視頻信號的對比度與γ校正
發(fā)布時間:2007/8/15 0:00:00 訪問次數(shù):536
由攝像機獲得的圖像信號其電平高低與景物的亮度是相對應(yīng)的,如果是正極性的視頻信號,景物的亮度越高,電平也越高,負極性視頻信號則相反。人眼對景物亮度的感覺比攝像機要高,所以攝像機所能反映的景物對比度就遠小于人眼所觀看的對比度(受攝像元件的動態(tài)范圍所限制)。攝像機對于超過某一個亮度界限以上的亮度就反映不出來了,只能夠以一個“飽和”電平來反映,這個電平我們稱為白電平。同樣,對于低于某一個亮度界限以下的亮度,攝像機也將反映不出來,只能夠用一個相等的“截止”電平來反映,這個電平稱為黑色電平。
對于一個高對比度(對比度是景物的最黑點的光通量與最亮點的光通量之比)的景物,如果要使攝像機不失真地還原就使用較少的復(fù)演指數(shù)γ,γ又叫對比度放大率或者叫對比度系數(shù)。當γ=1時拍攝的圖像將不失真地還原原景物的亮度層次。當γ≠1但在景物從最暗點到最亮點的各個對比度等級處保持恒定值時為線性失真。例如,原景物的幾個亮度等級是1、4、16、64、256、1024,它相鄰兩個對比度都是4,如生成的圖像亮度等級是1、2、4、8、16、32,它相鄰兩個對比度是2,此時γ<1。雖然原景物中的幾個亮度級別都反映出來了,但由于γ≠1,所以圖像不如原景物那樣鮮明。這種失真若觀眾沒看過原景物則是覺察不到的,在一定范圍內(nèi)是容許的。如γ隨亮度而產(chǎn)生的失真是非線性失真,例如上述景物的六級亮度是1、2、8、32、48、50,這樣每相鄰兩個對比度都不相等,結(jié)果是這幅圖像的層次和原景物中的層次就有很大的差異,這是不容許的。
從上面的論述可知,當γ=1時重顯的圖像是最逼真的,但由于攝像機的對比度動態(tài)范圍有限制,所以我們可通過各種燈光的布置:如主光、輔助光、背景光來達到限制實際景物的對比度,使攝像機工作在γ=1的狀態(tài),此種情況多在特定的攝像環(huán)境下(如演播室內(nèi)),所以我們在看電視時,會感覺到在演播室內(nèi)拍攝的畫面特別清晰。在其它場所(如進行新聞拍攝)不容許或不可能用燈光限制對比度,我們只能減少γ,使攝像機工作在線性失真狀態(tài)下,這樣一來所拍攝的圖像看上去就平淡乏味多了。
在整個電視系統(tǒng)中(包括攝像--信號處理--圖象重現(xiàn))的γ是和攝像機的光電轉(zhuǎn)換指數(shù)γs、電視機顯像管電光轉(zhuǎn)換指數(shù)γx和信道指數(shù)γe有密切關(guān)系。一般來說γs和γx都由制造工藝所確定,所以是固定值(通常γs=1、γx=2.2),為此電視系統(tǒng)總的γ就由信道指數(shù)γe來決定了,當γe=1時信道工作在線性狀態(tài),那么γ=γs*γe*γx=1*1*2.2=2.2,γ >1,圖像的對比度比原景物的大,這樣一部分較亮的景物擠到白的一端,較暗的景物擠到黑的一端,圖像發(fā)生了非線性失真。為了校正這種失真,在現(xiàn)代的電視機上都加入了γ校正電路或叫灰度校正電路,它是一種預(yù)失真電路,這種電路的加入使信道的γe≠ 1即信道工作在預(yù)失真狀態(tài)。
由攝像機獲得的圖像信號其電平高低與景物的亮度是相對應(yīng)的,如果是正極性的視頻信號,景物的亮度越高,電平也越高,負極性視頻信號則相反。人眼對景物亮度的感覺比攝像機要高,所以攝像機所能反映的景物對比度就遠小于人眼所觀看的對比度(受攝像元件的動態(tài)范圍所限制)。攝像機對于超過某一個亮度界限以上的亮度就反映不出來了,只能夠以一個“飽和”電平來反映,這個電平我們稱為白電平。同樣,對于低于某一個亮度界限以下的亮度,攝像機也將反映不出來,只能夠用一個相等的“截止”電平來反映,這個電平稱為黑色電平。
對于一個高對比度(對比度是景物的最黑點的光通量與最亮點的光通量之比)的景物,如果要使攝像機不失真地還原就使用較少的復(fù)演指數(shù)γ,γ又叫對比度放大率或者叫對比度系數(shù)。當γ=1時拍攝的圖像將不失真地還原原景物的亮度層次。當γ≠1但在景物從最暗點到最亮點的各個對比度等級處保持恒定值時為線性失真。例如,原景物的幾個亮度等級是1、4、16、64、256、1024,它相鄰兩個對比度都是4,如生成的圖像亮度等級是1、2、4、8、16、32,它相鄰兩個對比度是2,此時γ<1。雖然原景物中的幾個亮度級別都反映出來了,但由于γ≠1,所以圖像不如原景物那樣鮮明。這種失真若觀眾沒看過原景物則是覺察不到的,在一定范圍內(nèi)是容許的。如γ隨亮度而產(chǎn)生的失真是非線性失真,例如上述景物的六級亮度是1、2、8、32、48、50,這樣每相鄰兩個對比度都不相等,結(jié)果是這幅圖像的層次和原景物中的層次就有很大的差異,這是不容許的。
從上面的論述可知,當γ=1時重顯的圖像是最逼真的,但由于攝像機的對比度動態(tài)范圍有限制,所以我們可通過各種燈光的布置:如主光、輔助光、背景光來達到限制實際景物的對比度,使攝像機工作在γ=1的狀態(tài),此種情況多在特定的攝像環(huán)境下(如演播室內(nèi)),所以我們在看電視時,會感覺到在演播室內(nèi)拍攝的畫面特別清晰。在其它場所(如進行新聞拍攝)不容許或不可能用燈光限制對比度,我們只能減少γ,使攝像機工作在線性失真狀態(tài)下,這樣一來所拍攝的圖像看上去就平淡乏味多了。
在整個電視系統(tǒng)中(包括攝像--信號處理--圖象重現(xiàn))的γ是和攝像機的光電轉(zhuǎn)換指數(shù)γs、電視機顯像管電光轉(zhuǎn)換指數(shù)γx和信道指數(shù)γe有密切關(guān)系。一般來說γs和γx都由制造工藝所確定,所以是固定值(通常γs=1、γx=2.2),為此電視系統(tǒng)總的γ就由信道指數(shù)γe來決定了,當γe=1時信道工作在線性狀態(tài),那么γ=γs*γe*γx=1*1*2.2=2.2,γ >1,圖像的對比度比原景物的大,這樣一部分較亮的景物擠到白的一端,較暗的景物擠到黑的一端,圖像發(fā)生了非線性失真。為了校正這種失真,在現(xiàn)代的電視機上都加入了γ校正電路或叫灰度校正電路,它是一種預(yù)失真電路,這種電路的加入使信道的γe≠ 1即信道工作在預(yù)失真狀態(tài)。
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