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STUDENTFULFILLMENT1第二章视频监控系统基本知识第一节视频监控系统的概念与组成第二节图像产生基础知识第三节摄像机基础知识第四节监视器基础知识第五节数字视频压缩基础知识STUDENTFULFILLMENT2第二章视频监控系统基本知识第二节图像产生基础知识一、彩色与视觉特性二、电视图像的传送三、电视的制式与色彩空间STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质1．可见光谱•光是一种电磁辐射，光是一种以电磁波形式存在的物质。•电磁辐射的波长范围很宽，按波长从长到短的顺序排列，•依次是：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和宇宙射线。波长/m频率/Hz3×103无线电波105红外线1010紫外线1015X射线1020宇宙射线1025红橙黄绿青蓝紫780nm可见光3×10－23×10－73×10－123×10－17380nmSTUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质（1）可见光•波长在380～780nm范围内的电磁波能够使人眼产生颜色感觉，称为可见光•只含有单一波长的光为单色光，包含有两种或两种以上波长的光标为复合光。（2）光谱色•不同波长的光呈现出的颜色不相同，一定波长的光谱呈现的颜色称为光谱色。•波长由780nm向380nm变时人眼颜色感觉红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色•太阳发出的白光中包含了所有的可见光的光谱，给人以白色感觉。•把太阳辐射的一束光投射到棱镜上太阳光会经过棱镜分解成一组•按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫顺序排列的连续光谱。•分解之后的色光再次经过棱镜不能再分解，这种单一波长的色光也称谱色光（3）同色异谱•光谱完全不同的光，人眼有时会有相同的色感。•用波长540nm绿光和700nm红光按比例混合使人眼得到580nm黄光色感。•这种由不同光谱混合出相同色光的现象叫同色异谱。STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质2．物体的颜色•物体分为发光体和不发光体。我们看到的颜色有两种不同的来源：•发光体所呈现的颜色，发光体的颜色由它本身发出的光谱所确定，•例如，白炽灯发黄、荧光灯发白，各种彩色灯和霓红灯等所发出的彩色光，各自有其特定的光谱色。•不发光体反射或透射的彩色光。物体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照射光的反射、透射特性有关。•外界光线照射下，能有选择地吸收一些波长的光，而反射或透射另一些波长的光，•从而使物体呈现一定的颜色。例如：•红旗反射太阳光中的红色光、吸收其他颜色的光而呈红色；•绿色的植物因反射太阳光中的绿色光、吸收所有其它色光而呈现绿色；•白纸和白云反射全部阳光而呈白色；•煤炭和黑板吸收全部照射光而呈现黑色等等STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质2．物体的颜色•既然物体呈现的颜色是由于物体反射（或透射）光的种类不同而产生的，•那么物体呈现的颜色显然与照射它的光源有关。•绿草的绿色是由于它在日光照射下才表现出来的，•如果把绿草拿到红光下观察，就会发现它不再是红色而近乎是黑色的，•这是因为红色光源中没有绿光成分，绿草全部吸收了红光，所以变成黑色。•人们日常生活中都会有这样的经验，•某些东西在日光下看到的颜色与在灯光下看到的颜色有差异，•恰恰说明由于日光与灯光这两种光源所含的光谱成分不同，•使同一物体表现为不同的颜色。STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质•3．标准光源•通常的照明光源所发出的光虽然都笼统地称其为白光•如太阳、日光灯、白炽灯泡等•发光物质不同，它们的光谱成分相差很大，•用它们照射相同物体时，呈现的颜色则相差较大。•白炽灯泡偏橙红（呈暖色调），而汞灯偏青蓝（呈冷色调）。•为了比较和区别各种光源的特性，国际照明委员会•规定了几种标准白色光源，•并以基本参量“色温”予以表征。•在电子视频系统中，用标准白光作为照明光源。•为了便于对标准白光进行比较和计算，•用绝对黑体的辐射温度——色温表示光源的光谱性能。STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质（1）绝对黑体•也称全辐射体，是指不反射、不透射，完全吸收入射辐射的物体。•它对所有波长辐射的吸收系数均为1。•绝对黑体在自然界是不存在的。•实验模型是一个中空的、内壁涂黑的球体，在其上面开了一个小孔，•进入小孔的光辐射经内壁多次反射、吸收，已不能再逸出到外面，这个小孔就相当于绝对黑体。•绝对黑体所辐射的光谱与它的温度密切相关。•绝对黑体的温度越高，辐射的光谱中蓝色成分越多，红色成分越少。STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质（2）光源的色温•色温是以绝对黑体的加热温度来定义的。•绝对黑体被加热时的电磁波辐射波谱仅由温度决定。•为了区分各种光源的不同光谱分布与颜色，可以用绝对黑体的温度来表征。•当绝对黑体在某一特定绝对温度下，所辐射的光谱与某光源的光谱具有相同的特性时，则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的色温。•例如，温度保持在2800K时的钨丝灯泡所发的白光，•与温度保持在2854K的绝对黑体所辐射光的功率波谱基本一致，•于是既称该白光的色温即为2854K。•可见、色温并非光源本身的实际温度，而是表征光源波谱持性的参量。•色温与光源的实际温度无关，•彩色电视机荧光屏的实际温度为常温，而其白场色温是6500K。STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质（3）标准白光•常用的标准白光有A、B、C、D65和E光源5种。•A光源：色温为2854K的白光，光谱偏红，相当于充气钨丝白炽灯所产生的光•B光源：色温为4874K的白光，近似中午直射的太阳光。•在实验室中可由特制的滤色镜从A光源中获得。•C光源：色温为6774K的白光，相当于白天的自然光。•是NTSC制彩色电视白光标准光源。•D65光源：色温6504K的白光，相当于白天的平均光照。•是PAL制彩色电视白光标准光源。•E光源：色温为5500K的等能量白光（E白）。•是一种理想的等能量的白光源它是为简化色度学计算所采用的一种假想光源。•采用这种光源有利于彩色电视系统中问题的分析和计算。•电视演播室卤钨灯光源的色温为3200K，•有体积小、亮度高、寿命长、色温稳定等优点。700600500400波长/nm相对功率波谱/%20015010050CABD65BCD65ASTUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质4．光的度量单位（1）光通量•按人眼的光感觉来度量的辐射功率，用符号φ表示。单位为流明（lm）。•当λ＝555nm的单色光辐射功率为1W时，产生的光通量为683lm，或称1光瓦。•其他波长时，相对视敏度V（λ）下降，相同辐射功率所产生的光通量随之下降。•40W的钨丝灯泡输出的光通量为468lm，发光效率为11.7lm/W；•40W的日光灯可输出2100lm的光通量，发光效率为52.5lm/W；•电视演播室卤钨灯发光效率可达80～100lm/W。•（2）光照度•衡量单位面积上光通量的大小的量，用符号E表示，单位为勒（克斯lux）。•1勒（克斯）等于1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的光照度。•为了对光照度单位勒有个大概的印象，下列数据可供参考：•室外晴天光照度约为10000勒，多云约为500勒，傍晚约为50勒，•月光约为10-1勒，黄昏约为10-2勒，星光约为10-4勒。。STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（一）光的性质0.5全月晴空夜间路灯黎明黄昏阴天晴朗白天太阳直射1微明景物照度（Lux）自然条件0.1无月阴云晴空0.1半月晴空10-1520cm处烛光10黄昏室内100室内日光灯300距60W台灯60cm桌面1000电视台演播室10000阴天室外100000夏日阳光下0.5全月晴空夜间路灯黎明黄昏阴天晴朗白天太阳直射1微明景物照度（Lux）自然条件0.1无月阴云晴空0.1半月晴空10-1520cm处烛光10黄昏室内100室内日光灯300距60W台灯60cm桌面1000电视台演播室10000阴天室外100000夏日阳光下监控现场环境照度(Lux)银行大厅20宾馆写字间办公室50配有灯光或红外光的金库20-50光线比较好的100-300光线比较暗的20光线适中50饭厅10其他场所医院房间50医院手术台1800试验台50室外停车场(傍晚)1室内停车场(微弱灯光)5走廊（宾馆）5监控现场环境照度(Lux)银行大厅20宾馆写字间办公室50配有灯光或红外光的金库20-50光线比较好的100-300光线比较暗的20光线适中50饭厅10其他场所医院房间50医院手术台1800试验台50室外停车场(傍晚)1室内停车场(微弱灯光)5走廊（宾馆）5监控现场监控现场环境照度(Lux)环境照度(Lux)银行银行大厅大厅2020宾馆写字间宾馆写字间办公室办公室5050配有灯光或红外光的金库配有灯光或红外光的金库20-5020-50光线比较好的光线比较好的100-300100-300光线比较暗的光线比较暗的2020光线适中光线适中5050饭厅饭厅1010其他场所其他场所医院房间医院房间5050医院手术台医院手术台18001800试验台试验台5050室外停车场(傍晚)室外停车场(傍晚)11室内停车场(微弱灯光)室内停车场(微弱灯光)55走廊（宾馆）走廊（宾馆）55STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（二）人眼的视觉特性•人能感觉到图像的颜色和亮度是眼睛的生理结构所决定的。•电影和电视都是根据人眼的视觉特性发明的。•黑白电视，利用了人眼的视觉惰性，利用了人眼分辨力的局限性。•彩色电视，还利用了人眼的彩色视觉特性，主要包括视敏特性和彩色视觉。•电影每秒投射24幅静止画面，每画面投射2次，•由于人眼的视觉惰性，看起来就同活动景象一样。•电视每秒扫描50幅画面，每幅画面是由312根扫描线组成的，•由于人眼的视觉惰性和有限的细节分辨能力，•看起来就成了整幅的活动景象。•人眼的视觉特性是视频技术发展的重要依据。STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（二）人眼的视觉特性1．视觉灵敏度•波长不同的可见光光波，给人的颜色感觉不同，亮度感觉也不同，•人眼对不同波长光的灵敏度是不同的。•人眼的灵敏度因人而异，同一个人眼睛的灵敏度也随年龄和健康状况有所变化•所以采用统计方法，用许多正常视力的观察者来做实验，取其平均值。•国际照明委员会推荐标准视敏度曲线（也称相对视敏函数曲线）。•图中曲线表明•具有相等辐射能量、不同波长的光作用于人眼时，•引起的亮度感觉是不一样的。•可以看出人眼最敏感的光波长为555nm，颜色是草绿色，•这一区域颜色，人眼看起来省力，不易疲劳。在555nm两侧，•随着波长的增加或减少，亮度感觉逐渐降低。•在可见光谱范围之外，辐射能量再大，人眼也没有亮度感觉。。400500600700波长/nm相对视敏度V()0.80.60.40.201.0VG()20VB()VR()STUDENTFULFILLMENT一、彩色与视觉特性（二）人眼的视觉特性2．彩色视觉（1）杆状细胞和锥状细胞•人眼视网膜上有大量的光敏细胞，按形状分为杆状细胞和锥状细胞。•杆状细胞灵敏度很高，但对彩色不敏感，人的夜间视觉主要靠它起作用，•因此，暗处只能看到黑白形象而无法辨别颜色。•锥状细胞既可辨别光的强弱，又可辨别颜色，白天视觉主要由它来完成。（2）红敏细胞、绿敏细胞、蓝敏细胞•关于彩色视觉，科学家曾做过大量实验并提出视觉三色原理的假设，认为•锥状细胞又可分成三类，分别称为红敏细胞、绿敏细胞、蓝敏细胞。•相对视敏函数曲线分别为VR（λ）、VG（λ）、VB（λ），•其峰值分别在580nm、540nm、440nm处。•图中VB（λ）曲线幅度很低，已将其放大了20倍。•三条曲线的总和等于相对视敏函数曲线V（λ）。•三条曲线部分交叉重叠，很多单色光同时处于两条曲线之下400500600700波长/nm相对视敏度V()0.80.60.40.201.0VG()20