《图像显示原理》课件

图像显示原理探讨图像显示的基本原理涵盖屏幕构造、颜色模型以及信号传输等关键概念,了解图像显示技术的基础知识为后续深入学习奠定基础,什么是图像光学图像数字图像绘画图像图像是通过光学设备如相机或眼睛捕捉到的数字图像是用数字编码来表示的图像可以绘画图像是用艺术家的创造性和技能创作出,对象的视觉表现形式它们可以是静止的或存储在计算机或其他电子设备上它们由像来的图像通过多种绘画媒介如油画、水彩,动态的并且能够反映三维空间中的物理世素组成每个像素都有自己的颜色和亮度信等表达特定的视觉效果,,界息图像的基本属性分辨率色深宽高比图像的分辨率决定了图像的细节程度和清晰色深决定了图像能够表现的颜色数量更高宽高比决定了图像的外观尺寸不同的设备度更高的分辨率意味着更多的像素点和更的色深意味着能够表现更丰富的色彩和应用程序通常使用不同的宽高比精细的细节图像的数字表示像素采样图像分辨率图像被划分为一个个小方格每个小方格称为一个像素像素可以用二进制图像的分辨率由像素个数决定通常用像素数表示如、,,,,640x480数字化表示等1920x1080123量化与编码每个像素的亮度或颜色值被量化成有限的离散值然后用二进制编码存储,视觉感知的基本原理光的本质视网膜作用大脑信号处理生理学因素视觉感知的基础是光的吸收和光线进入眼睛后会被视网膜大脑对视觉信号进行复杂的分视觉感知还受到年龄、疾病、,反射光是一种电磁波具有上的光感受器细胞吸收转化析和处理将光学信息转化为环境光照等生理学因素的影响,,,波粒二象性能为人类眼睛所为神经信号传递给大脑形成我们所认知的图像和色彩具有一定的个体差异,,,感知视觉感知人眼的结构和工作机理人眼作为人体最重要的感官器官之一其复杂的结构和工作机理是理解图像显示原,理的基础人眼由角膜、瞳孔、晶体、视网膜等部分组成通过光线折射和感光细,胞的刺激将外界物体的光信号转换为神经信号传递给大脑进行分析和处理,,视网膜上的视杆细胞和视锥细胞负责捕捉光信号并将其转换为电信号视杆细胞,对暗光敏感负责黑白视觉而视锥细胞对亮光敏感负责颜色感知这两类细胞共同,,,构成了人眼的视觉系统视觉感受阈值人眼的视觉感受是有一定阈值的低于阈值的光强或色彩变化人眼是无法感知的这个最小感知阈值因人而异主要取决于光照条件和某种,特定的感受参数视觉属性感受阈值亮度约为

0.1cd/m²对比度最小可感知对比度约为3%色彩能感知的最小色度差约为个1just-noticeable differenceJND了解视觉感受阈值对于设计高品质的显示系统很重要只有达到一定的显示标准人眼才能感知到最佳的视觉效果,,图像获取设备数字相机扫描仪数字相机利用图像传感器将物理扫描仪通过移动光学扫描头将纸,世界的光照信息转换为电子信号质图像或文档转换为电子格式的,可以直接捕捉数字图像图像质数字图像扫描质量和速度是关量和分辨率越高越能还原场景的键指标,细节视频摄像机视频摄像机能捕捉连续的动态图像序列并将其转换为数字视频信号摄像,机的清晰度、帧率和压缩算法决定了视频质量图像传感器的工作原理光电转换图像传感器使用光电池将光照信号转换为电信号形成数字图像,.阵列式采集传感器由成千上万的像素点组成的二维阵列能捕获整个画面的信息,.模拟数字转换-采集的模拟信号经过转换器转换为数字信号供后续处理使用A/D,.信号处理图像校正、增强等数字信号处理技术用于优化图像质量.图像数字化处理采样1将连续的图像信号转换为离散的数字信号量化2将数字信号量化为有限个离散电平编码3将量化后的数字信号用二进制编码表示图像数字化是将连续的图像信号转换为离散的数字信号的过程包括采样、量化和编码三个步骤采样是将连续信号按一定的采样频率离散,化量化是将采样值量化为有限个离散电平编码是将量化后的数字信号用二进制编码表示这一过程是数字图像处理的基础;;显示设备的分类基于显示原理基于显示尺寸12主要包括阴极射线管、液晶显示、等离子显示从小型手机显示器到大型电视屏幕尺寸各异CRT LCD,和发光二极管显示等PDP LED基于显示类型基于颜色渲染34可分为平面显示和立体显示两大类包括黑白显示和彩色显示两种形式阴极射线管显示原理CRT阴极射线管是最早使用的电子显示设备其工作原理是通过电子束扫描荧CRT,光屏产生图像电子枪发射的电子束被高压电场加速并聚焦扫描荧光屏产生发,光点从而形成图像具有结构简单、成本低廉、画质清晰等优点但体积大,CRT,、功耗高、辐射安全性等缺点液晶显示原理LCD液晶显示技术利用液晶材料的电光效应通过控制电场来改变液晶材料的光学性,质从而实现图像显示由液晶层、偏光片、电极和背光等组成采用电压,LCD,驱动来控制每个像素点的亮度和颜色这种显示技术具有功耗低、重量轻、尺寸小等优点广泛应用于笔记本电脑、手机等电子设备,等离子显示原理PDP等离子屏幕结构背光发射原理像素构成等离子显示面板由两层玻璃基板组成中间等离子显示的工作原理是利用电子束轰击荧等离子显示屏由成千上万个发光单元像素,夹有一层由数百万个微小型单元组成的电极光粉使其发光每个单元内的气体放电产构成每个像素都包含红绿蓝三种颜色的荧,,网格当施加电压时单元内的气体放电产生的电子会撞击荧光粉从而发出不同颜色光粉通过控制每种颜色的亮度来显示各种,,,生紫外线激发荧光粉发出可见光的光颜色,发光二极管显示原理LED发光二极管显示屏采用多个微小的发光二极管组成通过控LED,制每个的亮度和颜色从而实现图像的显示显示具有高LED,LED亮度、高对比度、响应速度快、长寿命等优点广泛应用于户内外,显示屏、交通信号灯、车载显示等领域显示原理是通过采用称为结的半导体材料当施加电压时LED P-N,电子与空穴在结处复合会释放光子从而使发光通过,P-N,LED控制每个的电流可以调节其发光强度实现图像显示LED,,色彩的定义和属性色彩的定义色彩的基本属性色彩的应用色彩是人眼感受到的光波长范色彩包括色调、饱和度色彩在生活、艺术、设计等领hue围内的不同反射或发射情况和明度域广泛应用不同的色彩搭配,saturation value,是一种主观的视觉感受它是三个基本属性共同描述了一会产生不同的视觉效果和感受,光波的物理特性与人眼感知系种颜色的特点掌握色彩的特性对于色彩的统交互作用的结果创造性应用至关重要色彩模型和色彩空间色彩模型色彩模型RGB CMYK12色彩模型通过红色、色彩模型使用青色、RGB RCMYK C绿色和蓝色三个基本色品红色、黄色和黑色G BM Y的混合来表示各种颜色它是四个色墨进行颜色混合主K,最常用于显示设备的色彩表示要应用于印刷和颜料等领域方式色彩空间3色彩空间是用于定义和标识色彩的数学模型如、、,sRGB AdobeRGB等每种色彩空间有自己的色域和属性CIE LAB,人眼对色彩的感知400感光细胞人眼视网膜中包含万个感光细胞负责颜色感知400,3主要感光细胞人眼拥有种主要感光细胞长波、中波、短波3:.45%色盲人群全球约的男性和的女性存在某种程度的色盲45%8%图像质量评价指标分辨率对比度色彩深度噪音图像分辨率反映了图像包含的对比度反映了图像最暗部分和色彩深度决定了可表示的色彩噪音会影响图像的细节表现和像素数量越高越清晰最亮部分的差异影响细节表现数量越高越真实自然整体清晰度需要尽量降低,,,,图像清晰度指标图像对比度指标图像噪声和动态范围图像噪声图像信号中的随机干扰降低图像质,量通常由电子元件、环境干扰等引起动态范围图像最亮部分和最暗部分之间的比值表示图像可以表现的最高与最低,亮度值合理的噪声水平和宽广的动态范围是保证图像质量的关键因素可以确保清晰细,节、丰富层次和准确色彩图像获取和显示设备的技术水平直接影响了这两个指标图像压缩的基本原理冗余信息1减少图像中的冗余信息有损压缩2通过一定程度的牺牲图像质量来获得更高的压缩比无损压缩3保持图像质量不变的情况下实现压缩图像压缩的基本原理是利用图像中存在的各种冗余信息通过有损或无损的方式进行编码从而实现对图像数据的压缩这样既可以减少存,,储空间也可以加快图像传输速度不同的压缩算法在压缩率和图像质量之间进行权衡满足不同的应用需求,,无损压缩和有损压缩无损压缩有损压缩无损压缩技术能够在不牺牲图像有损压缩通过有选择地丢弃一些质量的情况下减小文件大小它数据来实现更高的压缩率虽然通过识别并消除冗余数据来实现会造成一定的画质损失但可大幅,压缩降低文件大小适用场景无损压缩适用于需要保持最高图像质量的场合如医疗影像和法律文件有,损压缩则更适用于对图像质量要求不太高的场景如网络传输和社交媒体,图像压缩标准标准标准标准JPEG PNGGIF是最广泛使用的有损压缩标准采用是无损压缩标准支持透明通道适用是有限颜色的无损压缩标准支持简单JPEG,PNG,,GIF,离散余弦变换和熵编码实现高压缩比广泛于图标、线框图和简单图形的压缩广泛用动画适用于徽标、表情符号等小图像的压,,,应用于照片和网页图像于图像缩Web图像显示的未来发展趋势新技术蓬勃发展应用场景更广泛能效和环保成关键用户体验升级随着人工智能、机器学习等新未来图像显示技术将广泛应用随着可持续发展理念的普及图像显示技术不断提升将带,,技术的不断进步图像显示技于医疗、教育、娱乐等领域未来图像显示设备必须更加节来更身临其境、更舒适自然的,,术也将迎来更多创新超高清让人们享受到更沉浸式、更智能环保实现更低功耗、更环视觉体验满足用户对图像质,,分辨率、折叠屏幕、全息影像能化的视觉体验保的绿色制造量、互动性的更高需求等前沿技术正在加快商业应用课程总结与展望课程回顾未来展望应用前景通过本课程的学习我们全面了解了图像显随着技术的不断发展图像显示领域正朝着掌握图像显示的基础知识有助于我们更好,,,示的基本原理包括图像的数字表示、视觉更高清、更智能、更沉浸的方向迈进我们地理解和利用各种图像技术在日常生活、工,感知机制、图像获取和数字化处理以及各有理由相信未来的图像显示技术将为我们业生产、科学研究等领域的广泛应用,,类显示设备的工作原理带来全新的视觉体验。