視訊通訊導(dǎo)論課件

1、視訊通訊導(dǎo)論課件1視訊通訊導(dǎo)論第四章影像與視訊中的顏色視訊通訊導(dǎo)論課件2影像與視訊中的色彩n色彩學(xué)(Color Science)n影像中的色彩模型n視訊中的色彩模型視訊通訊導(dǎo)論課件3色彩學(xué)n光線(xiàn)與頻譜光線(xiàn)與頻譜(Spectra)光線(xiàn)是一種電磁波. 光線(xiàn)中的波長(zhǎng)決定該光波的外在顏色.雷射光含有單一的波長(zhǎng)：雷射光包含單一波長(zhǎng)，例如紅寶石雷射會(huì)產(chǎn)生光亮且深紅色的光束大多數(shù)的光源可以含有許多波長(zhǎng)的光線(xiàn)但是人無(wú)法辨識(shí)其中所有的光線(xiàn)，只能看到所謂的可見(jiàn)光藍(lán)光屬短波長(zhǎng)，紅光屬長(zhǎng)波長(zhǎng)n分光光度計(jì)分光光度計(jì) (Spectrophotometer)可已經(jīng)由一個(gè)可繞射方格物質(zhì)表面將光線(xiàn)反射並產(chǎn)生多個(gè)不同波長(zhǎng)的光線(xiàn)視

2、訊通訊導(dǎo)論課件4色彩學(xué)n牛頓的實(shí)驗(yàn)中，顯示白光包含所有彩虹中的顏色。n可見(jiàn)光是波長(zhǎng)從400nm到700nm的電磁波視訊通訊導(dǎo)論課件5色彩學(xué)n下圖是典型戶(hù)外有陽(yáng)光下，光線(xiàn)中不同波長(zhǎng)的相對(duì)能量，其中的曲線(xiàn)稱(chēng)為光譜能量分佈(Spectral Power Distribution)或者光譜(Spectrum)n波長(zhǎng)的符號(hào)是，該曲線(xiàn)稱(chēng)為E()視訊通訊導(dǎo)論課件6人的視覺(jué)n人的視覺(jué)系統(tǒng)就像是照相機(jī)的光圈將影像聚焦在視網(wǎng)膜上(上下及左右顛倒)n視網(wǎng)膜包含一組桿狀體細(xì)胞(rod)的陣列及三種錐狀體細(xì)胞(cones)n當(dāng)光線(xiàn)變黯淡時(shí) ，桿狀體細(xì)胞就產(chǎn)生灰色的陰暗影像n當(dāng)光線(xiàn)變亮?xí)r，每一個(gè)錐狀體細(xì)胞就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)訊號(hào)

3、，因?yàn)楸舜瞬煌纳亟M成，這三個(gè)錐狀體細(xì)胞對(duì)於R,G,B三原色最敏感。n大腦極有可能利用R-G, G-B, B-R，與RGB的組合形成一個(gè)在明亮光線(xiàn)下無(wú)色差的波道。視訊通訊導(dǎo)論課件7眼睛對(duì)光譜的敏感度n人的眼睛對(duì)於可見(jiàn)光的頻譜中間部分的光線(xiàn)最敏感n視覺(jué)感應(yīng)器官的敏感度也是波長(zhǎng)的函數(shù)視訊通訊導(dǎo)論課件8眼睛對(duì)光譜的敏感度n如上圖所示，藍(lán)色的感受程度並沒(méi)有像其他顏色的數(shù)值來(lái)的大，在發(fā)展過(guò)程中，藍(lán)色屬於後來(lái)者統(tǒng)計(jì)上來(lái)說(shuō)，藍(lán)色是比較受歡迎的顏色，不論國(guó)界。圖中斷線(xiàn)的部分使顯示光線(xiàn)的普遍敏感度，這個(gè)重要的曲線(xiàn)就是所謂亮度有效函數(shù)(luminous-efficiency function)n通常寫(xiě)成V()，

4、就是R,G,B反應(yīng)曲線(xiàn)總和的結(jié)果視訊通訊導(dǎo)論課件9眼睛對(duì)光譜的敏感度n桿狀體細(xì)胞(rod)敏感度曲線(xiàn)就像是亮度有效函數(shù)V() ，但是被移到紅色曲線(xiàn)尾端n椎狀體細(xì)胞所產(chǎn)生的無(wú)色差波道應(yīng)該是 2R+G+B/20n頻譜敏感度的函數(shù)通常不是用RGB等字母來(lái)表示，所以通常用的是一個(gè)向量函數(shù)q() 視訊通訊導(dǎo)論課件10眼睛對(duì)光譜的敏感度n眼睛中每一個(gè)顏色波道的反應(yīng)與神經(jīng)細(xì)胞的反應(yīng)數(shù)目成正比n一個(gè)波長(zhǎng)為 的雷射可以導(dǎo)致一定數(shù)量的神經(jīng)細(xì)胞反應(yīng)，一個(gè)頻譜能量分佈(SPD)是單一頻率的光線(xiàn)的組合，所以我們將椎狀體細(xì)胞對(duì)於所有波長(zhǎng)的反應(yīng)，利用該波長(zhǎng)的相對(duì)反應(yīng)值列出n我們可以概要的用函數(shù)寫(xiě)下我們的想法視訊通訊導(dǎo)論課件

5、11影像的形成n物體的表面會(huì)根據(jù)不同波長(zhǎng)反射不同數(shù)量的光線(xiàn)，黑的表面所反射的能量會(huì)比光亮表面所反射的能量來(lái)的少n下圖在橘色布鞋與褪色牛仔褲的表面頻譜反射反射函數(shù)用S()來(lái)表示視訊通訊導(dǎo)論課件12影像的形成視訊通訊導(dǎo)論課件13n因此影像的形成是有著頻譜能量分佈函數(shù)為E()的發(fā)光體的光線(xiàn)打在一個(gè)物體表面，而物體表面反射了頻譜反射函數(shù)S(), 然後被眼睛的椎狀體細(xì)胞透過(guò)函數(shù)q()過(guò)濾.n下圖顯示反射模式.n下面的函數(shù)的C() 稱(chēng)為顏色訊號(hào)，而且包含了光源函數(shù)E()與反射函數(shù)S()的乘積：視訊通訊導(dǎo)論課件14視訊通訊導(dǎo)論課件15影像的形成n由上圖模型所形成的完整函數(shù)為視訊通訊導(dǎo)論課件16照相機(jī)系統(tǒng)(C

6、amera system)n照相機(jī)系統(tǒng)是用類(lèi)似上述的方式來(lái)完成，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)品質(zhì)的照相機(jī)在每個(gè)像素上產(chǎn)生三個(gè)訊號(hào)(對(duì)應(yīng)到一個(gè)視網(wǎng)膜的位置)n類(lèi)比訊號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)換成數(shù)位，切成整數(shù)然後儲(chǔ)存. 假使精確度是8位元, R,G,B的最大值就是255,最小值就是0n電腦螢?zāi)凰l(fā)射出來(lái)光線(xiàn)進(jìn)入電腦使用者的眼睛，而電腦螢?zāi)皇亲晕野l(fā)光體. 所以我們必須曉得光線(xiàn)E() 進(jìn)入了眼睛視訊通訊導(dǎo)論課件17Gamma修正n螢?zāi)还饩€(xiàn)能量的發(fā)射與電壓的指數(shù)大致成正比，這個(gè)指數(shù)稱(chēng)為gamma, 符號(hào)為n因此，如果在紅色波道中的值是R，螢?zāi)话l(fā)出的光線(xiàn)能量與R成正比，而這個(gè)SPD的值相等於紅色波道電子光束想要塗在螢?zāi)簧霞t色磷粉上的強(qiáng)度n習(xí)慣

7、將訊號(hào)作gamma correction，利用加上一個(gè)1/指數(shù)，還原原來(lái)線(xiàn)性的訊號(hào)視訊通訊導(dǎo)論課件18Gamma修正視訊通訊導(dǎo)論課件19Gamma修正視訊通訊導(dǎo)論課件20Gamma Correctionn在實(shí)際狀況下，通常會(huì)用一個(gè)更完整的轉(zhuǎn)換來(lái)解決零電壓的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，例如：RR=aR1/+b視訊通訊導(dǎo)論課件21色彩配對(duì)函數(shù)n即使不曉得前面所提到眼睛敏感度曲線(xiàn)，可以使用一個(gè)在心理學(xué)中發(fā)展出來(lái)的技術(shù)：將RGB三光線(xiàn)配對(duì)成某一深淺不同的色調(diào)n這三個(gè)基本光線(xiàn)的特定集合在實(shí)驗(yàn)中稱(chēng)為 三原色(Color Primaries)集合.n要配對(duì)成某一個(gè)顏色，實(shí)驗(yàn)主題被要求分別用一套控制的方式來(lái)調(diào)整三原色的亮度，一

8、直配對(duì)到想要的顏色顯示為止n實(shí)驗(yàn)狀況如下圖 ，完成這樣實(shí)驗(yàn)的設(shè)備叫色度計(jì)(colorimeter)視訊通訊導(dǎo)論課件22視訊通訊導(dǎo)論課件23顏色配對(duì)曲線(xiàn)n實(shí)驗(yàn)主題所選擇RGB的數(shù)量來(lái)對(duì)應(yīng)符合一個(gè)單一波長(zhǎng)的光線(xiàn)，形成所謂顏色配對(duì)曲線(xiàn)(color-matching curves)視訊通訊導(dǎo)論課件24CIE光品質(zhì)圖(chromaticity diagram)n因?yàn)樯蠄D的r()顏色配對(duì)曲線(xiàn)有一段負(fù)值的曲現(xiàn)，所以推導(dǎo)出一套虛設(shè)的基本函數(shù)將顏色配對(duì)函數(shù)只有正值如下圖10; 所以他們會(huì)常常拿來(lái)當(dāng)作是真正的顏色配對(duì)函數(shù)他們是由一個(gè)3x3的陣列將r,g,b曲線(xiàn)轉(zhuǎn)換成 x,y,z曲線(xiàn)這個(gè)陣列的選取要使得中間這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

9、函數(shù)y()要恰好等於亮度有效函數(shù)V()視訊通訊導(dǎo)論課件25視訊通訊導(dǎo)論課件26CIE光品質(zhì)圖n對(duì)一般SPD E(),需要能分別顏色的重要色度計(jì)上的資訊就是三重刺激值(tristimulus values)X, Y , Z的集合 (前面的函數(shù)有定義過(guò))(Y就是亮度，luminance): n3D的資料不容易辨識(shí)瞭解，所以CIE由前面圖中(X,Y,Z)曲線(xiàn)導(dǎo)出了一個(gè)2D圖，視訊通訊導(dǎo)論課件27CIE光品質(zhì)圖n是可以將原來(lái)(X,Y,Z)的值除上一個(gè)SQRT(X2 +Y2 +Z2), 但是我們改用除以X +Y +Z 來(lái)形成光品質(zhì):x = X/(X +Y +Z)y = Y/(X +Y +Z)z = Z/

10、(X +Y +Z)n因?yàn)樗梢杂行У谋硎境?x,y,z)中有一個(gè)值是多餘的，因?yàn)閤+y +z =(X +Y +Z)/(X +Y +Z )=1 n所以z = 1 - x - y 視訊通訊導(dǎo)論課件28CIE光品質(zhì)圖n將(X,Y,Z)值投影在連接(0,0,1), (0,1,0), (1,0,0)三點(diǎn)所形成的平面上。n下圖就是顯示單色點(diǎn)的軌跡：視訊通訊導(dǎo)論課件29CIE光品質(zhì)圖n對(duì)所有的而言，E()=1，也就是一個(gè)等能量的白光，如上圖中間部分所示，當(dāng)光品質(zhì)值是(1/3,1/3)時(shí)，會(huì)顯示一個(gè)典型的白點(diǎn)(white point)。n因?yàn)閤,y1，x+y+z 0)到黃色值(U 0)到深藍(lán)色(V 0)。n下圖顯示將一彩色影像拆解成Y,U,V 元素，因?yàn)閁跟V都是負(fù)值, 事實(shí)上影像會(huì)位移與放大或縮小。視訊通訊導(dǎo)論課件57視訊通訊導(dǎo)論課件58YIQ色彩模型nYIQ在NTSC的彩色電視廣播中使用，另外, 灰色像素產(chǎn)生零值的(I,Q) chrominance訊號(hào)。nI及Q是將U,V作了旋轉(zhuǎn)後的值(33度)，Y不變n而對(duì)應(yīng)的陣列轉(zhuǎn)換視訊通訊導(dǎo)論課件59YIQ中元素的效果視訊通訊導(dǎo)論課件60YCbCr的顏色模型n一些軟體系統(tǒng)，位移從0到1n陣列轉(zhuǎn)換為視訊通訊導(dǎo)論課件61