié)分辨才干，看起來就成了整幅的活動景象。人眼的視覺特性是視頻技術(shù)開展的重要根據(jù) 。.一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性1視覺靈敏度波長不同的可見光光波，給人的顏色覺得不同，亮度覺得也不同，人眼對不同波長光的靈敏度是不同的。 人眼的靈敏度因人而

11、異，同一個人眼睛的靈敏度也隨年齡和安康情況有所變化所以采用統(tǒng)計方法，用許多正常視力的察看者來做實驗，取其平均值。 國際照明委員會引薦規(guī)范視敏度曲線也稱相對視敏函數(shù)曲線。圖中曲線闡明具有相等輻射能量、不同波長的光作用于人眼時， 引起的亮度覺得是不一樣的?？梢钥闯鋈搜圩蠲舾械墓獠ㄩL為555 nm， 顏色是草綠色，這一區(qū)域顏色，人眼看起來省力，不易疲勞。在555 nm兩側(cè)，隨著波長的添加或減少，亮度覺得逐漸降低。在可見光譜范圍之外，輻射能量再大，人眼也沒有亮度覺得。 。.一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性2彩色視覺1桿狀細胞和錐狀細胞人眼視網(wǎng)膜上有大量的光敏細胞，按外形分為桿狀細胞和錐狀細胞。桿狀

12、細胞靈敏度很高，但對彩色不敏感，人的夜間視覺主要靠它起作用，因此，暗處只能看到黑白籠統(tǒng)而無法區(qū)分顏色。 錐狀細胞既可區(qū)分光的強弱，又可區(qū)分顏色，白天視覺主要由它來完成。2紅敏細胞、綠敏細胞、藍敏細胞關(guān)于彩色視覺，科學(xué)家曾做過大量實驗并提出視覺三色原理的假設(shè)，以為錐狀細胞又可分成三類，分別稱為紅敏細胞、綠敏細胞、藍敏細胞。 相對視敏函數(shù)曲線分別為VR、VG、VB，其峰值分別在580 nm、 540 nm、 440 nm處。 圖中VB曲線幅度很低，已將其放大了20倍。三條曲線的總和等于相對視敏函數(shù)曲線V。三條曲線部分交叉重疊，很多單色光同時處于兩條曲線之下 .一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性三

13、條曲線是部分交叉重疊的，很多單色光同時處于兩條曲線之下，例如600 nm的單色黃光就處在VR、 VG曲線之下，600 nm單色黃光既鼓勵了紅敏細胞，又鼓勵了綠敏細胞，引起混合的覺得當混合紅綠光同時作用于視網(wǎng)膜時，使紅敏細胞、綠敏細胞同時受鼓勵，混合光的比例適當引起的彩色覺得，與單色黃光引起的彩色覺得完全一樣。 不同波長的光對三種細胞的刺激量是不同的，產(chǎn)生的彩色視覺各異，人眼因此能分辨出五光十色的顏色。電視技術(shù)利用了這一原理，在圖像重現(xiàn)時，不是重現(xiàn)原來景物的光譜分布，而是利用三種類似于紅、綠、藍錐狀細胞特性曲線的三種光源進展配色，在色感上得到了一樣的效果。 .一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性

14、3分辨力1分辨力的定義分辨力是指人眼在觀看景物時對細節(jié)的分辨才干。眼睛分辨風(fēng)光細節(jié)的才干有一個極限值，我們將這種分辨細節(jié)的才干稱為人眼的分辨力或視覺銳度 。.一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性2分辨力的計算眼睛對被察看物上相鄰兩點間能分辨的最小間隔對應(yīng)的視角的倒數(shù)：分辨力= 1/2-1用L表示眼睛與圖像之間的間隔，d表示能分辨的兩點間最小間隔， 那么有： .一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性3人眼分辨力的特性人眼的最小視角取決于相鄰兩個視敏細胞之間的間隔。對于正常視力的人，在中等亮度情況下觀看靜止圖像時，為11.5。分辨力在很大程度上取決于景物細節(jié)的亮度，當亮度很低時，視力很差，這是由于亮

15、度低時錐狀細胞不起作用。亮度過大時，視力不再添加，甚至由于眩目景象，視力反而有所降低。分辨力在很大程度上取決于景物細節(jié)的對比度，細節(jié)對比度愈小，也愈不易分辨，會呵斥分辨力降低。在觀看運動物體時，分辨力更低。人眼對彩色細節(jié)的分辨力比對黑白細節(jié)的分辨力要低，黑白相間的等寬條子，相隔一定間隔觀看時，剛能分辨出黑白差別，用紅綠相間的同等寬度條子交換，人眼分辨不出紅綠之差，而是一片黃色。.一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性3人眼分辨力的特性人眼對不同彩色，分辨力也各不一樣。假設(shè)眼睛對黑白細節(jié)的分辨力定義為100%，那么實驗測得人眼對各種顏色細節(jié)的相對分辨力為：由于人眼對彩色細節(jié)的分辨力較差，所以在彩色

16、電視系統(tǒng)中傳送彩色圖像時，只傳送黑白圖像細節(jié)，而不傳送彩色細節(jié)，這樣做可減少色信號的帶寬，這就是大面積著色原理的根據(jù)。 。 .一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性4視覺惰性實驗證明，人眼的客觀亮度覺得與客觀光的亮度是不同步的。當一定強度的光忽然作用于視網(wǎng)膜時，不能在瞬間構(gòu)成穩(wěn)定的客觀亮度覺得，而是按近似指數(shù)規(guī)律上升；當亮度忽然消逝后，人眼的亮度覺得并不立刻消逝，而是按近似指數(shù)規(guī)律下降。1視覺暫留人眼的亮度覺得總是滯后于實踐亮度的特性稱為視覺惰性或視覺暫留。 作用于人眼的光脈沖呵斥的客觀亮度覺得滯后于實踐的光脈沖。光脈沖消逝后，亮度覺得還要一段時間才干消逝。t1t2就是視覺暫留時間。在中等亮度的

17、光刺激下，視力正常的人視覺暫留時間約為0.1 s。 。.一、彩色與視覺特性 二人眼的視覺特性2臨界閃爍頻率人眼遭到頻率較低的周期性光脈沖刺激時會感到一亮一暗的閃爍景象，將反復(fù)頻率提高到某個定值以上，由于視覺惰性，眼睛就覺得不到閃爍了。不引起閃爍覺得的最低反復(fù)頻率，稱為臨界閃爍頻率。臨界閃爍頻率與很多要素有關(guān)，最重要的是光脈沖亮度，隨著光脈沖亮度的提高，臨界閃爍頻率也會提高。還與亮度變化幅度有關(guān)，亮度變化幅度越大，臨界閃爍頻率越高。人眼的臨界閃爍頻率約為46 Hz。對于反復(fù)頻率在臨界閃爍頻率以上的光脈沖，人眼不再覺得到閃爍，這時客觀覺得的亮度等于光脈沖亮度的平均值。 。.一、彩色與視覺特性 三色

18、度學(xué)根本概念 1彩色三要素1亮度亮度反映光的亮堂程度。發(fā)光物體的彩色光輻射的功率越大，亮度越高，反之亮度越低。不發(fā)光物體的亮度取決于它反射光功率的大小。假設(shè)照射物體的光強度不變，物體的反射性能越好，物體越亮堂，反之越暗。對于一定的物體，照射光越強，物體越亮堂，反之越暗。2顏色顏色反映彩色的類別。例如紅、橙、黃、綠、青、 藍、紫等不同顏色。發(fā)光物體的顏色由光的波長決議，不同波長的光呈現(xiàn)不同的顏色。不發(fā)光物體的顏色由照明光源和該物體的吸收、反射或透射特性共同決議。.一、彩色與視覺特性 三色度學(xué)根本概念 1彩色三要素3色飽和度色飽和度反映彩色光的深淺程度。同一顏色的彩色光，會給人以深淺不同的覺得，深

19、紅、粉紅是兩種不同飽和度的紅色，深紅色飽和度高，粉紅色飽和度低。飽和度與彩色光中的白光比例有關(guān)，白光比例越大，飽和度越低。高飽和度的彩色光可加白光來沖淡成低飽和度的彩色光。飽和度最高稱為純色或飽和色。譜色光就是純色光，其飽和度為100%。飽和度低于100%的彩色稱為非飽和色，日常生活中所見到的大多數(shù)彩色是非飽和色。白光的飽和度為0。色飽和度和顏色合稱為色度，它表示彩色的種類和彩色的深淺程度。 .一、彩色與視覺特性 三色度學(xué)根本概念2三基色原理1三基色定義仿效人眼三種錐狀細胞，可以任選三種基色，三種基色必需是相互獨立的，任一種基色都不能由其他兩種基色混合得到，將它們按不同比例進展組合，可得到自然界中絕大多數(shù)的彩色。具有這種特性的三個單色光叫基色光，這三種顏色叫三基色。2三基色原理自然界中絕大多數(shù)的彩色可以分解為三基色，三基色按一定比例混合，可得到自然界中絕大多數(shù)彩色?；旌仙念伾惋柡投扔扇幕旌媳壤龥Q議，混合色的亮度等于三種基色亮度之和。 人眼三種錐狀細胞對紅光、綠光和藍光最敏感，所以在紅色、綠色和藍色光譜區(qū)中選擇三個基色按適當比例混色可得到較多的彩色。在彩色電視中，選用了紅、綠、藍作為三基色，分別用R、G、B來表示。 紅基色波長為700 nm， 綠基色波長為546.1 nm，藍基色波長為435.8 nm。.一、彩色與視覺特性 三