Тема 7 new

Тема 7. Принципы формирования и передачи изображенийПлан занятия1. Общие сведения2. Структуры СТЗ3. Понятие о видеосигнале4. Способы кодирования цвета1. Основные понятия и определенияВ системах технического зрения (СТЗ) под изображением объекта, понимают распределение амплитуды его двумерной функции яркости Y(x, y).Яркость и контрастностьY=C=Оценка светового излученияДействие видимого света на глаз зависит не только от физических параметров излучения, но и спектральной чувствительности Sc() глазаНаибольшую видность (световое ощущение)Vmax глаз имеет к излучению с длиной волныλ = 0,555 мкмСветовой потокСила светаГрафик видности глазаОсвещенностьРаспознавание образов – научное направление, связанное с разработкой принципов и построением систем, предназначенных для определения принадлежности данного объекта к одному из заранее выделенных классов объектов.2.

Структуры СТЗКлассификация СТЗпо сложности решаемых задачпо структуре вычислительного процесса1Dмощныеоднопроцессорныесредниемногопроцессорныемалыесистемы с матричным процессоромперсональныесистемы поточной обработкиОсновные задачи СТЗ робота1. ввод (восприятие) информации, т. е. получение изображения рабочей сцены спомощью датчиков;2.

предварительная обработка изображения с использованием методов подавления шума;3. сегментация, т. е. выделение на изображении одного или нескольких представляющих интерес объектов сцены;4. описание, т. е. определение характерныхпараметров (размеров, формы и т. д.)каждого объекта, необходимых для еговыделения на сцене;5. распознавание, или идентификация,объекта, т. е. установление его принад-по типу датчика2DK2D3DОдношинная СТЗ6.лежности к некоторому классу деталей, например к «болтам»;интерпретация, т. е. выявления принадлежности объекта к группе распознаваемых, например: «на сценеесть несколько гаек».3. Понятие о видеосигналеПолным видеосигналом называется совокупность сигнала изображения и служебных сигналов. Сигнал изображения является аналоговым многоуровневым сигналом и строится из сигналов яркости и цветности, служебныесигналы представляют собой набор гасящих, синхронизирующих, уравнивающих и других импульсов.Траектория движения луча (а) и графики кадрового и строчного отклоняющих сигналов (б)При чересстрочной развертке кадр состоит из двух полей, при прогрессивной развертке – из одного.Длительность строчного гасящего импульса составляет 12 мкс или около 19 % периода строки Tс, длительностькадрового гасящего импульса — 1600 мкс или около 8 % периода полукадра Tп.Развертка строк полного черно-белого видеосигналаОсновные параметры телевизионного сигнала число строк разложения в одном кадре число кадров в секунду формат кадра период развертки кадра период развертки полукадра (поля) период развертки строкиЧастотный спектр телевизионного сигналаЧастота развертки полного кадра fк = 1/Tк = 25 Гц, частота развертки поля fп = 2 fк = 50 Гц, а частота строчнойразвертки fс = 1/Tс = 15 625 Гц.Спектр полного телевизионного сигналаНоминальное число элементов разложения N по полю телекамерыНижняя граничная частота fн соответствует изображению, имеющему минимальное число изменений яркости, верхняя граничная частота fв – максимальному.При чересстрочной развертке ширина спектра составляет:4.

Способы кодирования цветаСпектральная чувствительность глаза (спектральная световая эффективность или видность) – это отношениесветового потока «видимого» излучения с длиной волны монохроматического света к соответствующему потокуизлученияСпектральная чувствительность рецепторов глаза к синему (1), зеленому (2) и красному (3) цветуПод «абсолютно чёрным» телом понимают тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах длин волн.Закон Стефана-БольцманаБелым называется цвет свечения абсолютно черного тела при температуре 6500 0С.Формула цветаЦветовые моделиаддитивного синтезаRGBсубтрактивногосинтеза CMYперцепционные HSV(HSB), HLS и HSIтелевизионная YUVаппаратно-независимаяLABМодель аддитивного цветового синтезаСогласно этой модели, известной как цветовая модель RGB, любой цвет получается наложением красного, зеленого и синего цветов спектраЦветовой куб RGB (а) и ограничение цветовой модели (б)Модель субтрактивного цветового синтезаДля описания приемников света применяют модель субтрактивного цветового синтеза CMY, основанная на использовании дополнительных цветов голубого, пурпурного и желтогоМодель субтрактивного цветового синтеза: а – цветовой куб CMY, б – схема сложения цветов в CMYKПреобразование цвета изляется с помощью следу-системы CMY в систему RGB осуществющего выражения:Перцепционная модель HSV (HSB) и цветовые модели HSL и HSIВ этих моделях осуществляется раздельное кодирование компонент яркости и цвета.

Такое кодирование получилоназвание компонентного.Геометрическая интерпретация цветовых моделей HSV (а) и HSL (б)Телевизионные цветовые моделиПри передаче цветных изображений в большинстве СТЗ применяются устройства аддитивного цветового синтеза,основанные на модели RGB.

К ним относятся и телекамеры, и мониторы.КлассификацияYUV (NTSC)YIQ (PAL)YDbDr (SECAM)Телевизионная цветовая модель YUVЦвет представляется как три компоненты — яркость Y и две цветоразностныхМатрицы пересчета цветованалоговые моделиYUVYDbDrаналогово-цфровые моделиYPbPrYIQYCbCrФормы представления телевизионных сигналовкомпозитныйS-видеокомпонентныйВ системе цветного телевидения YUV цветовые сигналы U и V добавляются к яркостному сигналу путем модуляции специального гармонического сигнала (цветовой поднесущей) на частоте, лежащей в пределах спектра сигналаY. Телевизионный видеосигнал представляет собой композицию трех сигналов Y, U, V и синхроимпульсов. Такойсигнал называют композитным.Сигналы яркости и цвета могут также передаваться раздельно по трем проводам: Y – сигналяркости, Cb (Pb) – сигнал синего и Cr (Pr) –сигнал красного.

Такое представление сигналаполучило название компонентного.Промежуточным вариантом является S-Video,при которой раздельно передаются видеосигналY (яркость c кадровой и строчной синхронизацией) и сигнал С (color – цветность с синхронизацией на поднесущей частоте). Сигналы переПринцип получения композитного телевизионного сигналадаются по двум линиям связи.Кодирование цвета в модели YCbCrДля кодирования каждой точки в модели YCbCr требуется 3 фрагмента (сэмпла): Y, Cb, Cr. Первая цифра кодауказывает, в скольких из 4 столбцов присутствует сэмпл Y.

Вторая цифра указывает, сколько столбцов из 4 содержат сэмплы Cb и Cr в нечетных строках (в нечетных полукадрах), третья содержит такую же информацию, нотолько о четных строках (четных полукадрах).Структура изображения в форматах: а – 4:4:4, б – 4:2:2, в – 4:2:0, г – 4:2:0Формат 4:2:0 YCbCr является 12- битным. Именно он используется стандартами MPEG-1 и MPEG-2В модели YCbCr для хранения информации об одной точке в формате X:Y:Z отводитсяСравнение моделей YCbCr и RGBПространство YCbCr шире пространства RGBОтносительное расположение кубов RGB иYCbCrЦветовой график МКОХроматическая диаграмма МКО и цветовая модель XYZДиаграмма представляет собой функцию трех переменных Х, Y и Z, описывающих некоторые гипотетические основные цвета.

Цветовая модель XYZ построена на основе зрительных возможностей «стандартного наблюдателя» и учитывает рекомендации МКОЦветовой охват устройстваЦветовые охваты различных цветовых систем и устройствФормирование цвета в видеокамере1.Из трех первичных сигналов ℰR, ℰG, ℰB изображения формируется сигнал яркости ℰY:2.Сигнал яркости передается непрерывно на каждой строке развертки во всей полосе частот видеосигнала,равной 6 МГц.Два первичных цвета ℰR и ℰB, передаются, а третий восстанавливается согласно выражению3.4.5.Цветное изображение представляет собой композицию трех сигналов и служебных импульсов. Такой видеосигнал получил название композитного.

Он является низкочастотным, причем составляющие яркости и цветности передаются по одному проводу.При приеме осуществляется декодирование сигналов.Системы цветного телевиденияПри передаче цветного телевизионного сигнала используют три типа телевизионных систем: аналоговые; системы высокой четкости; цифровые.Системы аналогового цветного телевиденияNTSCPALSECAMВ системе NTSC каждая телевизионная строкасодержит сигнал яркости ℰY и два цветоразностных сигнала ℰI и ℰQ. Цветоразностные сигналыпередаются путем АМ поднесущих на одной итой же частоте с фазовым сдвигом на 900.В системе PAL используется аналогичная АМцветоразностных сигналов ℰU и ℰV с фазовымсдвигом на 900, но через строку дополнительноменяется знак амплитуды сигнала ℰU.Основная особенность системы SECAM — поочередная (через строку), передача цветоразностных сигналов ℰDr, ℰDb с дальнейшим восстановлением в декодере.

При этом в отличие от PAL иNTSC используется ЧМ поднесущих частот. ВРоссии принята система SECAM D/K.Системы цифрового телевидения (DTV)DVB (европейский)ATSC (американский)ISDB (японский)Цифровое телевидение — передача видео- и аудиосигнала от транслятора к телевизору, использующая цифровуюмодуляцию и сжатие для передачи данныхТелевидение высокой четкостиТелевидение высокой чёткости (HDTV) — система цифрового телевидения, поддерживающая стандарты разрешения 1080i и 720p, формат кадра 16:9, звук Dolby Digital 5.1.