Лекция №1 icon

Лекция №1


Смотрите также:
Вводный семинар, вводная лекция, занятия по целе-полаганию, лекция-беседа...
Лекция 20. 03. 12. Модели для исследования и оценки в pr лекция 27. 03. 12...
Лекция Фьючерсные контракты Лекция Фьючерсы на акции...
Курс лекций Лекция Введение в земледелие. Лекция Научные основы земледелия...
Лекция Историография как научная дисциплина Лекция Исторические знания в Древней Руси...
Лекция Сионизм в оценке Торы Лекция Государство Израиль испытание на прочность...
Лекция Введение в социологию 6 Лекция Становление и основные этапы развития социологии. 20...
План лекционных занятий Лекция Развитие аудиальных средств информации. Лекция 2...
Курс лекций Москва 2008 Содержание Лекция Введение 4 Лекция Научные знания в средневековой Руси...
Лекция Историография как научная дисциплина Лекция Исторические знания в Древней Руси...
Лекция №2 от 25. 09. 2008г. Упанишады...
Лекция Введение в бд и субд. Модели данных 2 Лекция Инфологическая модель «Сущность-связь»...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9
скачать
Седьмой семестр

Лекция №1.

Математическое описание изображений. Энергетические параметры и характеристики оптического излучения. Энергетическая освещённость от точечного и протяжённого источника излучения. Фотометрические параметры и характеристики видимого диапазона оптического излучения.


Лекция № 2.

Физические основы телевидения – основные принципы телевидения, поэлементный анализ и синтез оптических изображений, и способы его передачи.


Лекция № 3.

Характеристики и параметры оптического и телевизионного изображений. Обобщенная структурная схема телевизионной системы.


Лекция № 4.

Восприятие изображения зрительной системой человека. Восприятие цвета и объема. Особенности зрительного восприятия излучения.


Лекция № 5.

Методы передачи информации о цвете. Фотометрия и свойства зрительного аппарата человека. Колориметрическое определение цвета. Цветовая система XYZ.


Лекция № 6.

Основные параметры телевизионного изображения. Принципы построчной (прогрессивной) развертки. Чересстрочная развертка. Формирование телевизионного сигнала.


Лекция № 7.

Параметры и характеристики телевизионного изображения. Искажения телевизионного изображения. Оценка качества изображений по телевизионным испытательным таблицам.


Лекция № 8.

Физические основы преобразования оптического излучения. Основные параметры и характеристики приёмников оптического излучения. Классификация приёмников оптического изображения.


Лекция № 9.

Приёмники изображения с внешним фотоэффектом. Перенос электронных изображений и фокусировка развертывающего луча. Принцип накопления заряда в приёмниках оптического изображения. Диссектор. Видикон. Плюмбикон.

Лекция № 10.

Твёрдотельные приёмники оптического изображения на основе ПЗС и ПЗИ структур. Принципы организации и переноса зарядовых пакетов. Способы организации считывания информации. Усилители яркости.


Лекция № 11.

Телевизионные преобразователи электрических сигналов в оптическое изображение. Кинескопы черно-белого и цветного телевидения. Синтезирующие устройства – ЖК, плазма, фотодиодные и лазерные приборы. Системы большого телевизионного экрана.


Лекция №12.

Обобщённая структурная схема телевизионной передающей камеры чёрно-белого и цветного телевидения.


Лекция №13.

Структура построения систем технического зрения. Общие принципы функционирования систем технического зрения. Многозональные сканирующие системы. Энергетический расчёт оптической системы. Методика расчёта основных параметров системы технического зрения.


Лекция №14.

Формирование изображения в телевизионных системах. Формирование видеосигнала. Спектр видеосигнала. Апертурные искажения при формировании изображений объектов наблюдения.


Лекция №15.

Искажения чёткости и разности – искажения яркости мелких, средних и крупных деталей. Восстановление постоянной составляющей в видеосигнале.


Лекция №16.

Субъективные методы оценки качества изображений по телевизионным испытательным таблицам.


Восьмой семемтр


Лекция №1.

Особенности построения видеоусилительного тракта. Предварительный усилитель телевизионной передающей камеры. Оптимизация входного узла предварительного усилителя.


Лекция №2.

Противошумовая коррекция – простая и сложная противошумовая коррекция входного звена предварительного усилителя. Шумоподавители.


Лекция №3.

Временная фильтрация телевизионного сигнала. Низкочастотная и высокочастотная коррекция телевизионного сигнала. Коррекция полутоновых искажений – градационные искажения.


Лекция №4.

Методы и способы коррекции нелинейных искажений. Гамма корректор. Особенности построения аналоговых и цифровых схем гамма корректоров


Лекция №5.

Предварительная обработка изображений. Гистограммная обработка изображений. Анализ сцен и прогноз ситуаций. Бинаризация полутоновых изображений. Обработка цветных изображений.


Лекция №6.

Методы обработки изображений. Фильтрация изображений. Линейная фильтрация изображений. Преобразование полутоновых изображений.


Лекция №7.

Принципы построения систем цветного телевидения. Методы формирования полного сигнала цветного телевидения. Системы с одновременным и поочередным сложением цветов. Сигнал яркости и цветоразностные сигналы.


Лекция №8.

Система цветного телевидения NTSC. Цветоразностные сигналы EI и EQ. Структурные схемы кодирующих и декодирующих устройств. Эксплуатационные характеристики системы NTSC.


Лекция №9.

Система цветного телевидения SECAM. Предискажения цветовых сигналов. Цветовая синхронизация в системе SECAM.


Лекция № 10.

Структурные схемы кодирующих и декодирующих устройств. Эксплуатационные характеристики системы SECAM.


Лекция №11.

Система цветного телевидения PAL. Структурные схемы кодирующих и декодирующих устройств. Эксплуатационные характеристики системы PAL.


Лекция №12.

Сравнительный анализ систем цветного телевидения NTSC, SECAM и PAL.


Лекция №13.

Принципы построения многостандартных цветных телевизоров. Принципы построения многосистемных цветных телевизоров.


Лекция №14.

Перспектива развития систем цветного телевидения.


Лекция №15.

Перспектива развития прикладных телевизионных систем и систем технического зрения.


Конспект лекций


Седьмой семестр

Лекция №1.

Математическое описание изображений. Энергетические параметры и характеристики оптического излучения. Энергетическая освещённость от точечного и протяжённого источника излучения. Фотометрические параметры и характеристики видимого диапазона оптического излучения.

Основным источником информации в системах технического зрения (СТЗ) является окружающее нас пространство предметов и их свойство отражать или излучать потоки энергии в окружающий мир. Способность каждого пред­мета или его деталей различно отражать или излучать потоки излучения, относится к оптическим свойствам объек­та, а отражённый, излучённый каждым элементом предмета поток оптического излучения является источником информации о предмете. Любой природный объект как источник информации характеризуется распределением энергии в пространстве, во времени и по спектру.

Для количественной оценки распределения энергии используются системы энергетических и световых величин. Интенсивность и спект­ральный состав элементарного потока отличается яркостью и цветностью каждой точки объекта наблюдения, а направление потока –пространственным расположением этой точки объекта. Одновре­менно приёмное устройство системы технического зрения видит ограниченную часть пространства, опреде­ляемую пространственным углом, называемым углом зрения.

В общем случае объект передачи характеризуется следующими параметрами:

  • яркость;

  • цветность;

  • глубинное расположение.

Каждая точка объекта располагается в трёхмерном пространстве, а при движении и изменении освещённости изменяет характер распределения яркости и цветности всех точек рассматривае­мого объекта.

Математическая модель объектов передачи (наблюдения) является многомерной функцией пространственно-временного распределения яркости – , цветового тона (доминирующей длины волны) – и насыщенности (чистоты цвета) , т.е.

(1.1)

Эти уравнения определяют яркость, отражённую или излучённую, и цветность, описываемую значениями , и как фун­кцию пространственных координат – х, у и z каждой точки наблюдаемых объектов во времени.

Энергетические параметры и характеристики

оптического излучения

Рассмотрим основные энергетические параметры и характеристики опти­ческого излучения исходящего от источника излучения и падающего на чувствительную поверхность при­ёмника излучения на примере схемы их размещения, представленной на рис. 1.1 [1, с. 511], для элементарных площадок и , на которых рассчитывается яркость – изображения в элементарных телесных углах и .



Рис. 1.1. Схема размещения источника и приёмника излучения

Первой величиной, позволяющей судить о количестве энергии излучения W , является поток излучения , или, как его ещё называют, мощ­ность излучения, определяемая как количество излучаемой, поглощаемой или переносимой в единицу времени энергии

. (1.2.)

Индекс « е » в обозначении потока излучения в дальнейшем будем использовать только в тех случаях, когда наряду с энергетическими характеристиками излучения будут применяться другие единицы (световые, эффективные и др.).

В настоящее время различают два вида потока излучения P интегральный и дифференциальный. Первый из них даёт значение потока излучения P в спектральном диапазоне при достаточно большой разнице между значениями и , а второй при малой разнице, т.е. сосредоточенный в малом диапазоне длин волн и называемый спектральным или монохроматическим потоком излучения или . Значение потока излучения, приходящееся на единичный интервал длин волн внутри диапазона , называется спектральной плотностью потока излучения, т.е. это предел отношения потока излучения, соответствующего узкому участку спектра, к ширине этого участка

. (1.3)

Второй величиной, характеризующей излучение, является энергетическая сила света, которая представляет собой отношение потока излучения, испускаемого точечным источником или бесконечно малым элементом протяжённой поверхности в бесконечно малом телесном угле, содержащем указанное направление, к величине этого телесного угла. Следовательно, в соответствии с рис. 1.1 значение можно будет вычислить по формуле

. (1.4)

Иногда эту величину называют угловой плотностью потока излучения в данном направлении. Из определения энергетической силы света следует, что полный поток излучения в телесном угле можно определить из выражения

. (1.5)

Спектральная, монохроматическая энергетическая сила света или описывает значения энергетической силы излучения, отнесённой к спектральному диапазону, заключённому в спектральном интервале , в этом случае спектральная плотность энергетической силы излучения источника описывается выражением

. (1.6)

Третьей величиной, является поверхностная плотность потока излучения, определяемая как значение потока излучения, приходящегося на единицу пло­щади. В этой величине различают два понятия – энергетическую освещённость и энергетиче­скую светимость, какой-либо поверхности.

^ Энергетическая освещённость в точке поверхности представляет собой отношение потока излучения, падающего на бесконечно малый элемент поверхности, содержащий рассматриваемую точку, к площади этого элемента поверхности. Следовательно, в соответствии с рис. 1.1 значение можно вычислить по формуле

. (1.7)

Энергетическая светимость в точке поверхности есть отношение потока излучения, испускаемого бесконечно малым элементом поверхности, который содержит данную точку, к площади этого элемента поверхности. Следовательно, в соответствии с рис. 1.1 значение вычисляется по формуле

. (1.8)

Вычисление значений спектральных плотностей энергетической освещённости и энер­гетической светимости осуществляется аналогично вычислению значений спектральной энергетической силе света, т.е. они соответственно равны

и . (1.9)

Четвертая величина, энергетическая яркость L. Эта величина, определяемая в точке поверхности и в данном направлении, есть отношение энергетической силы света, создаваемой в данном направлении бесконечно малым элементом поверхности, содержащим указанную точку, к площади ортогональной проекции этого элемента поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению, т.е. значение L для разных поверхностей и рассчитывается по выражениям

или . (1.10)

В связи с тем, что поток излучения является функцией двух переменных , при небольших и независимых изменениях значений и на и , суммар­ное изменение потока излучения может быть вычислено как полный диффе­ренциал 2-го порядка

, (1.11)

где – частные производные второго порядка от функции .

Спектральная плотность энергетической яркости рассчитывается по формуле

. (1.12)

На практике различают три частных случая определения энергетической яркости :

  • в произвольной точке на поверхности источника излу­чения;

  • в произвольной точке на поверхности приёмника излу­чения;

  • в произвольной точке на пути распространения потока излучения.

Расчёт значений энергетической яркости для этих трёх случаев следует вести соответственно по одной из следующих формул:




Иоганн Генрих Ламберт

Ламберт И.Г.
, и . (1.13)

Причём значение телесного угла для источника и приёмника излучения вычисляется по выражениям



и

, (1.14)

где – расстояние между площадками

и .

Поверхности тел называют диффузно излучающими, если энергетическая яркость во всех направлениях одинакова. Для диффузно излучающих тел справедлив закон, установленный И.Г. Ламбертом. Согласно этому закону, энергетическая сила света диффузно излучающей поверхности в данном направлении для всех длин волн пропор­циональна косинусу угла между направлением излучения и нормалью к излучающей поверхности, т.е.

. (1.15)

В том случае, если значения энергетической силы света и энергетической яркости отложить от центра излучающего тела в виде векторов, то поверхность, проведённая по концам этих векторов, называется фотометрической, а тело, заключённое внутри этой поверхности, – фотометрическим.

К





Рис. 1.2. Зависимость яркости

и силы света для поверхности А

подчиняющейся закону Ламберта
ак видно из рис. 1.2 [2, с. 246] для тел, подчиняющихся закону Ламберта, фотометрическое тело энергетической яркости излучающей поверхности А пред­ставляет собой полусферу, а фотометрическое тело энергетической силы света – сферу, касательную к поверхности А. Строго говоря, закон Ламберта справедлив только для особого класса источников излучения – это абсолютно чёрное тело, т.е. идеально диффузно рассеивающая поверхность.

На практике закон Ламберта может применяться с достаточно хорошим приближением во мно­гих случаях. Примерами такого использования являются поверхности Солнца и Земли, порошкообразные люминофоры, все тела с матовой диффузной окраской и т.д. [2, с. 246, 247].

При анализе оптического изображения встречается такое понятие, как коэффициент яркости объекта. Этот коэффициент яркости можно рассматривать как предельный случай апертурного коэффициента отражения, т.е. когда телесный угол конуса выби­рается предельно малым и близким к нулю. В этих условиях коэффициент яркости представляет собой частное от деления энергетической яркости объекта на энер­гетическую яркость идеального рассеивателя, т.е. рассеивателя, коэффициент отражения которого равен единице и он рассеивает падающую на него энергию излучения равномерно по всем направ­лениям.

Под апертурным коэффициентом отражения предмета следует понимать отношение потока излучения, отраженного в направлении, заключённом внутри определенного конуса с вершиной в данной точ­ке объекта, к потоку излучения, отражённому в пределах того же конуса с идеальным рассеивателем.

Рассмотрим понятие спектральной плотности или функции спектрального распре­деления для любой величины, описанной выше. Под понятием спектральной плотности некоторой энергетической или фотометрической величины на какой-либо длине волны подразумевают отношение количества этой величины для длин волн, сосредоточенных в бесконечно малом спек­тральном интервале вокруг данного значения, к ширине этого интервала. Изменение спектраль­ной плотности с изменением длины волны носит название функции спектрального распределения величины. Функция относительного спектрального распределения какой-либо величины есть изменение спектральной плотности этой величины относительно максимального её значения, приравненного к единице либо к какой-нибудь произвольной единице. Другими словами, эта функция определяет только относительные изменения значе­ний величины для различных длин волн.

^ Энергетическая освещённость от точечного

и протяжённого источника излучения

На изображениях объектов передачи (наблюдения) имеются отдельные детали с разными геометрическими параметрами отражённого потока излучения от них. Поэтому целесообразно рассмотреть реакцию приёмной части системы технического зрения как на мелкие, точечные детали изображения, так и на более крупные протяжённые детали.

^ Точечный источник это такой источник излучения, размеры кото­рого настолько малы по сравнению с расстоянием до приёмной части системы технического зрения, что ими можно пренебречь в вычислениях, он характеризуется энергетической силой света рис. 1.3 [2, с. 248].




Рис. 1.3. Освещённость площадки d A1

точечным источником S

Поток излучения в элементарном телесном угле от точеч­ного источника описывается выражением

, откуда следует . (1.16)

Из анализа формул 1.16 можно сделать следующие выводы:

  • освещённость поверхности точечным источником прямо пропорциональна силе света источника в заданном направлении и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемого им элемента поверхности (закон квадратов рас­стояний, или как его ещё называют, закон обратных квадратов);

  • освещённость пропорциональна косинусу угла падения лучей на освещаемую поверхность (закон наклона).





Рис. 1.4. Освещённость поверхности

приёмника излучения А2 участком

поверхности источника излучения А1
Протяжённый источник представляет собой источник излучения, размеры которого соизмеримы с расстоянием до приёмной части системы технического зрения. В этом случае такой источник характери­зуется энергетической яркостью .

Энергетическая освещённость поверхности приёмника излучения А2 в точке О2 рис. 1.4, создаваемая элементарной площадкой источника излучения, линейные размеры которой малы по сравнению с расстоянием r между источником излучения и освещаемой им поверхностью, может быть вычислена по закону обратных квадратов

при условии, что ,

получаем . (1.17)

Элементарный телесный угол , под которым из точки 02 виден излучающий элемент , равен

, откуда . (1.18)

Интегрируя полученное выражение по телесному углу , можем найти энергетическую освещённость поверхности А2 в точке О2, создаваемую всей поверхностью А1 по выражению

. (1.19)

Для случая, когда излучение от источника удовлетворяет закону Ламберта , выражение 1.19 примет вид

. (1.20)

Полученная формула является основной для расчёта энергетической освещённости от больших протяжённых объектов изображения.

В




Рис. 1.5. Геометрическая интерпретация

интеграла
оспользуемся геометрической интерпретацией интеграла в выражении 1.20. Для этого опишем вокруг элемента освещаемой поверхности полусферу радиусом R=1 (рис. 1.5 [2, с. 250]). В этом случае образовавшиеся телес­ные углы и вырежут на поверхности полусферы соответственно пло­щади и , численно равные значениям соответствующих те­лесных углов, поскольку R = 1.

Эле­мент поверхности наклонен относительно плоскости основа­ния полусферы под тем же уг­лом , который составляет па­дающий луч с нормалью к эле­менту поверхности . Таким образом, произведение численно равно площади проекции элемента по­верхности полусферы на плоскость основания полу­сферы. Отсюда следует, что интеграл численно равен площади проекции на плоскость основа­ния той части поверхности полусферы с R = 1 которая вырезается телесным углом [2, c. 250].

Фотометрические параметры и характеристики

видимого диапазона оптического излучения

С



Рис. 1.6. Функции относительной дневной и ночной

световой эффективности
ледует рассматривать два понятия фотометрических величин – это энергетическая фотометрия (радиометрия), применяемая ко всему спектральному диапазону оптического излучения, и просто фотометрия, используемая только для видимой части оптического излучения. Это связано с понятием свет, т.е. с энергией излучения, способной вызывать зрительное ощущение у оператора, человека-наблюдателя. В этом случае при анализе оптического изображения появляется функция дневной световой эффективности стандартного фотометрического наблюдателя для дневного зрения в соответствии со стандартом международного комитета по освещенности (МКО) 1931 года (рис. 1.6).

Функция относительной дневной световой эффективно­сти (она имеет еще и другое название – кривая видности человеческого глаза) представляет собой отношение потока излучения длины волны к потоку излучения длины волны , когда эти два потока создают одинаковое зрительное ощущение при определённых фотометрических условиях дневного освещения. Значение выбирается таким образом, чтобы максимальное значение отношения указан­ных потоков было равно единице. Для определения функции относительной дневной световой эффективности (табл. 1.1.) используют параметры и характеристики зрения стандартного фотометри­ческого наблюдателя, свойства которого определены в МКО-31 [1, с. 512].

Таблица 1.1

Относительные спектральные световые эффективности

излучения для дневного и ночного стандартного

фотометрического наблюдателя МКО


λ, нм

Дневное

зрение

^ Ночное

зрение

λ, нм

Дневное

зрение

^ Ночное

зрение

380

0,0000

0,000589

580

0,870

0,1212

390

0,0001

0,002209

590

0,757

0,0655

400

0,0004

0,00929

600

0,631

0,03315

410

0,0012

0,03484

610

0,503

0,01593

420

0,0040

0,0966

620

0,381

0,00737

430

0,0116

0,1998

630

0,265

0,003335

440

0,023

0,3281

640

0,175

0,001497

450

0,038

0,455

650

0,107

0,000677

460

0,060

0,567

660

0,061

0,0003129

470

0,091

0,676

670

0,032

0,0001480

480

0,139

0,793

680

0,017

0,0000715

490

0,208

0,904

690

0,0082

0,00003533

500

0,323

0,982

700

0,0041

0,00001780

510

0,503

0,997

710

0,0021

0,00000914

520

0,710

0,935

720

0,00105

0,00000478

530

0,862

0,811

730

0,00052

0,000002546

540

0,954

0,650

740

0,00025

0,000001379

550

0,995

0,481

750

0,00012

0,000000760

555

1,0

0,4049

760

0,00006

0,000000425

560

0,995

0,3288

770

0,00003

0,000000241

570

0,952

0,2076

780

0,000015

0,000000139




Скачать 1,46 Mb.
оставить комментарий
страница1/9
Дата27.09.2011
Размер1,46 Mb.
ТипЛекция, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9
отлично
  3
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх