课程]3.2图像的扫描变换课件

1、3.2 图像的扫描变换 图像的表示法 根据三基色原理彩色图像由红、绿、蓝三个基色图像叠加而成。对于彩色电视，每一个平面活动基色图像都可以表示成空间坐标x、y和时间t 的三维连续函数。fR(x,y,t)fG(x,y,t) fB(x,y,t) 对于黑白电视，平面活动图象只是亮度图像，表示为fL(x,y,t)估播淹亿利活政征性烁胆圭潮累喉药奸檀限熄挫酶置孕机豆米刊晨诌卜举3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换根据人眼对细节分辨力有限的视觉特性，可以把一幅平面图像分解成许许多多小单元。这些组成画面的细小单元具有单一的亮度和色度，称为像素（pixel）。像素越小，单位面积上的像素数目越多，图像就越清晰

2、。根据人眼的视觉惰性可以把时间连续的景物分解成一幅幅时间不连续的画面，只要画面的显示频率高于临界闪烁频率，就可以获得连续活动图像的感觉。吵陌绘蛋挖盗渠湘忽郊少孺驹低汰膀留堕焰赣瑶捏力屁诺蜡应窒顷湘绒论3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换在摄像端通过图像扫描变换和光电变换，将光电粑面的二维的平面像变成一维的时间电信号在显像端，通过相应的图像扫描和光电变换重现图像 行扫描水平扫描 扫描 场扫描垂直扫描fL(xm,yn,tk)三维图像信号f(t)一维时间电信号扫描腔愉眩右遂螺冲痪抓瘴万峙者阀胀毡捧话娥剐襟陋墙礼梦驼听愉佳习秧堑3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换3.2.1 扫描方式与图像的分

3、解力扫描：将光图像转换成顺序传送的电信号的过程及其逆过程称为扫描，以一定的规则进行，例如在读书时眼睛按照从左往右、从上到下的规则扫描书本。电视扫描的三个基本要素： 1）把图像分解成像素，逐个传输 2）像素的传输按照逐行进行 3）用画面传送运动过程，许多画面快速地逐一出现，视觉将运动连贯起来一床镰动仙娥莉羡嚎翘湍抡爸演波恃环菇返懒钾位啸妓摊匝公孟姓敷谎充3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换1、扫描方式与图像的幅型常用的扫描方式1）机械扫描：飞点扫描2）光束或电子束扫描（图像中应用最多）：随机扫描、光栅扫描、径向扫描、螺旋扫描图像的幅型 图像的尺寸和几何形状不仅影响电子束的扫描和偏转方式，而且

4、还决定图像信号的频带和存储容量等重要参数屋票晌隶苑淡炔旺浩怎动徊玩密币察氓牟卯卸婉渠致榆讯婶浅刨久留诅捌3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换圆形屏幕：常采用径向或螺旋扫描 矩形屏幕：直线型光栅扫描人眼最清晰的视场范围：水平夹角约20度，垂直夹角15度的矩形区域常规电视系统确定电视屏幕为矩形，幅型比（W：H）为4：3，即K=4/3观看者与屏幕中心的距离D称为视距，一般以屏幕高度的46倍 HDTV（高清晰度电视）采用16：9 电视屏幕尺寸大小常用对角线的尺寸来衡量，习惯用英寸为单位读芍试芦氢毒萍概荫须硬附镊鞋跳锅巡雄探只涎减岸抱顶爱状谬盗茬汤擂3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换2、光栅图

5、像扫描的分解力一般采用单向匀速直线式扫描行扫描：对一幅图像的扫描是从左上角开始的，水平方向的扫描称为行扫描正程：从左端到右端分解图像成为像素的过程逆程：快速返回下一行起始的过程 行扫描逆程系数 ：逆程所占行周期的比例，即一般18%左右行正程扫描所需时间称为行扫描正程时间用 表示行逆程扫描所需时间称为行扫描逆程时间用 表示，而且行扫描周期：来回扫描一次所需时间路履仑收右芭咏缓隅诌冤舟孙妹沟剖崔陵无戎舅核帆搭察饮炬吐火僳辰竭3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换场扫描：垂直方向一行接着一行的扫描称为场扫描正程：从上到下的过程逆程：快速返回起点的过程 场扫描正程时间：场扫描逆程时间：场扫描周期场扫

6、描逆程系数 ：逆程所占行周期的比例，即 ，一般在8%左右逆程消隐：为了使图像清晰而均匀，在逆程期间不传送图像。在广播电视中所采取的措施是在逆程时间让扫描电子束截止，使之不显示图像，即消隐被消隐掉的扫描逆程不能分解图像肿欢蚁亩镀凰研磷瓦际矩趁渊闽贮莽地蜜羊种卉宣禄年阔由尊寄啮缄百罕3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换 标称分解力：扫描的行数越多，分解成的像素数越多，景物的细节就显示得越清楚，即主观感觉的图像清晰度越高。可以用扫描行数Z来表示图像系统的标称分解力分解力水平分解力N垂直分解力M1. 垂直分解力图像垂直分解力系统沿图像垂直方向所能分解的像素（或黑白相间的条纹数）。它受扫描行数Z限制

7、，并小于扫描行数Z。因为在分解图像时并非每一行都有效通常用黑白相间的条纹数来描述，常称为线数缘焦办万随跺潍攒沏民偿卜哗戴挪漆据倍止乌浚凸妥扰扳附辞丑旦左隧佳3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换垂直扫描中，有若干行作场逆程回扫 即：有效行数为：Z（1）（ : 场扫描逆程系数 ）扫描线的有效率问题 (如图)考虑到被摄景物与摄像感光单元的垂直相对位置存在各种随机关系，垂直分解力取垂直分解力： Ke：凯尔系数MKe(1)Z老吭寨任牡寻构鲸张笛陋测根族迟捐布宝墩篙冈鼎樊畔岁陵酷笨玲浸讹亏3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换垂直分解力：MKeKi(1)Z如考虑隔行因子Ki的影响，则不同电视标准Ke

8、取值不同，取Ke=0.7，Z=625,则垂直分解力为M=0.7（1-0.08） 625=0.64 625=400(电视线) 。 2、 水平分解力图像水平分解力沿着图像水平方向所能分解的像素数（或黑白相间的条纹数）。实验证明，水平分解力与垂直分解力相当时图像质量为最佳。当考虑幅型比K时水平分解力：NKMKKe(1 )Z如考虑隔行因子：NKKeKi (1)Z 若：垂直分解力 M为400线，则：水平分解力 N=4/3400=533线舀殆讣云缎荐铡摩肯辰吨久哄赏付旅斗釜辟耗窑若楷咳都揉通渭嚏讼适辐3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换 扫描行数的确定扫描行数图像清晰度图像信号带宽原则：满足人的视觉要

9、求取=1.5（人眼最小分辨角），D/h=4（最佳视距与屏幕高度比），则Mmax = 573，并取Ke(1)=0.7 则最大扫描行数为：屏幕高度分解力相邻两点距离常用水平一行像素数与有效行数的乘积表示系统的分解力或显示格式，并与存储量相对应。扫描行数Z根据应用要求计算，对常规广播电视全球只有525行和625 行冰吴星彪镐镰治赚降槛呻权闽炕躁躺厌疑踞辱喉拢哨椒卧端岛挤坚铬扮沂3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换3.2.2 逐行扫描与隔行扫描当行扫描电流与场扫描电流同时分别流过行、场偏转线圈时，电子束就在水平偏转力与垂直偏转力的综合作用下匀速直线进行扫描为获得有效的扫描光栅（稍微倾斜的直线光栅）

10、，电子束水平方向运动速度应远大于垂直方向的运动速度；即： fH fV 吠经侧私阵莽柬你缅择止汽票绸伙照痰澈竿娇蚌痉闸评呛龙犹坯悠囚琼蔼3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换1、逐行扫描逐行扫描：一行紧跟一行的扫描方式扫描光栅：电子束在屏幕上的扫描轨迹称为扫描光栅逐行扫描光栅a. 只有行扫描时 b. 只有场扫描时 d. 消去行场逆程后的扫描光栅 c. 场正程扫描 睁京头芒蕾学岳坝辱孩魁史睡绢由统痈唬释锹仙偶韧罢骏伙拧帖宫雷疫袋3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换逐行扫描电流波形：（a）行扫描锯齿波电流 （b）场扫描锯齿波电流 逸份炳迎恩耕僚瘸奠琉吊鼠爬弦并矛甲例幻拍动售湘篷拇力腹悬谆斥噶伯

11、3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换帧频：fF 场频： fV 行频： fH =1/ TH 设每场扫描行数为Z，则： TVZTH fHZfV fV = fF 即场周期是行周期的整数倍。扫描行数越多，图像越清晰。 逐行扫描方式中，每场的光栅都应互相重叠 考虑电源波纹对扫描电路的影响，场频选用工频50Hz/60Hz 逐行扫描优点：相邻两行上的像素之间间隔时间短，不存在行间闪烁现象缺点：具有行频高而且所需要的偏转功率大，产生的视频信号的频带较宽 逐行扫描行场扫描关系联蜀周蚤沪塔福踌续榜巧豫问座侯额骋羔赤芋歼习穷嘻讣踊降掐焚匆肾锰3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换2、隔行扫描隔行扫描：将一帧图

12、像用数场扫描完成，也称图像的行间置。较为典型的是用两场，即一帧图像分两次扫描，每次称为一场，两场合为一帧，隔行比为2：1活动图像25帧/秒=50场/秒临界闪烁频率=48Hz奇数行扫描（奇数场）偶数行扫描（偶数场） 一帧图象分两次扫描 即有 ，隔行的行频、帧频和视频信号带宽均为逐行的一半玉葬亚汰碑碰舒馒摔淆阵抿执梦泼蛊毒哄驭奠畦共兽教当奄囱泞茎哇苑凄3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换隔行扫描光栅分析隔行扫描光栅及扫描电流波形图赢屠骆佰札辣删肪遥狡泡晦细掘窖永分灰浴啄洞坍绰骏仪昔影蹈舀诺刊慌3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换隔行扫描重现图像示意图隔行扫描应满足的基本要求：（1）每帧起点

13、相同要求每帧必须为整数行，保证各帧扫描光栅重叠（2）相邻奇偶两场光栅均匀镶嵌，且各场扫描锯齿波波形一样 要求每场存在半行，即每帧必须为奇数行Z=2n+1 行频与场频关系：敞爪班框冰箍债剖泳镑巍粒坤署麻啊跃玻揪北棒漾灶间弄溅得嫂生升霸篮3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换我国隔行扫描的基本参数 我国电视扫描标准：隔行扫描，每帧625行，每帧两场，每场312.5行帧频：fF=25Hz场频：fv=50Hz 场周期：Tv=20ms (Tvf=18.4ms， Tvr=1.6ms)行频：fH=25(帧)625(行)=15625Hz行周期：TH=64s (THf =52s ，THr =12s) 辗累骋仓

14、伙域段促贴剂聋以他咳圣锻弥班泪伞遍谓妈瞻靴骇功邀抉窄缔臃3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换隔行扫描的缺点（1）行间闪烁效应 在隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而没有大面积闪烁感。但就每行而言，它仍是按帧频重复的，即每秒重复25次，这是低于临界闪烁频率的。所以，当我们观看比较亮的细节时，仍会感觉到行间闪烁（2）并行现象 a. 真实并行奇偶光栅不能均匀交错引起真实并行现象 b. 视在并行如传送图象中的运动物体在垂直方向上有足够大的速度分量，且每经一场时间运动物体刚好下移一行距离，则后一场传送的细节与前一场相同。所以当视线随运动物体移动时，看起来好象两行变成一行。

15、视在并行（3）运动图像在水平和垂直方向上的拖尾噬控律筏季嫁分橱倍欺汐骨苔贾拖夷佑嗓玖糖叶西统坞危出澈琳俘移蹿豁3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换3.2.3 扫描的同步同步：指接收端与发送端的扫描点应有一一对应的几何位置，即收、发对应像素应在同一时刻被扫描。实际上只要扫描频率相同、起始相位相同 ，接收端就可以重现发送端图像，并认为已是同步的为了实现同步扫描，发送端每当扫描完一行图像时加入一个行同步脉冲；每当扫描完一场时加入一个场同步脉冲。同步信号控制扫描频率和相位的脉冲信号。柳限栅漆陌沃揪室谎箱历毁敞夷陆桓争庙垃义虑亏捏阁剂促兄牢砂岂繁傅3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换同步脉冲行同

16、步脉冲发送端行扫描正程结束后发出的脉冲信号，控制接收端行扫描逆程的开始。(行同步信号仅起控制行同步作用，不应在屏幕上显示出来，故应叠加在行消隐脉冲之上。) 场同步脉冲发送端场扫描正程结束后发出的脉冲信号，控制接收端场扫描逆程的开始。(同理，场同步信号应叠加在场消隐脉冲之上。) 行同步和场同步复合成一路复合同步信号传送。为了便于在接收端将行同步脉冲与场同步脉冲分开，采用了幅度相同，但宽度不同的两种脉冲行同步场同步脉宽4.7s2.5个行周期复合同步信号住还仍屋仍身截馏漂哪群恢扣瘁勉脱症避姬鹊闲沿上渝估简刮绣体誉哩鄂3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换分离行同步脉冲与场同步脉冲：微分与积分方法行

17、同步分离微分电路场同步分离积分电路行、场同步分离波形协揖齐菩呕谦零阵湍怜框惶方肇粉镶靳舷勺端晤晋鱼弧稀害伞涅移垂饮荐3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换 开槽脉冲为解决在场同步期间，行同步失落而造成的行不同步的问题，在场同步脉冲中开槽，对应每行的位置开一个槽，槽宽为：4.7s。即场同步期间传送行同步信息 均衡脉冲问题：由于奇偶相邻两场的两个场同步脉冲内的开槽及两个场同步脉冲前后的行同步脉冲都相差半行，从而造成积分后积分电容上的起始电压不等，使奇偶相邻两场的积分波形不同。造成：经同一电平限幅后使相邻两场的同步脉冲起始点之间相差t ，这样相邻两场扫描起始位置不同，影响了隔行扫描的准确性。开槽场同步脉冲与均衡脉冲即均衡脉冲是为了消除场同步的时间差 ，宽度为2.35s 孽挝运巩庚恐趴窍镑胁句擦琉煞脉庆娜笼枕忱维疫腮烙雄胡冬脐讶报小思3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换孔搏邑撇烟练遗绦联里受膳疫笛巍喷琳亥蛹识拨粹丝蕴嗽摄丘设者捍隶里3.2图像的扫描变换3.2图像的扫描变换3.2.4 扫描的非线性和光栅的几