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光線與頻譜光線與頻譜(Spectra)光線是一種電磁波. 光線中的波長決定該光波的外在顏色.雷射光含有單一的波長：雷射光包含單一波長，例如紅寶石雷射會產(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的光線但是人無法辨識其中所有的光線，只能看到所謂的可見光藍光屬短波長，紅光屬長波長n分光光度計分光光度計 (Spectrophotometer)可已經(jīng)由一個可繞射方格物質(zhì)表面將光線反射並產(chǎn)生多個不同波長的光線視

2、訊通訊導(dǎo)論課件4色彩學(xué)n牛頓的實驗中，顯示白光包含所有彩虹中的顏色。n可見光是波長從400nm到700nm的電磁波視訊通訊導(dǎo)論課件5色彩學(xué)n下圖是典型戶外有陽光下，光線中不同波長的相對能量，其中的曲線稱為光譜能量分佈(Spectral Power Distribution)或者光譜(Spectrum)n波長的符號是，該曲線稱為E()視訊通訊導(dǎo)論課件6人的視覺n人的視覺系統(tǒng)就像是照相機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胞(rod)的陣列及三種錐狀體細胞(cones)n當光線變黯淡時 ，桿狀體細胞就產(chǎn)生灰色的陰暗影像n當光線變亮?xí)r，每一個錐狀體細胞就會產(chǎn)生一個訊號

3、，因為彼此不同的色素組成，這三個錐狀體細胞對於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的組合形成一個在明亮光線下無色差的波道。視訊通訊導(dǎo)論課件7眼睛對光譜的敏感度n人的眼睛對於可見光的頻譜中間部分的光線最敏感n視覺感應(yīng)器官的敏感度也是波長的函數(shù)視訊通訊導(dǎo)論課件8眼睛對光譜的敏感度n如上圖所示，藍色的感受程度並沒有像其他顏色的數(shù)值來的大，在發(fā)展過程中，藍色屬於後來者統(tǒng)計上來說，藍色是比較受歡迎的顏色，不論國界。圖中斷線的部分使顯示光線的普遍敏感度，這個重要的曲線就是所謂亮度有效函數(shù)(luminous-efficiency function)n通常寫成V()，

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

5、11影像的形成n物體的表面會根據(jù)不同波長反射不同數(shù)量的光線，黑的表面所反射的能量會比光亮表面所反射的能量來的少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)光體的光線打在一個物體表面，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胞透過函數(shù)q()過濾.n下圖顯示反射模式.n下面的函數(shù)的C() 稱為顏色訊號，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照相機系統(tǒng)(C

6、amera system)n照相機系統(tǒng)是用類似上述的方式來完成，一個現(xiàn)場品質(zhì)的照相機在每個像素上產(chǎn)生三個訊號(對應(yīng)到一個視網(wǎng)膜的位置)n類比訊號會轉(zhuǎn)換成數(shù)位，切成整數(shù)然後儲存. 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)射出來光線進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E() 進入了眼睛視訊通訊導(dǎo)論課件17Gamma修正n螢?zāi)还饩€能量的發(fā)射與電壓的指數(shù)大致成正比，這個指數(shù)稱為gamma, 符號為n因此，如果在紅色波道中的值是R，螢?zāi)话l(fā)出的光線能量與R成正比，而這個SPD的值相等於紅色波道電子光束想要塗在螢?zāi)簧霞t色磷粉上的強度n習(xí)慣

7、將訊號作gamma correction，利用加上一個1/指數(shù)，還原原來線性的訊號視訊通訊導(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在實際狀況下，通常會用一個更完整的轉(zhuǎn)換來解決零電壓的轉(zhuǎn)換問題，例如：RR=aR1/+b視訊通訊導(dǎo)論課件21色彩配對函數(shù)n即使不曉得前面所提到眼睛敏感度曲線，可以使用一個在心理學(xué)中發(fā)展出來的技術(shù)：將RGB三光線配對成某一深淺不同的色調(diào)n這三個基本光線的特定集合在實驗中稱為 三原色(Color Primaries)集合.n要配對成某一個顏色，實驗主題被要求分別用一套控制的方式來調(diào)整三原色的亮度，一

8、直配對到想要的顏色顯示為止n實驗狀況如下圖 ，完成這樣實驗的設(shè)備叫色度計(colorimeter)視訊通訊導(dǎo)論課件22視訊通訊導(dǎo)論課件23顏色配對曲線n實驗主題所選擇RGB的數(shù)量來對應(yīng)符合一個單一波長的光線，形成所謂顏色配對曲線(color-matching curves)視訊通訊導(dǎo)論課件24CIE光品質(zhì)圖(chromaticity diagram)n因為上圖的r()顏色配對曲線有一段負值的曲現(xiàn)，所以推導(dǎo)出一套虛設(shè)的基本函數(shù)將顏色配對函數(shù)只有正值如下圖10; 所以他們會常常拿來當作是真正的顏色配對函數(shù)他們是由一個3x3的陣列將r,g,b曲線轉(zhuǎn)換成 x,y,z曲線這個陣列的選取要使得中間這個標準

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對一般SPD E(),需要能分別顏色的重要色度計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)(Y就是亮度，luminance): n3D的資料不容易辨識瞭解，所以CIE由前面圖中(X,Y,Z)曲線導(dǎo)出了一個2D圖，視訊通訊導(dǎo)論課件27CIE光品質(zhì)圖n是可以將原來(X,Y,Z)的值除上一個SQRT(X2 +Y2 +Z2), 但是我們改用除以X +Y +Z 來形成光品質(zhì):x = X/(X +Y +Z)y = Y/(X +Y +Z)z = Z/

10、(X +Y +Z)n因為它可以有效的表示出(x,y,z)中有一個值是多餘的，因為x+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)三點所形成的平面上。n下圖就是顯示單色點的軌跡：視訊通訊導(dǎo)論課件29CIE光品質(zhì)圖n對所有的而言，E()=1，也就是一個等能量的白光，如上圖中間部分所示，當光品質(zhì)值是(1/3,1/3)時，會顯示一個典型的白點(white point)。n因為x,y1，x+y+z 0)到黃色值(U 0)到深藍色(V 0)。n下圖顯示將一彩色影像拆解成Y,U,V 元素，因為U跟V都是負值, 事實上影像會位移與放大或縮小。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。nI及Q是將U,V作了旋轉(zhuǎn)後的值(33度)，Y不變n而對應(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