关于图像的几个基础概念_maik

关于图像的一些基础概念1、垂直清晰度（等于有多少水平电视线）用摄像机拍摄的影音信号需要在电视上播放时，需要换算成与电视画质相同的单位。而电视的画面清晰度是以水平清晰度作为单位。通俗地说，我们可以把电视上的画面以水平方向分割成很多很多“条”，分得越细，这些画面就越清楚，而水平线数的数码就越多。这个单位是“电视行（TVLine）”也称线。然而，数码摄像机以数码磁带记录的信号，在电视上播放，也换作线来计算。一幅图像有多少条水平扫描线是由信号格式决定的，因此只要信号格式确定了，垂直清晰度就确定了。对于PAL制来说，不管你看的是电视节目、录像机、VCD、LD还是DVD，你最后看到的垂直分辨率都是625。进一步讲，我们看到的一幅画面并不是由所有的625行组成。实际上，在场消隐期间，还有49行用于传输其它信息，比如闭合字幕、图文、测试信号等，同时当电子束从最底部回到最上部来开始扫描下一幅图像还需要一些时间。去掉这些我们“看不到”的行数，我们看到的一幅画面实际上最多由576行组成。这也是PAL制的最高垂直分辨率。更进一步，由于显像的原因和人的视觉特性，这576行只是理论上的分辨率而已。实际你“看到”的图像的垂直分辨率还必须乘以一个小于1的修正系数，这个系数称为Kell系数。对于隔行扫描，Kell系数=0.7，因此对于PAL制来说，最后显示出来的图像的垂直清晰度是400线左右。实际观看测试图的时候，由于不考虑Kell系数，观察得到的垂直清晰度通常可以达到450线左右。图3就是标准的清晰度测试图，既可以测试垂直清晰度也可以测试水平清晰度。2、水平分辨率（等于有多少竖线）正如我们前面讲到的，垂直清晰度完全由信号格式决定，这非常易懂。而水平清晰度却是最容易令人混肴的概念，其中最大的问题就是因为水平清晰度有多种表达方式。我也认识一些IT业人士，他们对电脑分辨率了如指掌，却不知道在家庭影院里应该如何使用分辨率这个名词。这就是由于多种表达方式可以由很多种数据来表达，在不同的场合，相同的数据可能就表示完全不同的性能。计算机领域在计算机行业中经常使用组成图像的像素的多少来表示分辨率，即水平像素数×垂直像素数。如：VGA：640×480；SVGA：800×600；XGA：1024×768。在视频领域，我们更习惯使用“每图像高度”的像素多少来表示水平清晰度，并称之为“电视线”。这种习惯的由来要追溯到电视机诞生的60年前。当时，由于信号的格式已经决定了图像的垂直清晰度，因此专家们的想法是用和垂直清晰度相关的方式来表示水平清晰度。也就是说，到底是水平方向更清晰还是垂直方向更清晰，通过这个相对的清晰度表示就可以一目了然。图4为水平清晰度和垂直清晰度的比较关系。由于这个原因，水平清晰度（电视线）被定义为：在和屏幕高度相等的水平方向上可以显示的像素数（见图5）。在这种定义下得到的清晰度就叫做“电视线”。所以，当你听到别人讲视频信号有多少清晰度的时候，它并不是指从图像最左边到最右边有多少像素组成，而是指在和图像高度相同的水平宽度上有多少像素。请看一下你的电视机或电脑显示器，你会发现它们并不是四四方方的，其显示比例是4:3的。也就是说，要得到和垂直清晰度相同的水平清晰度，水平方向的像素要达到垂直清晰度的4/3倍。对于DVD来讲，NTSC制是720×480像素，PAL制是720×576像素。NTSC和PAL制的水平清晰度都是720×3/4＝540线。在NTSC制的DVD上，水平清晰度高于垂直清晰度（540线480线）；在PAL制的DVD上，水平清晰度略低于垂直清晰度（540线576线）。3、图像信噪比图象的信噪比应该等于信号与噪声的功率谱之比，但通常功率谱难以计算，信噪比有一种方法可以近似估计图象信噪比，即信号与噪声的方差之比。首先计算图象所有象素的局部方差，将局部方差的最大值认为是信号方差，最小值是噪声方差，求出它们的比值，再转成dB数，最后用经验公式修正，具体参数请参看“反卷积与信号复原（邹谋炎）”。举例一般监控摄像机的图像信噪比是在50dB，像美电贝尔系列BL-CB800ATM-N.信噪比是信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号s/n来表示。由于在一般情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，信噪比的单位用db来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在agc（自动增益控制）关闭时的值，因为当agc接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平也相应提高。信噪比的典型值为45~55db，若为50db，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60db，则图像质量优良，不出现噪声。4、什么是逐行扫描电视的每帧画面是由若干条水平方向的扫描线组成的、PAL制为625行/帧，NTSC制为525行/帧。如果这一帧画面中所有的行是从上到下一行接一行地连续完成的，或者说扫描顺序是1、2、3……525，我们就称这种扫描方式为逐行扫描。5、什么是隔行扫描实际上，普通电视的一帧画面需要由两遍扫描来完成，第一遍只扫描奇数行，即第l、3、5……525行，第二遍扫描则只扫描偶数行，即第2、4、6……524行，这种扫描方式就是隔行扫描。一幅只含奇数行或偶数行的画面称为一“场(Field)”，其中只含奇数行的场称为奇数场或前场(TopField)，只含偶数行的场称为偶数场或后场(BottomField)。也就是说一个奇数场加上一个偶数场等于一帧(一幅图象)。6、行频的计算指电子枪每秒钟在屏幕上从左到右扫描的次数，又称屏幕的水平扫描频率，以Hz为单位。它越大就意味着显示器可以提供的分辨率越高，稳定性越好。行频=垂直分辨率（总值，比有效值大些）*场频（画面刷新次数也叫帧频）如：分辨率：800*600场频：85Hz得出：行频=631*85=53.64(KHz)行频计算公式：行频=垂直分辨率×（1.04~1.08）×刷新率7、带宽和像素的关系如果是模拟信号，要在数字显示设备上显示出来，我们首先要进行模拟→数字的转换；而如果是数字信号，要在模拟显示设备上显示出来，我们首先要进行数字→模拟的转换。在模拟信号领域里，我们用带宽来表示信号的质量。在数字信号领域里，我们用组成图像的像素数来表示图像的质量。PAL制信号的视频带宽是6MHz。经过标准的数字采样后，得到720×576的图像。因此我们说6MHz的视频信号就是720×576的图像，这两种说法都表示同样质量的图像。就像我们形容一盘美食，汉语讲“好吃”，英语讲“delicious”，意思都是一样。8、PAL制式的6Mhz频率计算方式6Mhz=768*576*0.5*25（垂直分辨率*（水平分辨率*0.5）*帧频）PAL为隔行扫描，所以576要乘以0.5。