视频基础原理之--摄像管成像技术

@think3r 2017-11-26 23:59:29

转载于: 视频基本原理 --摄像管成像技术
参考书籍：

1. 谈新权，邓天平 译 《视频技术基础》 华中科技大学出版社，2004.2
2. Michael Parker 等著 邓天平 译 《嵌入式系统数字视频处理权威指南》 2014.8

0x00 基础概念

• 彩色电视系统就是要传输彩色。

  • 在特定条件下，人眼可区分几万种彩色（饱和度、色调不同）。根据人眼的彩色视觉特性，不管传输的是什么色，我们都只传输光学图像中的三个色分量：R，G，B。

  • 在接收端，可以将这三色分量进行相加混色，得到合成的彩色。由彩色视觉特性可知，发送端的景物彩色与接收端呈现图像彩色的感觉是相同的。

  • 假设直接传输光信号（如果具备这种条件），就没有必要变成三个光分量，直接传输景物光像的原色即可。但是事实上，光信号的传输、处理、存储都很困难，需要将其变成电信号。

  • 然而，承担光电转换的器件--- 摄像器（像传感器）不能识别波长（即彩色），只能识别光亮度的大小，因此，接收端重现彩色必须要有电光转换器件将电信号还原成对应的基色光信号，然后再合成彩色。由此构成了如图所示的彩色图像的传输与重现的简单框图。

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  • 由上图可知，要实现图像信息的传输，首先要将待传输的景物变成光学图像，这由光学镜头实现；然后，再变成电信号，即视频信号，依靠光电转换器件完成。

    • 我们会先介绍如何将光学图像变成视频信号，然后再介绍如何在接收端把电信号再转换成光信号来显示图像的技术手段。
    • 先从简单的入手, 如果只考虑上图所示的一个通道，且不加分色系统，则它表示黑白视频信号的产生。因而我们会先介绍黑白视频信号的产生，然后介绍彩色视频信号的产生。

• 视频处理流程:

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  • 光->电转换过程: 依靠摄像器件（含光学镜头）完成。光学物镜将景物所反射出来的光成像到光电成像器件的像敏面上形成二维光学图像。光学成像器件将二维光学图像转变成二维“电气”图像的工作。

  • 像素： 将一幅空间上连续的黑白图像分解成许多小单元，称为像素。“电气”图像的电气量在二维空间的分布与光学图像的光强分布保持着线性对应关系。组成一幅图像的最小单元称作像素，像素单元的大小或一幅图像所含像素数决定了图像的清晰度。像素数愈多，或像素几何尺寸愈小，反映图像的细节愈强，图像愈清晰，图像质量愈高。这就是 图像分割;

  • 扫描： 将图像分解成像素后顺序传送。按着一定的规律将所分割的电气图像转变成一维时序信号，即将电气图像从左向右，又从上向下的规律输出即为 扫描 。老式监视器的显象管几乎都是利用电子束扫描荧光屏，便可在显象管上获得可供观察的图像，即 视频输出。

0x01 发展历史

• 自第一个真空摄像管（电子束摄像管）问世以来，在广播电视摄像及其他光电成像系统中，曾使用过的摄像管有光电像管、超光电像管、超正析像管、视像管以及性能优良的氧化铅管等。成熟的工艺和优良的光电导材料大大拓展了电子束摄像管及其成像系统的众多应用领域，从可见光延伸到非可见光谱（红外、紫外、载射线等）。成像器件与成像系统相互促进、相互依存，构成了许多特殊应用的成像系统。例如，使用低残像、高灵敏度摄像管的高速电视摄像技术，其曝光时间可在微秒、纳秒范围内，具有很强的“冻结”能力，从而消除高速目标所带来的模糊。这种成像系统给出了高速变化过程的空间和时间信息，具有重要应用价值。