2.1 光和彩色在线视频

好 同学们好

我们开始学习第二章

视觉特性与视频基础

在这一章里头

我们要学习五个方面的内容

一是光和彩色

二 人的视觉特性

三是扫描

四是模拟彩色电视信号

五是数字电视信号

我们先来看一下光和彩色

光是由人眼可以感觉的

波长在380到780纳米范围内的

电磁波所组成

光的彩色感觉决定于

组成光的电磁波的波谱范围

那么我们看一下下面这样一个场景

在这样子的一个场景中

我们通过摄像机拍摄景物形成图像

形成的视频图像中

任何一点的彩色记录了

在所观察的景物中

一个三维点所发出的或者是说所反射的光

那么光在整个这样子的一个拍摄中

起到非常重要的作用

光源类型有两种

一种叫照明光源

一种叫反射光源

对于照明光源来说

他指的是能够发射电磁波的光源

比方说太阳显示屏幕

灯泡都是属于这类光源

那么这类光源它的彩色取决于

电磁波发射的波谱范围

这类光源的彩色合成所基于的三个基色是

红

绿

蓝三个基色

就是我们途中所看到的

通过这三个基色

按照不同比例

能够混合出各种不同的彩色

所以对于照明光源来说

它基于的混色规则是属于相加混色

对于反射光源来说

那么我们指的是

能够反射入射光的这类光源

比方说各种染料

各种衣服的表面

各种衣服或者是粗糙物体的表面

那么都可以看成是属于反射光源

反射光源形成的彩色感觉

除了跟入射光的光谱特性有关之外

还跟物体它吸收光谱的特征有关

也就是说

它的彩色决定于入射光的光谱和

未被吸收的反射出来的光的光谱

对于反射光源来说

它的三个基色是青 品红和黄色

就是我们右边所看到的这样子三个基色

那么这三个基色通过相减混色

产生各种不同的彩色感觉

那么在彩色复现中

通常不要求恢复原景物的光谱特征

只要能够呈现跟原景物

相同的彩色感觉就可以了

所以通过适当的选择

三种基色

把它们按照不同的比例进行合成

就能够产生各种不同的彩色感觉

那么所选择的三种基色之间

必须是相互独立的

也就是任何一种基色

不能够通过另外两个基色合成来产生

那么这样子呢

就能够使得合成彩色的数量更多

合成彩色的亮度

是由三个基色的亮度之和决定

而色度

是由三个基色分量的比例关系决定的

对于彩色来说

我们描述彩色的重要参数

可以用亮度和色度那么色度

它其实是色调和饱和度和在一起

我们称为色度

亮度

是光作用于人的眼睛引起的亮度感觉

那么色调呢

指的是颜色的种类

饱和度

指的是彩色光所呈现彩色的深浅程度

也就是浓度

那么我们所感受到的彩色

都是由 各种基色

通过不同的比例合成得到的

对于相加混色系来说

那么采用的基色是红绿蓝三种基色

那么我们的彩色电视系统中

采用的就是这样三个基色

通过相加混色

得到各种不同的彩色光

相加混色的方式可以是直接混色

可以是时间混色

也可以是空间混色和生理混色

下面这个图

把这几种混色方式给出了示意

对于时间混色

通过渗透作用下最后产生彩色的感觉

那么我们的荧光屏

通常采用空间混色的方式

形成彩色显示

那么红绿蓝三个基色

在空间位置上形成一个一个的

组合单元

最终合成相应的彩色

对于三基色相减混色模型

是我们在彩色印刷胶片和

绘画中常采用的合成彩色的方法

在减法之中

我们通过三个基色按不同比例进行混合

在白光的照射下

蓝绿红光通过相应比例不同的吸收

最终呈现出不同的彩色

对于彩色平时

我们在生活中描述一个彩色所用的

比方说红色 深红色 浅红色

并不能把一个彩色准确的描述出来

所以我们需要对彩色进行一个定量的表示

根据三基色原理

我们已经知道

任何一种颜色

可以通过不多于三种的其它的彩色

按照不同的比例进行合成

对于相加混色系来说

我们可以通过红绿蓝三种基色

按照不同的比例来合成想要的彩色

那么这样一个合成过程

我们可以通过这个表达式来给出

那么在这个表达式中

我们所看到的

大写的R G B

代表的是三个对应的金色光

小写的r g b

对应的是我们合成某种彩色

所需要的三个基色光的数量

那么

整个我们所看到的彩色的

亮度值是由合成这三种彩色的

各个系数之和

得到的

我们最终合成的彩色

它的亮度决定于

三种光分量的能量之和

那么所对应的彩色

决定于三种光强度之间的比例关系

在实践中我们发现

合成彩色的时候

对应的三个基色光的系数值

可能会相差几个数量级

在计算的时候

其中小的系数有可能

被忽略

但是 它在合成彩色中

起着不可或缺的作用

那为了解决这个问题

我们就以合成某种标准

白光所对应的三个系数

作为三种基色光的一个计量单位

这样子

我们以这个计量单位

对所有的三个系数进行一个规划

为了解决这个问题

我们已合成某种标准白光

所对应的三个系数来

作为三个金色光的一个计量单位

以此来度量任何彩色所对应的三个系数

我们把它叫做是三色系数

用大写的RGB来表示

所以我们在

描述一个彩色的时候用

大写的RGB来表示

我们看一下彩色的矢量空间描述

对于任意给定的彩色光F

它的配色方程我们可以写出来

F=R(R)+G(G)+B(B)

如果我们用相互垂直的三个坐标轴

来分别表示相互独立的基色RGB的话

那么任何一个彩色就能够用

三维空间中的一个彩色矢量

来进行表示

那么我们下面给出了三种

矢量空间的这个示意图

那么在这样子的一个三维坐标空间中

原点对应的是黑色

它对应的是

红绿蓝三个基色值都为零的合成与颜色

当红绿蓝三个基色相等的时候

那么我们合成出来的是一个白色的

在我们的矢量空间中

对应的是这一点

那么我们按照红绿蓝

三个基色不同的比例

就可以混合出不同的彩色

那么在我们的矢量空间中

对应的就是不同的彩色矢量

那么我们再来看一下

RGB的色度图描述

如果我们把三色系数RGB

加起来用m来表示

那么这个m我们把它称为色模

那么我们以

m对RGB三个量进行一个规划的处理

那么我们得到的三个量

分别用r g b来描述

这样子

r g b之间的比例关系

跟R G B之间的比例关系是一致的

所以说r g b之间的比例关系

也对应确定出某种彩色

但是r+g+b=1的

所以我们看到

任何一种彩色其实都可以用

r g b的任何两个来进行确定

这样就说明各种彩色我们可以通过

一个二维坐标来进行定量的描述

那么我们就有了我们现在看到的

这样子的一个蛇形图

那么这是RGB基色系的色度图

那么在这个色度图中

蛇形区域中给出了

基于RGB能够混出的所有的彩色

那么我们看这个蛇形图

在描述彩色的时候横坐标

R有很多是处于负值区

所以说基于

RGB这样子的一个计策系统

来对彩色进行计算是不方便的

所以国际照明组织就假想了一个

新的基色系统叫XYZ基色系统

那么从物理三基色

而GB可以通过线性的方式倒

导出XYZ三个基色

那么在XYZ三个基色中

其中Y代表的是亮度

所以说

通过SY基色单位系统

可以把亮度和色度进行一个分离

同时在描述彩色的时候

XYZ都可以是非数值

那么我们这个地方看到的这个色度图

就是XYZ的基色系色度图

这个地方给出来的这个方程是RGB

与XYZ之间进行线性转换的线性方程

那么中间的这个Y它给出了基于

RGB来获得亮度分量的计算公式

那么对于彩色的描述

我们有多种不同的模型

刚才我们看到有RGB的

这种物理基色描述方式有XYZ的

这种计算基色系的描述方式

那么我们可以总结一下

对于彩色它的表示模型

如果

以指定与三基色对应的三刺激值

来进行表示的话

那么就有RGB基色系统

由CMY基色系统

也就是说

原始的相加

混色基色和相减混色机色

那么也可以以

把亮度和色度分离来分别进行

描述的这样子的一种表达彩色的形式

那么我们所有的模型就比较多

像HSI里面对应的

H指的是色调

S是饱和度

I是亮度

YIQ和YUV是模拟彩色电视系统里头

所采用的彩色计色系统

YIQ主要用于NTSC至模拟电视系统

YUV主要用于

PAL跟SECAM看彩色电视系统

那么其中的Y代表的都是亮度

IQ和UV对应的是色差分量

代表的是彩色的色度信息

那么在数字电视系统中

彩色以YCbCr来进行描述

那么其中的Y对应的也是亮度

Cb和Cr用来描述色度

除此之外

还有我们刚才讲过的XYZ制

那么对于彩色

我们在进行描述的时候

每一个彩色适用8到12个bit来

进行幅度上的表示

那么每一个彩色是由

三个基色分量合成得到的

所以说

每一个彩色的像素

是由24到36个bit来描述