多媒体技术ch2.4.ppt
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1、2.3 视觉媒体技术 2.3.1 视觉心理学 1视觉的心理特征 视觉是人类最重要的感知能力,通过视觉 可以感知到外部世界的形状、大小、色彩、明 暗、机理和运动等多方面的信息。 同声音心理学相似,与视觉相对应的光学 物理性质和心理知觉也是截然不同的。虽然光 的物理特性与心理知觉有关,但它们的关系并 不是线性的。对光的色调和亮度的感觉不仅和 它的频率和强度有关,而且还和它出现的背景 有关,和同时出现的周围光有关。 2.3.1 视觉心理学 视觉心理变量主要的物理变量 亮度光强 色调(彩色)波长 浓度(彩色的浓度 ) 光谱成分 对比光强、波长、周围光 灰度:从黑到白之间等间隔的亮度层次 对比度:最大亮
2、度与最小亮度之比 案例:不同对比度的效果 2.3.1 视觉心理学 2. 视觉特性 亮度 亮度是人眼对光强度的感受。 一个物体的亮度不仅跟目标的物理强度有关 ,而且与周围的背景有关。假定整个照明增大了 ,目标和环境的光强就按照比例增大了,两者之 间的物理对比就维持不变。但当照明增强时,目 标的亮度可能会亮一些,也可能保持不变,甚至 看起来亮度减少一些。这些都取决于中心和周围 之间的相对强度,也就是对比度。 对图像的处理最重要的是亮度的差别。 2.3.1 视觉心理学 与声音相似,视觉上也有等亮曲线,反映了 视觉在亮度上与波长的关系。在同一亮度感觉下 ,不同波长的光具有不同的光强。 视觉也有掩蔽现象
3、,在很亮的高光周围时难 以看清的,道理和声音是类似的。 海滨,对比度低 海滨,对比度高 相同强度的不同色光亮度感不同 2.3.1 视觉心理学 视觉的时间特性 建立视觉图像需要时间,而一旦建立起来之 后,即使把图像对象拿走,这种反应也要维持一 段时间。这是因为把光转变为神经电需要时间。 正因为视网膜图像是逐渐消退的,所以视觉暂留 可以存在十分之几秒。 2.3.1 视觉心理学 彩色 表示颜色需要考虑三种心理属性:色调、亮 度和饱和度。色调就是通常意义下的彩色,它随 波长的变化而变化,反映颜色的基本特性。亮度 是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉,与光 强有关。饱和度是代表为了产生所感知到的彩色 在
4、白光中必须混入的纯单色光的相对数量,或者 说是颜色的深浅程度。对同一色调的彩色光,饱 和度越深颜色越鲜艳。色调和饱和度统称为色度 。 饱和度与纯度 l 饱和度:色彩纯粹的程度。 l 饱和度与标准色彩中掺杂的其它颜色有关。 l 饱和度还和亮度有关。 不完全饱和 完全饱和 不完全饱和 2.3.1 视觉心理学 颜色是由三种原色光混合而成的。可见光的 波长从380纳米到780纳米。不同波长呈现出不同颜 色,可见光波长从长到短依次为红橙黄绿青蓝紫 。 只有单一波长成分的光称为单色光,含有两 种以上波长成分的光称为复合光,所有可见光按 照一定比例混合就是白色光。 在辐射功率相同的条件下,不同波长的光不 仅
5、给人不同的颜色感觉,而且也给人不同的亮度 感觉。人眼一般感到红光最暗,蓝光次之,而黄 绿光最亮。研究表明,人眼对亮度信息敏感,而 对颜色的敏感程度相对较弱。 光波、可见光波与颜色的关系 波长(nm) 500600 紫 400 700750 紫 蓝 蓝 蓝 绿 绿 绿 黄黄 橙 橙红 红 350 可 见 光 波长 0.005nm 5nm 350nm750nm 0.4mm 射线射线紫外线红外线 无线电波 0.01nm 10km 2.3.1 视觉心理学 在白色背景下,一般使用红黄蓝作为原色来 混合其它颜色,这就是减基色合成彩色系统。 在黑色背景下,一般使用红绿蓝作为基色来 混合其它颜色,这就是加基色
6、合成彩色系统。 一般绘画时采用前者,电视中采用后者。 色彩的混合与互补 2.3.1 视觉心理学 注视点和视野范围 人在观察视觉类媒体时,注视点喜欢集中在 什么地方?研究表明,视觉注视点主要集中在图 像中黑白交界的部分,尤其是拐角处。如果是闭 合图形,注视点往往向内侧移动。注视点容易集 中在时隐时现运动变化的部分或者图像中特别不 规则的地方。 人眼的视野开阔,左右视角约为180度,上 下约为60度。但视力好的部位仅限于2到3度,用 于观察视觉媒体的细节。而在周边,则主要识别 特征。但是需要注意,只有大的视野才有可能制 造出临场感。 2.3.2 模拟视频原理 光栅扫描原理 视频摄像机将图像转换为电
7、信号,电信号是 一维的,但图像是二维的,将二维图像转成为一 维电信号是由光栅扫描的方法实现的。快速的扫 描线从顶部开始,一行一行地向下扫描,直至显 示器的最底部,然后再返回顶部的起点,重新开 始扫描。这个过程产生的一个有序的图像信号集 合,就组成了电视显示中的一幅图像,在此称为 帧。连续不断的图像序列就形成了动态视频图像 。 2.3.2 模拟视频原理 分辨率表现的是电视系统中重现场景 细节的能力。水平扫描线所能分辨出的点 数称为水平分辨率。一般来说,点数越小 ,线越细,分辨率就越高。一个系统的水 平分辨率为400线,指在对应于图像高度的 水平距离内能交替显示200条白线和200条 黑线。相应地
8、,一帧中垂直扫描的行数称 为垂直分辨率。垂直分辨率和每帧中的扫 描线有关,扫描线越多,分辨率就越高。 广播电视系统垂直的行数一般是525线(北 美和日本)和625线(欧洲和中国)。 不同的分辨率扫描同一张照片 A:200dpi B:50dpi图像B放大四倍 2.3.2 模拟视频原理 每一秒钟所扫描的帧数称为帧频,一般为25 帧(PAL)或者30帧(NTSC)。由于是隔行扫 描,所以垂直频率分别是每秒50帧和60帧。因此 ,人眼就不容易看到闪烁。 宽高比是扫描的一个重要的参数。扫描行的 长度与在图像垂直方向上的所有扫描行所跨过的 距离之比,就成为宽高比。目前电视中的宽高比 为4:3,新型电视的宽
9、高比为16:9,有些电影系 统的宽高比为2:1 。 2.3.2 模拟视频原理 彩色视频 加基系统是彩色视频系统的基础。彩色电 视采用红绿蓝(RGB)作为三基色进行配色,产 生出R、G、B三个输出信号,RGB信号可以分别 传输,但是要配上相应的同步信号。在RGB系统 中需要三根视频电缆互连,但是三个信号在同步 关系方面相当复杂,所以大部分彩色电视不处理 RGB,而是将RGB信号组合起来在一条电缆中传 输,这就是复合信号。 2.3.2 模拟视频原理 现有的几种不同的复合信号有NTSC、PAL 和SECAM。根据亮度/色度原理,任何彩色信号 都可以分为亮度和色度。色度只要使用色差就可 以表示颜色信号
10、,而不必使用RGB三个完整的 信号。将亮度和色度交错排列分别放到电缆上, 就组成了复合信号。 电视系统的三种制式采用的信号形式也不完 全一样。NTSC的亮度信号称为Y,色度信号为I 和Q,即YIQ方式。PAL制式和SECAM制式的 亮度和色度与之相对应为YUV,它们的差别在 于编码方式的不同。YUV、YIQ可以与RGB互 换。RGB、YUV和YIQ等都被称为彩色空间。 YUV色彩空间 为兼容黑白和彩色电视信号,亮度Y和色度U 、V分离。 白光的亮度Y和红、绿、蓝三色光的关系方程 : Y0.3 R + 0.59 G + 0.11B YUV色彩空间与RGB色彩空间的转换关系: 2.3.2 模拟视频
11、原理 视频设备 按照用途不同,视频设备可以分为广播、专 业和消费三个级别。广播级一般是大型的电视台 和网络站使用,它的性能最好,用于大系统应用 ,价格昂贵;专业级一般用于教育界和工业界的 小广播站,有较好的性能。而消费级是家用设备 ,一般操作简单、性能可靠,一般价格是第一位 的。 具体的视频设备有如彩色摄影机、视频记录 设备和视频监视设备。 2.3.3 视觉媒体数字化 1位图图像与数字视频 对计算机来说,无论是文字或图形,还是 图像或视频,在计算机上进行处理首先要数字 化。与音频信号相似,对所要处理的一幅画面 ,通过对每一个象素进行采样,并且按照颜色 或者灰度进行量化,就可以得到图像的数字化
12、结果。数字化的结果放在显示缓存区中,与显 示器上的点一一对应,这就是位图图像。对视 频按照时间进行数字化所得到的图像序列,就 构成了数字视频序列。它同样与频率和量化的 比特数有关。频率必须足够高,以跟上模拟信 号流;量化的比特数越多,量化的值就越多, 所能表示的颜色或灰度级数就越多。 2.3.3 视觉媒体数字化 在一幅图像的X轴上是一行的点数,在Y轴 上是行数。X、Y的交叉点就是一个象素,每一 个象素可以有若干比特来表示。按照标准间隔 在时间轴上采样的图像组组成视频序列。所以 可以说,图像是离散的视频,而视频是连续的 图像。当进行再现时,被表示称数字形式的数 据按格式和时间送上显示器,就又恢复
13、了原先 的形态。其它的视觉媒体如文字、图形等,在 显示原理上都是以此为基础的,它们都是通过 预先的编码表示出显示的形式,在再现时,在 显示器上画出所要的图形或者文字。 2.3.3 视频媒体数字化 2.3.3 视频媒体数字化 文件格式说 明 GIF Graphics Interchange Format的缩写,是由Compu-Serve公司于 1987年为制定彩色图像传输协议而开发的一种图像文件格式 TIFF Tag Image File Format缩写,是由Alaus和Microsoft公司为扫描仪和桌 上出版系统研发的一种图像文件格式,它的文件格式全部基于标志域 TGA Targe Ima
14、ge Format的缩写,是Truevision公司为Targe 和Vista图像获取板设计的软件TIPS所使用的文件格式 BMP(Bitmap ) 是一种与设备无关的图像文件格式,是Windows软件推荐 使用的一种格式 PCX 是由Zsoft公司研制开发的,一般与PC-Paint Brush图像软件一起使用 MPG根据国际标准MPEG编码的一种动态图像文件格式 AVS Intel和IBM公司共同研制的DVI系统的一种动态图像文件格式, AVS文件只能在DVI系统硬件下才能够读写 AVI Intel和IBM公司共同研制的DVI系统的一种动态图像文件格式 2.3.3 视觉媒体数字化 2图形 图
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