第03章图像的数字化与显示.ppt

Slide * （a）中央上升型 （b）中央平稳型 非均匀对称量化 Slide * （3）按量化时采样点相互间的相关性分 无记忆和有记忆量化。 （4）按量化时处理的采样点数分 标量量化和矢量量化。 Slide * 3.2.2 标量量化 标量量化：将数值逐个量化 量化器设计的任务： 划分子区间和设定量化值，使量化造成的失真最小。 当概率分布为p(z)，量化值为qi时，总误差平方为最小时失真最小。 Slide * 1.均匀量化（线性量化） 均匀量化 将[z0,zk) 均分成个k子区间后，每个区间的长度 （3.10） 各子区间以它的中心位置作为量化值 （3.11） Slide * 当待量化值在区间内均匀分布时 （3.12） （3.13） 最小： Slide * 2. Max量化器 Max量化器是一种非均匀量化器 主要思想： p(z) 不等于常数，使 最小。 说明样本值在某个取值范围内较频繁出现，而在另外一些范围内出现不多。 可对样本值较频繁出现的取值范围采用较小的量化区间，而在其它地方用较大的量化区间。 这样就可在不增加量化级数的条件下，降低平均误差，减少量化噪声。 Slide * Max量化器在总误差平方和最小的意义上是最优的。 但一般而言，图像在0附近出现的概率较高，因此Max量化器在0附近必然量化间隔很密，量化较精细。 实际中，人眼在0附近的分辨率并不灵敏，所以用Max量化器量化得太细是没有意义的。 Slide * 3.2.3 向量量化 定义：将一组采样的信号幅度向量在容许的误差范围内用更少的离散向量代替。 与标量量化相比，向量量化提供较低的失真，但运算量比标量量化大得多。 原理：一次量化2个以上采样点，量化过程需要用到一个码书。 实质就是在码书中找到输入矢量X 的最近码字，其衡量标准就是误差测度，通常采用平方误差测度 。 Slide * 1．向量量化的原理 图3.8 一维向量量化 Slide * 例题：原始图像块是一个4灰度级的16维矢量。 矢量的每个分量就是一个像素的灰度值，其灰度有四个等级，0最黑，3最亮。 假设码书含4个16维码字。经计算可以发现码字y1离x最近，故用索引01进行编码。 图3.9 原始图像和灰度级 图3.10 码书C＝{ Y1, Y2, Y3, Y4} Slide * 目的：对任一输入矢量X，在码书中寻找最佳匹配码矢Xi。 常用的最佳匹配原则：寻求最小误差。 若码书尺寸为M，矢量X对应码矢Xi，信号矢量X的概率密度函数为p(X)，则总的量化误差可表示为 Slide * 矢量误差 j可取1,2,…, p; p属于正整数。 常用的误差有 ： 均方绝对值误差（MAE） 均方误差（MSE） Slide * 3.3 图像输入输出设备 3.3.1 图像输入设备 数字化器是将模拟图像转换成数字图像的数字化输入装置。 常用的数字化器 数码电视摄像机 数码相机 扫描仪等 Slide * 1．数码电视摄像机 光电转换器件主要有光电摄像管（vidicon）、光电倍增管、视像管等。 目前摄像管摄像机正逐渐被固体光电转换器件摄像机取代。 固态摄像机的传感器类型有电荷耦合器件（CCD）、电荷注入器件（CID）和光电二极管阵列。 特别是CCD摄像机采用CCD器件替代摄像管实行光电转换、电荷存储与电荷转移。 Slide * CCD摄像机 VLSI产品，由于体积小、重量轻、寿命长、成像速度快、成本低、灵敏度高、图像无几何失真，已成为视频信号的常用输入设备。 拍摄的图像质量与CCD的数量、CCD的感光面积、CCD的工作方式有很大关系。 按CCD的数量可分为： 单片、三片式摄像机，三片式摄像机的质量最好。 Slide * 灵敏度、分辨率、信噪比是三大指标 灵敏度：最低环境照度 黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux，彩色摄像机多在1Lux以上。 分辨率：成像后可以分辨的水平黑白线对的数目。 黑白摄像机的分辨率一般为380-600，彩色为380-480，其数值越大成像越清晰。 信噪比：主要取决于ADC的位数。 采用12 bit ADC和大于20 bit的高精度数字处理技术使信噪比大于63 dB。 Slide * 典型的CCD摄像机主要参数 图像传感器 1/3 CCD 540线 水平清晰度 540线(TV Lines)，带OSD菜单 有效像素 PAL：752H×582V NTSC：768H×494V 快门速度 PAL ：1/50秒～1/100,000秒 ；NTSC ： 1/60～1/100,000/秒 最底照度 小于 0.1Lux