Source: https://es.scribd.com/document/263689769/CAPITULO-3-Sistemas-de-Adquisicion-y-Transmision-de-Video-1-doc
Timestamp: 2017-07-24 20:54:16+00:00

Document:
CAPÍTULO 3(Sistemas de Adquisición y Transmisión de Vídeo) (1).docCargado por Gaby Alvarez MamaniIntereses relacionadosVideoCharge Coupled DeviceRgb Color ModelColorDisplay ResolutionCalificación y estadísticas0.0 (0)Acciones de documentosDescargaCompartir o incrustar documentosInsertarVer másCopyright: © All Rights ReservedPrecio de lista: $0.00Download as DOC, PDF, TXT or read online from ScribdFlag for inappropriate contentCapítulo 3Sistemas de adquisición y transmisión de vídeo
SISTEMAS DE ADQUISICIÓN Y TRANSMISIÓN DE VÍDEO
En los sistemas de visión artificial uno de los componentes necesarios para el funcionamiento es
la cámara, dispositivo primario de captación de la imagen.
La cámara es el dispositivo que, utilizando una óptica apropiada, reconstruye una imagen sobre
un elemento fotosensible y la transmite mediante una señal con unas características especiales
a un sistema de adquisición.
En los siguientes apartados se van a analizar los diferentes formatos que tienen las señales de
salida de las cámaras que se utilizan en los sistemas de visión artificial.
Inicialmente se citarán conceptos necesarios sobre señales de video. A continuación se hablará
tanto del video analógico como del digital. Finalmente se comentarán brevemente distintos
espacios de colores usados por las señales de video.
Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V.A.
Raúl López Tomás
Para proceder con el estudio de las distintas señales de video que se comentarán en apartados
siguientes, se citarán algunos de los términos más básicos e importantes que han de tenerse en
3.1.1. Campo (field) y cuadro (frame)
Los CCDs suelen estar alineados en columnas y en líneas horizontales (filas). Al conjunto de
todas las filas del CCD pares se les denomina campo par y al conjunto de las impares campo
Por otra parte, al conjunto de “todas” las filas del CCD se le denomina cuadro. Es decir, que el
campo par y el campo impar constituyen el cuadro.
3.1.2. Imágenes entrelazadas e imágenes no entrelazadas
Dependiendo del tipo de cámara, la imagen se puede enviar de dos formas distintas:
Enviar primero el campo par de la imagen y después el campo impar.
Enviar el cuadro completo.
Figura 3.1. Señales de video no entrelazada y entrelazada.
Si la cámara envía los campos en formato par-impar se dice que trabaja en modo entrelazado
mientras que si envía los dos campos a la vez, es decir, realiza una barrido progresivo se dice
que trabaja modo no entrelazado. (Ver Figura 3.1.).
Figura 3.2. Ejemplo de señal de video entrelazada.
En la figura anterior se pueden observar tanto el campo par, como el impar, y la imagen
completa, es decir, el cuadro.
3.1.3. Sincronización
La sincronización indica el final de una línea o cuadro y el principio de una nueva línea o un
nuevo cuadro. Un pulso de sincronización horizontal (hsync) separa cada línea de vídeo e indica
el comienzo de la siguiente, mientras que un pulso de sincronización vertical (vsync) separa dos
cuadros (o campos) e indica el principio del siguiente.
3.1.4. Back porch y front porch
Un período de refresco horizontal o vertical está constituido por un período de front porch, un
período de back porch, y un pulso de sincronización. El período de back porch precede al
período activo de la señal de vídeo mientras que el período de back porch es posterior al período
activo y precede al siguiente pulso de sincronización.
3.1.5. Período de vídeo activo
La porción de señal de vídeo por encima del nivel de negro contiene el período de vídeo activo,
es decir, la parte de la señal que es actualmente visible en la pantalla, mientras que la porción de
señal de vídeo por debajo de este nivel contiene toda la información de sincronismo.
3.1.6. Períodos de refresco (blanking)
En toda señal de vídeo existe un período de refresco horizontal y un período de refresco vertical.
El período de refresco es una porción de señal de vídeo al final de un cuadro (refresco vertical) o
una línea (refresco horizontal), en el que dicha señal de vídeo es limpiada, es decir, en el caso
de los CCDs, estos se quedan sin información.
3.1.7. Refresco vertical
El período de refresco vertical (blanking vertical) sucede entre dos cuadros consecutivos y
consiste en un front porch, un pulso de sincronización vertical, un back porch y un período sin
señales de vídeo. (Ver Figura 3.3.).
Figura 3.3. Característica del intervalo de blanking.
En la figura anterior se pueden observar conceptos comentados anteriormente. Se observa el
periodo de refresco vertical comentado en el presente punto. También se destaca el concepto de
periodo de video activo, ya que se observa el cuadro por encima del nivel de negro, y las señales
de sincronismo por debajo.
Destacar que tanto los serration pulses como los equalization pulses, son pulsos de
sincronización utilizados para sincronizar el equipo de vídeo, y que la posición del pulso de
sincronismo vertical se encuentra entre ambos pulsos.
denomina clock exchange.1.). En general. un pulso para la sincronización horizontal y el back porch de la línea actual. Cámaras
Las cámaras son los elementos encargados de captar la información luminosa de la escena.2. Detalle del refresco horizontal en una señal de video entrelazada.4. con la que se determina el número de píxeles que deben ser extraídos del período activo
de la señal analógica.
Figura 3. el modo de trabajo interno de la cámara determina que del pixel clock enviado
por la tarjeta. se le puede suministrar un pixel
clock. Las
cámaras empleadas en la actualidad se pueden agrupar en dos tipos: cámaras de tubo y
cámaras de estado sólido. Refresco horizontal
El refresco horizontal sucede entre dos líneas consecutivas y consiste en el front porch de la
línea anterior.Capítulo 3
3.1. También puede ser generado por el digitalizador y
enviado a la cámara o viceversa.9. que se corresponde con la razón a la que la información va a ser enviada. A veces.
3. es necesario especificar una razón de muestreo.
3.4. Pixel clock
Para generar la imagen digital. un pixel clock soporta gran cantidad de razones de
digitalización y permite una localización precisa del píxel. mediante un Phase-Locked
Loop (PLL) o mediante un pixel clock externo. si la cámara tiene una entrada de pixel clock. y
transmitirla al computador como una señal analógica (en algunos casos como señal digital).
Un pixel clock puede ser generado mediante un oscilador de cristal. llamada pixel
clock.8. la cámara debe generar y devolver un strobe (señal de respuesta) a diferente
Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V.
3.2. Este dispositivo.1 Cámaras de Tubo
La cámara de tubo son las cámaras analógicas por excelencia. que consiste en una delgadísima lámina de oro adosada
en la parte frontal de la superficie detectora.5. Las
células CCD son circuitos integrados de silicio.5.2 Cámaras de Estado Sólido
Hablar de cámaras de estado sólido engloba tanto a cámaras analógicas como digitales.3 El Sensor CCD
El sensor CCD normalmente es una matriz de pequeñas celdas perfectamente alineadas en filas
y/o columnas.). los electrones pasan a través del elemento y son almacenados en
un dispositivo conductor transparente.
Figura 3. fotodiodos o dispositivos de carga acoplada (CCD). Cada celda es.
Las cámaras basadas en estos elementos CCD son las más empleadas en la actualidad y se
analizarán detenidamente en el siguiente apartado. Principio de funcionamiento del tubo vidicón. Utiliza
normalmente como elementos sensores. entonces.2.
Mediante la óptica apropiada. a
. Cada una de esas celdas es un elemento fotosensible microscópico.
donde la intensidad de luz se convierte en una señal eléctrica equivalente en virtud de un modelo
de carga desarrollado en la superficie de un sensor fotoconductor.A. con la
capacidad de producir impulsos eléctricos de distinta intensidad en función de la cantidad de luz
que recibe. En la actualidad además se ofrecen
alternativas al uso de los sensores CCD como son los sensores CMOS y el SUPERCCD. que se usan como transconductores de imagen. sobre la superficie
fotoconductora. se enfoca la imagen en un vidicón. como un pequeño "fotómetro" que producirá un flujo
eléctrico variable sobre la base de cantidad de luz que incida en su superficie. cuya cara opuesta se rastrea con un fino haz de electrones. La más empleada es el vidicón. La señal de video se obtiene mediante circuitos
electrónicos sincronizados con la exploración del haz. que al exportarse genera una
corriente proporcional a la intensidad luminosa del punto analizado (ver Figura 3. que
serán comentados en apartados sucesivos.
3. Cuando el haz
incide sobre zonas oscuras.
área de bajo potencial. El fundamento en que se basan los sensores o
células CCD es en el de los condensadores MOS. que conectada a la
computadora permite fotografiar escenas
estacionarias a través de tres
exposiciones en color o una en B&N
(escala grises).Elemento fotosensible
Para conseguir la captación de los colores de forma directa se suelen usar tres filas contiguas de
elementos sensibles.7.. Si se le aplica una tensión positiva al electrodo metálico. Es un dispositivo "ciego" al color. (Ver
.Condensador MOS
(c). venían equipados
con esos tres filtros de color (RGB). sobre una
capa de silicio de tipo P.
Para que el sensor pueda captar los
colores.7. justo debajo de la superficie de contacto
semiconductor/óxido. (área de deplexión). Cámara CMOS-Pro de Sound Visión. Para
conseguir que cada sensor capte la componente deseada se recurren a filtros.
(b). través
de los cuales se efectuaban
exposiciones sucesivas.
Figura 3. al verde y al rojo respectivamente. se deben emplear filtros que
dividan los colores de la escena en rojo. Funcionamiento de un elemento que constituye el CCD. cada una de ellas sensible al azul.Capítulo 3
pesar de su fotosensibilidad.
montados en una rueda rotativa.
Como se ha comentado anteriormente el sensor CCD es el encargado de convertir la
información luminosa en información eléctrica. aislado por una película de dióxido de silicio (material aislante).). Los primeros equipos de
fotografía digital Sinar. Un condensador MOS se forma depositando
un electrodo de metal.
verde y azul. Todavía se
comercializa hoy la cámara CMOS-Pro
de Sound Vision. A esta área se le denomina pozo de potencial o pozo de energía.Funcionamiento
desplazamiento.6. pero sin distinguir
los colores de la imagen.
Figura 3.. percibe las variaciones de intensidad de la luz.
parte de la idea de enlazar cada uno de los dispositivos CCD con otros. en principio.
Debido a que en la actualidad el uso de cámaras lineales es bien escaso y además la cámara
usada en el presente proyecto es de tipo matricial.3.
obtenidas mediante cámaras lineales.6. Esta matriz es la encargada de recoger la información que se presenta
en la escena que se desea captar. formando diversas
estructuras de agrupamiento. los
buffers en los que dichas imágenes serán almacenadas al ser tratadas con una tarjeta de
adquisición serán de una o dos dimensiones.3. y de esta
forma extraer las características luminosas de la escena. Los formatos más comunes actualmente son de 1/3".
y 2/3". En principio. las imágenes pueden ser unidimensionales. (Ver figura siguiente). la
información luminosa de la escena se encuentra recogida en esta matriz de sensores CCD.1. A medida que aumenta el voltaje aplicado al electrodo. Tamaños estándar de los CCDs.A. el pozo de energía será más
“profundo”. observando las peculiaridades involucradas según su disposición. Esta habilidad para almacenar cargas es el fundamento en el que se basa la
operatividad de los dispositivos CCD.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. obtenidas mediante cámaras
matriciales. 1/2".2 Estructuras de los Dispositivos CCD
Una vez analizado brevemente el comportamiento de cada elemento o célula CCD por separado.
Todos los electrones libres que estén en las proximidades tenderán a ir hacia este pozo de
potencial. Cualquier cámara.
Según la disposición de los CCD en las cámaras.
Para obtener un dispositivo como éste se utiliza una matriz o array formado por varios cientos de
miles de elementos CCD. se tratará únicamente el caso en que se
desee captar una imagen bidimensional. los CCD’s pueden definirse como memorias que almacenan información
analógica (cargas eléctricas) en lugar de información digital (bits). el problema que se plantea es la transmisión
de las señales que se recogen. sino que están basados en la relación de los
primeros CCD con los tubos Vidicon. sin embargo su tamaño real no tiene nada
que ver con el tamaño que viene especificado. Tecnología de los Sensores CCD
Los tamaños de los CCD están definidos en pulgadas.8. denominado tiempo de integración.
3. requeriría un área fotosensible
que fuera capaz de captar toda una imagen enfocada sobre ella mediante un sistema óptico. o bien bidimensionales. con el fin de formar una capa lo más homogénea posible. Tras un cierto tiempo.
Cuando estos elementos fotosensores se agrupan. Dependiendo del tipo de cámara y del tipo de imagen que es capaz de tomar.
es necesario analizar las distintas estructuras de dispositivos CCD que se presentan en las
distintos tipos o estructuras según se
posicionen los elementos CCD sobre la superficie sobre la que va a incidir la luminosidad del
entorno. la carga generada en cada elemento sensor se
desplaza hasta la salida del dispositivo en su conjunto. En la mitad superior del dispositivo se encuentra la sección en la que va a incidir la
luminosidad de la imagen que se desea captar. como es el factor de relleno. por tanto.
Figura 3. Para mejorar esto. la transferencia
interlínea. El caso ideal es
100%. que
es donde pasará la información de la imagen adquirida. la transferencia de cuadro entero y la transferencia de
cuadro interlínea. Existen. Mediante está configuración se obtiene
un mayor factor de relleno. se prosigue
con los tipos de transferencias. Entre las distintas estructuras
existentes se encuentran: la transferencia de cuadro.
Antes de comentar las distintas formas de transferencia es importante destacar una
característica importante en los sensores CCD. denominada área de captación. así como según la forma en que se va a transmitir la información recogida por dichos
Transferencia de cuadro
En este tipo de estructura el chip de silicio en el que se encuentran los elementos CCD se divide
en dos áreas.9). mientras que en
la mitad inferior.Capítulo 3
Para extraer esta información de los sensores CCD se utiliza la técnica de registro de
desplazamiento analógico. Sin embargo.9. (Ver Figura 3. se encuentra el área de almacenamiento de cargas y el registro de salida. en algunas
ocasiones hasta al 30%.
Cada disposición dará lugar a diferentes posibilidades tanto en la extracción como en la
transmisión de la información adquirida. Esta característica
se detalla a continuación. De esta forma.
Existen distintas configuraciones posibles para la disposición de este array de elementos CCD. de forma que cuando comience la captura
del siguiente campo los fotosensores se encuentren totalmente descargados para no contaminar
la imagen siguiente. las cargas generadas en el área de captación son
transferidas rápidamente al área de almacenamiento. cuando los píxels activos ocupan el 100% del área del sensor. A continuación se van a explicar brevemente estas
Durante el período de borrado vertical. Factor de relleno de los CCDs. circuitos
como los registros de lectura y los circuitos anti-blooming reducen este factor. muchos sensores con bajo factor de relleno (normalmente
CCDs con Transferencia Inter Línea) utilizan microlentes que cubren cada uno de los píxels
incrementando la efectividad del factor de relleno.
Una vez comentada la característica del factor de relleno.
El factor de relleno es el porcentaje del área de píxel que es sensible a la luz. El efecto de esta reducción se traduce en una menor sensibilidad y en
efectos de aliasing.
es una velocidad de obturación baja. debido a que tiene la zona de
almacenamiento separada. su
estructura es compleja y requieren un área total mayor.
La principal ventaja de este tipo de CCD es la alta velocidad de obturación.
Transferencia interlínea
Este tipo de estructura se desarrolló con el fin de eliminar la necesidad de utilizar el obturador
mecánico comentado anteriormente.
En este tipo de estructura.
El inconveniente que presenta este tipo de sensores. son enviadas al array de almacenamiento. Tienen un bajo nivel de factor de relleno y
un rango dinámico más bajo. Durante el
período de refresco vertical las cargas generadas por cada elemento fotosensor son
desplazadas horizontalmente hacia su correspondiente elemento de almacenamiento. y de esta forma evitar las posibles contaminaciones a las
que se vería sometida la información recogida al realizarse el proceso de transferencia. con lo
que se contaminaría la imagen. es utilizando un
obturador mecánico que proteja de la luz a la matriz de elementos CCD durante el proceso de
transferencia. En este
tipo de estructura los elementos sensores y los elementos de almacenamiento forman dos arrays
Si durante el proceso de transferencia de cargas los sensores se vieran expuestos a la luz. parte del área fotosensora debe ocuparse de los registros de
almacenamiento/desplazamiento vertical.A. Las cargas
se mueven horizontalmente desde los elementos fotosensores hacia el registro de
desplazamiento vertical. en lugar de ser leídas fila
carga adicional se sumaría a las que se están enviando hacia el área de almacenamiento. Una vez que las cargas están en este registro.
La diferencia con el tipo anterior se encuentra en que en esta zona de almacenamiento los
“paquetes de información” no corren ningún peligro de ser contaminados por excesos de carga
que hayan penetrado en el registro de desplazamiento vertical.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. La parte superior de la
estructura es exactamente igual a su correspondiente en la transferencia interlinea. al tener que ser el sensor más grande.
Este tipo de estructura ofrece las mejores prestaciones de los CCDs actuales.
Transferencia de cuadro interlínea
Este tipo de estructura incorpora características de las dos anteriores. Sin embargo. La única forma de prevenir que esto ocurra. desde
donde posteriormente son leídas durante el siguiente campo. pero no es tan
sensible y preciso como los de otro tipo de tecnología. desde donde las cargas
pasan fila a fila al registro de salida. pero entrelazados. lo cual hace que la sensibilidad por unidad de área
disminuya sensiblemente.
El array de almacenamiento es a la vez utilizado como registro de desplazamiento. columna a columna. ya que permanecen en éste
durante un período de tiempo muy pequeño. y un
coste más alto. y es desde este array.
integración de la carga y transporte de la carga. Como las señales adyacentes se
promedian.
En el modo de Integración de Cuadro cada elemento acumula cargas durante un cuadro antes
de transferirlas al registro de desplazamiento vertical y desde él ser enviadas hacia la salida. la resolución vertical obtenida es menor que en el modo de Integración de Cuadro. (Figura 3. El factor de relleno de estos tipos de CCD es
del 100%.10.2. siendo los píxeles leídos en cada campo.
Sin embargo. más calidad y también
precio más alto. pero al
ser fáciles de fabricar son más baratos..10b). Integración de cuadro y de línea. se obtiene mayor resolución
dinámica que con el modo anterior. El área total del CCD está disponible para
recibir los fotones durante el tiempo de exposición. CCD (Charged Couple Device) o CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor). Alternativas al uso de CCDs
Haciendo una pequeña recapitulación los sensores de imagen pueden estar basados en dos
tipos de tecnologías. en tanto que los de tipo CMOS son menos sensibles y de menor calidad.Integración de línea
. Se utiliza un
obturador mecánico para controlar la exposición.
Integración de la señal de salida
Existen dos tipos de lectura de cargas para integrar la señal de salida: la Integración de Cuadro y
la Integración de Campo. Emplean un registro paralelo simple para
exposición de los fotones.Capítulo 3
Transferencia de cuadro entero (full frame)
Son los CCD que tienen una arquitectura más simple.2.
El modo de Integración de Campo consiste en combinar las cargas de filas adyacentes del array
de fotosensores.3.Integración de cuadro
(Figura 3. Los sensores CCD tienen mayor sensibilidad a la luz.
(b). como la carga sólo se integra durante un campo.10a).
el CMOS tiene capacidad de transmisión en cada una de las celdas. y por tanto el peso.
Dentro de los sensores de tecnología CCD se está usando en la actualidad el llamado
SUPERCCD. Esto evita el
afecto de "blooming" o de contaminación entre píxeles vecinos cuando hay situaciones de sobre
exposición. se puede decir que el primero
consiste en un fotodiodo rectangular (Ver Figura 3. su coste es
menor.A. lo cual es un factor importante.
A diferencia con el anterior el SUPERCCD presenta la siguiente estructura:
Como se puede observar en la Figura 3.). A su vez debido a está estructura se consigue una sensibilidad más alta y un
rango dinámico más amplio.11. esto permite incrementar notablemente la
cantidad de píxeles.
Otro factor importante es el bajo consumo característico de las tecnologías CMOS. el número de píxeles en los
sensores CCD ha aumentado aproximadamente 10 veces. Pero
mientras que un número mayor de píxeles conducen a una
resolución más elevada de imagen. frente a los entre 2 y 5 W
de sensores CCD. de 6.12 los fotodiodos presentan forma octogonal y se
estructuran según una forma de panal de abeja. La primera cámara profesional con esta tecnología es la
Fujifilm FinePix S1.
El SUPERCCD
El SUPERCCD se caracteriza por ser un sensor de tipo CCD con la
posición de las celdas estructuradas con la forma de un panel de
abeja. sucede que cualquier píxel
adicional puede afectar negativamente la sensibilidad. En comparación con lo que
ofrecían las cámaras digitales en 1995. Estructura de las
celdas en un CCD convencional.11. ya que.
. Por tanto en cuanto a
alternativas al uso de CCDs se puede hablar de CMOS y del SUPERCCD. que se caracteriza por presentar una gran ventaja.
Concretamente un sensor CMOS tiene consumo de entre 30 y 50 mW.1 millones de píxeles.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. Esta es una de las características que esta influyendo mayormente es su uso
masivo tanto en cámaras como videocámaras digitales.
Sensores imagen CMOS
Los sensores de imagen CMOS ofrecen importantes características que están influyendo en su
uso. donde la información es
recogida. entre otras al tener menor
consumo de potencia el tamaño de las baterías se reduce.
También cabe destacar la característica importante que mientras en el CCD toda la información
es transmitida a través de las mismas celdas vecinas hacia sus bordes.
El mercado de cámaras digitales ha venido creciendo en todo el
mundo a un rápido y sostenido ritmo. Como se ha comentado anteriormente debido a su facilidad en la construcción.
Para comprender las diferencias entre un chip convencional y el
avanzado desarrollo de Fujifilm.
simplemente esto se logró disminuir la distancia de separación entre los píxeles. con lo que se los pudo
juntar todavía más que a los píxeles rectangulares. El resultado es una resolución
significativamente más alta de las líneas horizontales y verticales. Además. como de panal.12. Estructura de las celdas en un sensor Super CCD.
La base para está nueva tecnología surgió del amplio “Know-How” que Fujifilm ha acumulado de
sus trabajos de investigación en fotografía digital y su experiencia con películas convencionales. a los
elementos fotosensibles se les dio una forma octogonal. con lo que la mayor
información de la imagen se sitúa en las estructuras que mejor registra el ojo humano. También resulta importante destacar que con el SUPERCCD es
posible conseguir un zoom digital con muy poco deterioro. Esto no solo incrementa la
sensibilidad sino que también amplía el rango dinámico del sensor. los investigadores advirtieron que la gente percibe
las líneas horizontales y verticales mejor que las diagonales. Para
compensarla. la máxima densidad se genera con resolución diagonal. los
octogonales tienen la ventaja de aprovechar mejor la cantidad de luz.
La forma octogonal da a los píxeles individuales una superficie mucho mayor.
Otra característica importante es el incremento del número de píxeles efectivos de hasta 1. que es otra
característica importante. Al mismo tiempo. En vez de la alta pérdida de luz que ocurre con los rectangulares.
está forma es similar a la de los pequeñas micro lentes a través de los cuales la luz pasa para
llegar al sensor. Además se puede decir que como
consigue una alta resolución con menos píxeles.6
veces gracias a está estructura.Capítulo 3
La estructura del SUPERCCD surgió tras investigaciones de los especialistas de Microdevices. los técnicos de Fujifilm tuvieron la idea de girar los píxeles 45 grados.
Al analizar las características del ojo humano.
que comenzaron a investigar los modos de aumentar la densidad de los píxeles sin que se
provoquen efectos colaterales indeseables.
. De modo que cuando se usan
sensores rectangulares. se consume menos potencia.
A. La señal de vídeo digital es una
forma de onda digitalizada de una señal de vídeo CCIR. Canadá y Japón. El formato RS-170 es un estándar de vídeo compuesto monocromo en el que
tanto la información de la imagen como la sincronización se transmiten en la misma señal. Canadá. los
campos se dibujan el doble de rápido que los frames.
En los sistemas en color.
Los formatos de vídeo no estándar generalmente difieren de los formatos estándar en los
tiempos y en las características de las señales. RS-170.
. debido fundamentalmente a que
las diversas potencias tecnológicas desarrollaron e implantaron en su marco de actuación
tecnologías diferentes. con lo que se
habrá completado un frame. es necesario enviar información
relativa al color. Resumidamente las líneas que contienen la información se entrelazan. donde los
niveles de la imagen y de sincronización son valores digitales. y cada campo esta compuesto por la mitad de las líneas
(las pares o las impares). Después de que se haya
completado cada línea. que constituyen el segundo campo se transmiten. Este sistema se emplea para reducir el parpadeo de la pantalla. Estos sistemas se
desarrollaron principalmente en los años 30. RS-170...
3. mientras que las señales en color compatibles con
los antiguos formatos en blanco y negro aparecieron por los años 50. u otra. 5. se transmite un pulso de sincronización vertical para indicar que comienza el siguiente
Existen formatos de vídeo estándar y no estándar. además de la señal que contiene los pulsos de sincronización y el nivel
de gris (nivel de intensidad luminosa de un píxel) de la imagen. Las líneas 1.3.. hay un pulso de sincronización horizontal para indicar que comienza a
dibujarse la siguiente. Los campos se dibujan de arriba abajo en la pantalla.
El vídeo de alta resolución es el que poseen aquellas cámaras con resolución especial de 1024 x
1024 puntos o superior y que por tanto requieren una velocidad de muestreo mayor (MHz).. En el
formato de vídeo negativo en la señal analógica se representa el dato del píxel blanco o de brillo
con un valor eléctrico más negativo que un píxel negro u oscuro. NTSC. mientras que el
estándar monocromo usado principalmente en Europa es el CCIR.. un
frame esta constituido por dos campos. es decir.
A mitad de frame. PAL. Una “línea” es una línea horizontal que
pasa rápidamente desde la izquierda a la derecha de la pantalla.1.1 Señales de Vídeo Analógico Estándar en “Blanco y Negro”
Los formatos de vídeo estándar tienen varias cosas en común.3.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V.
Los estándares en color empleados mayoritariamente son NTSC (Estados Unidos. o cuando un campo se ha completado (se han enviado las líneas pares: 0.
Japón y partes de Sudamérica). 3. RS-330 y RS-343 son las señales de
vídeo estándar monocromo usadas en los Estados Unidos. RS-170
El estándar RS-170 fue la definición de la señal original de televisión en blanco y negro en los
Estados Unidos.).. vídeo digital y vídeo analógico negativo.1. comentadas en el apartado
4. Señales de Vídeo Analógico
En la actualidad existen diferentes formatos de vídeo analógico. PAL (Europa) y SECAM (Francia y Rusia).3. 2. Algunos ejemplos de formatos no estándar se
emplean para alta resolución.
el resto hasta 525 se
emplean para transmitir información de sincronización). En
este caso. La diferencia entre una señal de
vídeo entrelazada y otra no entrelazada en términos de frames puede verse en la Figura 3.714V (referencia blanco)
+0.054V (nivel negro)
0 V (nivel de blanking)
. Con vídeo no
entrelazado.714V.Capítulo 3
Las cámaras estándar RS-170 usan un array CCD (Charged Coupled Device) como sensor
óptico que lee los frames en dos campos.286 V (sincronización)
(estándar RS-107)
Señal de video no entrelazada
+0.714V. habrá que digitalizar 646 píxeles para cada una de las 485 líneas.714V (referencia blanco)
+0. RS . mientras que la porción de señal RS-170 por debajo de
+0.1.054V (nivel negro)
A la hora de digitalizar la imagen. La porción de señal por encima de los +0. Los campos pares contienen solo las líneas
numeradas como pares y los campos impares contienen las líneas impares.
junto con sus representaciones eléctricas.13. corresponde al voltaje de +0. Está formada por 525 líneas
horizontales separadas en dos campos. si se quiere tener píxeles cuadrados y teniendo en cuenta la
relación de aspecto 4:3.-0.343 y CCIR
RS-330 y RS-343A son estándares de vídeo monocromo basados en el estándar RS-170.
La relación de aspecto ancho-alto para una señal típica RS-170 es 4:3.
El valor de saturación. que
poseen características de la señal adicionales.2.13.
La señal del estándar RS-170 es una señal de vídeo compuesta ya que contiene tanto la
sincronización como la información de la imagen en una sola señal.286 V (sincronización)
(estándar RS-170)
Señal de video entrelazada
Figura 3. determinada por el número de líneas de barrido.054V contiene la información de sincronización (blanking. contiene el vídeo activo.330. Cada
campo posee 242.054V. modifican la forma de onda durante los periodos
de sincronización y ajustan más las tolerancias. El rango de la señal de
vídeo va desde –0. Frames de vídeo entrelazado y no entrelazado. La frecuencia de 60Hz fue elegida por
ser la empleada en EEUU para señales alternas y evitar así interferencias. Niveles de Voltaje. La resolución vertical de
vídeo activo está limitada a 485 píxeles.
La señal RS-170 posee 1 voltio de amplitud y un barrido entrelazado 2:1. La frecuencia de barrido vertical es 60 Hz. sincronización horizontal y vertical).3.5 líneas de vídeo activo (485 líneas de vídeo en total. (un campo par y otro campo impar) con una velocidad
de refresco de 30 frames por segundo (fps). El
nivel de referencia negro corresponde a un voltaje de +0. también conocido como modo de barrido progresivo.
3. un estándar aceptado es digitalizar 480 líneas y 640 píxeles por línea (dejando sin
tratar algunas líneas de barrido y píxeles horizontales). llamado nivel blanco de referencia. llamada
nivel de negro.286V a +0. La ventaja de emplear píxeles cuadrados
es que permiten simplificar el análisis espacial de la imagen.054V. RS . el sensor lee el frame entero
cada vez y por tanto no está compuesto de campos.
de señal de Entrelazado
activas/ Nº
El estándar de vídeo CCIR (Comité Consultantife International des Radiocommunications) se usa
generalmente en países europeos.
. (Ver Figura 3.1. En el estándar RS-330.5 µs
33.). CCIR se asemeja a RS-170 en que la señal de vídeo
posee una amplitud de 1 voltio.
RS – 330
Es un estándar recomendado por la EIA (Electronics Industries Association) para señales
generadas en circuitos cerrados de televisión. Blanking vertical en señales de vídeo RS-330.
RS – 343
El formato RS-434A es para señales de vídeo de alta resolución que contienen entre 675 líneas y
1023 líneas por frame de la imagen. lo que significa que las 625 líneas
de la imagen están compuestas de dos campos par e impar de 312 líneas cada uno. frecuencia de barrido vertical de 60Hz y campos entrelazadas 2:1 (RS-170). el barrido es entrelazado 2:1.3 ms
624-946/ 6751023
4:3 ó 1:1
Tabla 3. la salida es una señal
analógica compuesta. El sistema trabaja con
525 líneas. es decir.5 µs
líneas sin video
nivel negro/blanking
Intervalo de blanking vertical
Figura 3. RS-343A especifica un barrido no entrelazado a una
frecuencia de 60Hz.14. esta característica de la señal de vídeo RS-330 puede
impedir que una tarjeta de adquisición cierre la fuente de vídeo. lo que se conoce
como sincronización de bloque. Los tiempos de sincronización en la señal CCIR son similares a los de la señal RS170.14. por ello hay que comprobar que
la cámara es compatible con la tarjeta de adquisición.A. y posee un
campo de muestreo estándar o frecuencia de digitalización que proporciona una relación de
aspecto 4:3. Este estándar de vídeo monocromo define 625 líneas y una
velocidad de 25 frames por segundo.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. Resumen estándares monocromo.3 ms
33. sin pulsos durante el periodo de sincronización vertical.
Pb=B-Y.
transporta una señal de color separada. El canal Y (brillo o luminancia) lleva la señales de intensidad y
sincronización combinadas (RS-170) y el segundo par. Green. aunque
también puede estar presente en el canal verde. brillo y datos de sincronización) en una
señal combinada (“compuesta”).
SECAM (Sequentiel Couleur Avec Mémoire /Sequential Color with Memory) añade matiz
y saturación a una señal monocroma mediante la transmisión de una línea alternativa
para evitar interferencias en la información de color. En él se combinan los tres
elementos básicos de una imagen de vídeo (color. canal C (color o crominancia). Dentro de este tipo se encuentran los estándares: NTSC.
La versión de dos cables es conocida como “S-vídeo” (Y/C). Este sistema usa el
espacio de color YIQ y las señales se entrelazan según 2:1.
Hay tres versiones de formatos en color relacionadas con los estándares monocromos RS-170 y
CCIR que emplean uno. se invierte la fase de una de las
componentes de color. El formato SECAM también define
625 líneas. En este formato hay pares de
cables coaxiales. en los que la información se transporta en una señal
de luminancia (Y) más dos señales de color. Blue. Sin embargo. donde R es la
componente de color rojo y B la azul).
El formato con 4 cables es conocido como “Component Vídeo”. Define
625 líneas y 50 campos por segundo.3. En este caso la señal de
color se separa en tres canales. 50 frames/s y señales entrelazadas en proporción 2:1. usualmente. se está refiriendo a los formatos YUV o YPrPb (Pr =R -Y. pero en estos formatos debe incluirse información relativa al color. A este formato de vídeo se le denomina
también RS-170 RGB.
PAL y SECAM. verde y azul.Capítulo 3
3. Para prevenir de posibles distorsiones de color. Synch).
PAL (Phase Alternate Line) es una modificación de las especificaciones NTSC. cada uno transportando información con alta resolución. Emplea un espacio de color YUV y entrelazado
2:1. Los
colores se reproducen sobre un monitor CRT (Cathode Ray Tube) mezclando distintas
intensidades de luz roja.
El formato NTSC define 525 líneas y 60 campos por segundo.
El formato de un cable es conocido como “vídeo compuesto”. A
este tipo pertenece el formato RGB o RGBS (Red.2 Codificación del Color
La sincronización de las líneas de vídeo en los formatos estándar en color es similar al del
estándar monocromo. cuando alguien se refiere a Component
Vídeo. La información de
sincronización se proporciona en una línea separada (canal de sincronización). dos y cuatro cables.
toda la información necesaria para reproducir la imagen se engloba en una
única señal. Esto se lleva a cabo. así que los detalles.
Las dos señales de color necesarias para obtener una imagen de color completa son las
llamadas diferencias de color: R-Y (rojo menos luminancia) y B-Y (azul menos luminancia). es decir.27 (B-Y) = 0.).30R + 0. En lugar de esto.74 (R-Y) .31 B
Como el ojo humano es mucho menos sensible al detalle en color fue posible limitar el ancho de
banda de las diferencias de color.1. transformando las señales RGB en una nueva señal de vídeo
con menor ancho de banda pero con una pérdida mínima de calidad de imagen. incluyendo Méjico y Canadá y Japón. Todos los formatos de vídeo en color se crean por combinación de las señales roja
(R).0.
.A. Esta luminancia mantiene la mayor parte del ancho de banda de las señales RGB
originales. verde (G) y azul (B). Esta información de color (C) modulada sobre una
portadora de 3. Al limitar el ancho de banda de las señales I y Q. representados con altas frecuencias. La
amplitud de esta señal de color modulada (modulación QAM) representa la saturación mientras
la fase y el ángulo representan el matiz (ver Figura 3. NTSC
El estándar de señal de vídeo RS-170 evolucionó en lo que se conoce hoy como señal de vídeo
compuesta NTSC. La señal NTSC es la empleada en la transmisión de
televisión en Norte y Centro América. La señal de luminancia Y (porción de la señal que
contiene información monocromática: brillo y contraste) se obtiene combinando los tres colores:
verde (G).
El estándar de color National Televisión System Committee (NTSC) define una señal de vídeo
compuesta.94 Hz vertical).21 R . Transmitir la información RGB través de tres líneas separadas nos
obliga a aumentar la capacidad de almacenamiento. Este formato especifica un tiempo de barrido prácticamente igual que RS-170
(15.28 G .11B
Los coeficientes de esta ecuación están relacionados con la sensibilidad del ojo a los colores
Para ello se emplea el espacio de color YIQ.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V.0.58 MHz se incluye con la señal superponiéndola a la señal de luminancia (Y).
Q = 0. ya que cada línea necesita igual ancho de
banda.15. es fácil extraer el color verde
mediante restas sencillas (G = Y – R – B).2. es posible imitar el sistema de visión del hombre y reducir la
información. rojo (R) y azul (B) de la siguiente manera:
Y = 0.3. En el formato NTSC estas señales de diferencias de
colores son posteriormente combinadas en dos señales de color llamadas I y Q:
I = 0.48 (R-Y) + 0.0. Las señales I y Q (limitadas en ancho de banda) se combinan
en una sola señal de crominancia (C).41 (B-Y) = 0. se mantendrán en la
porción monocroma de la imagen.59G + 0.732 KHz horizontal y 59.52 G + 0. poseen
menos resolución que la señal Y.0.60 R . Si se
transmite la señal Y y los dos colores combinados R-Y y B-Y.
Ya que nuestros ojos son memos sensibles al color comparado con el nivel de gris. Para evitar esto hay que realizar un control del matiz y
corregir cualquier cambio en la fase de la señal de color o secuencia de color.2. sincronización
(horizontal y vertical). la resolución
necesaria para el color es menor.
. llamada “secuencia de color”. por lo que posee una mayor resolución vertical que NTSC
(625 líneas por frame) pero menor velocidad de refresco. define 525 líneas (el número de líneas activas es algo
menor). El breezeway es la porción de la señal de vídeo entre el flanco ascendente
de la señal hsync y el comienzo de la transmisión de la secuencia de color.
En el formato NTSC un cambio en la fase durante la transmisión de la señal se traduce a un
cambio en la información de color. El back porch está formado por el breezeway y la
secuencia de color.
El formato NTSC. es decir. Una forma de
automatizar el control del matiz es transmitir la señal de color con la fase modificada 90º
alternativamente.2.
La señal también se compone de intervalos de blanking horizontales y verticales. lo que genera una frecuencia de refresco
de 30 frames/s. Tiempos en formatos en color. Parte del
estándar monocromo europeo CCIR.3. 60 campos/s y transmisión entrelazada 2:1. 25
frames por segundo por ser un sistema entrelazado 2:1. PAL
El formato PAL (Phase Alteration Line) es el equivalente europeo al estándar NTSC.
Para poder extraer las dos señales de color se debe transmitir una señal de referencia de color
(sin modular). 50 campos por segundo. al igual que el RS-170.Capítulo 3
Figura 3. La resolución del nivel de gris es aproximadamente de 5MHz. front porch y back porch.
3. Este tipo de secuencia de color se envía después de
cada pulso de sincronización horizontal e informa al decodificador de cómo decodificar la
información de color contenida en la línea de vídeo activa que sigue. Este estándar se emplea en casi toda
Europa y en partes de África y Sudamérica.
3. En lugar de transmitir R-Y y
B-Y a la misma vez. Es similar al formato PAL
(625 líneas a 50Hz) pero totalmente diferente en lo que concierne a la transmisión del color. La información
de sincronización en RS-170 RGB.5. de forma
que sólo se necesita la mitad de la resolución vertical para el color. Algunos displays gráficos y cámaras
requieren entradas separadas de sincronización vertical y horizontal.2.
El formato RS-170 RGB hace referencia a las señales RGB reguladas por las especificaciones
RS-170.2.43MHz pero desfasadas 90º (“en cuadratura”).
3. Las señales de color en este formato U y V se
codifican en amplitud sobre dos portadoras de 4. como en NTSC y PAL. Los tiempos RGB son compatibles con RS-170 (aunque éste
puede no ser el caso de sistemas RGB de alta resolución).3. También es un hecho que nuestros ojos son
más sensibles a los cambios de matiz que a cambios de saturación. Existen tres señales que transportan la información de color rojo. Una de las señales de color (R-Y) se transmite sobre una línea y la segunda sobre la
segunda línea (B-Y) de forma secuencial.2. Para obtener toda la información de color de una
imagen se necesitan las señales Y. Aunque la información de intensidad y los intervalos de blanking están
presentes en las señales roja y azul.
Se basa en que la resolución del color es menor que la resolución en el nivel de gris.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. se proporciona por separado
o combinada con la señal verde.
sin embargo la información de color transmitida sobre una portadora de color es de 1. S-Vídeo
En el formato S-vídeo las componentes RGB se combinan en dos señales.
formato SECAM no emplea modulación en fase para el color. Rusia y partes de África y el este de Europa.
Varios cambios de fase en la transición de la señal PAL hará que los colores sean débiles pero
los colores serán correctos. Mediante combinación de dos
líneas horizontales se anulan los errores de fase. se asume que la resolución vertical
puede reducirse a la mitad sin afectar a la resolución del color. luminancia Y (o brillo)
y crominancia C (o color).3. que comparten las tres señales.4MHz. RS – 170 RGB
RGB no es actualmente un estándar de vídeo pero sí un estándar para monitores de ordenador.A.
3.4. verde y azul de la
imagen respectivamente. En NTSC cambios en la fase mostrarán una saturación en los
colores completa pero el color no será el correcto. en SECAM sólo se transmite una señal de color cada
vez.3. por tanto el sistema requerirá de memoria. los pulsos de sincronización típicamente no. SECAM
El formato de vídeo SECAM (Systeme Electronic Pour Couleur Avec Memoire) es el estándar
empleado en Francia.
. Así que en PAL. sino modulación en frecuencia. R-Y y B-Y.43 MHz. La
frecuencia de la portadora es 4.
3. representa como
aparece usualmente esta señal. La diferencia entre esta señal de vídeo y las señales de vídeo
estándar está en las especificaciones de tiempos y el periodo de la señal.
En la Tabla 3. Vídeo Digital
En el vídeo compuesto digital la señal de vídeo que transporta datos está restringida a uno de
dos posibles valores de voltaje. Resumen estándares en color más usados. el video
negativo y el video digital.2. Vídeo de Alta Resolución
El vídeo de alta resolución incluye cualquier cámara con una resolución espacial de 1024 píxeles
por 1024 líneas o superior. Estos se detallan a continuación. pueden existir otras variaciones. Señal de vídeo negativo.2.2.5.4.17. Este
tipo de representación de datos es ventajoso porque permite transmitir datos con ruido y
.1. Vídeo Negativo
Es una señal de vídeo analógica donde el blanco o dato de píxel de brillo se representa por un
valor eléctrico más negativo que el píxel negro u oscuro. sin embargo. correspondiendo al ‘1’ lógico y ‘0’ lógico.).16.5 µs
3. se muestra un resumen de los estándares en color más usados.4. La Figura 3.4.3 ms
Tabla 3. junto con el
incremento en la velocidad de muestreo de la tarjeta de adquisición. (Ver Figura 3. Señales de Vídeo No Estándar
Entre las señales de video no estándar cabe destacar el video de alta resolución.
Cada bit se transmite en una línea se señal individual (con niveles de lógica estándar
TTL) o en un par de líneas (estándar diferencial RS-422). equiespaciadas
un periodo T. se reproducen más matices de gris para una
representación más precisa del objeto. El píxel puede
representarse con 256
valores de brillo.5. Muestreo de la señal de vídeo
Se denomina así al proceso por el cual se multiplica la señal analógica x(t) por una señal
unitaria(t). en el vídeo digital.18. donde un valor entre 0 y 2 n indica el valor de brillo (por ejemplo. la información digital puede viajar a mayores
distancias y ser más inmune a ruido que con la lógica TTL. Cada píxel. El incremento
en el número de bits empleados aumenta la información del píxel. mientras RS-422 es un estándar de
pares de señales diferenciales.
Cada píxel está definido
mediante el muestreo de
una línea en un
determinado instante de
Figura 3.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. Formato digital de 8 bits. Vídeo analógico y correspondencia digital.1. En imágenes monocromas.). es representado en un sistema de n-bits (ver
cuando se aumenta el número de bits. en un sistema de 8
bits el valor de un píxel que representa el brillo estará comprendido entre 0 y 255).
Figura 3. Con RS-422.
3.18. El valor de T debe ser lo suficientemente pequeño para que los valores entre
muestras puedan ser aproximados por interpolación.A.
distorsión mínima.17. como en
este ejemplo de 8 bits.
Los datos de vídeo digital se transmiten generalmente píxel a píxel enviando varios bits en
paralelo. con lo que se obtienen muestras cuya amplitud es la de la señal x(t). TTL (Transistor-Transistor Logic) es
una familia de circuitos integrados de velocidad alta/media.
2 MHz del sistema NTSC hasta los 6 MHz del sistema PAL. la señal de video se digitalizará
exactamente en el punto ‘p’. El ancho de banda de una señal de vídeo comprende
desde los 4. La circuitería
digital de la cámara puede producir retardos internos y originar una diferencia de fase.
Es una variación no deseada de la señal de reloj con respecto al tiempo.2. Jitter.
En algunas situaciones puede haber un intercambio de señales de reloj entre la cámara y la
tarjeta de adquisición. con el correspondiente
valor de intensidad. en respuesta. Las tarjetas de adquisición que poseen un
jitter de 3ns o inferior se considera que producen
buenos resultados dentro de un rango de precisión. Elección de la frecuencia de muestreo
La frecuencia elegida para realizar el muestreo de la señal de vídeo debe reunir las siguientes
1. La cámara. Como resultado.
Jitter de píxel es la precisión o exactitud del reloj de píxel (nanosegundos) medida como la
distancia entre el flanco ascendente del reloj de píxel y el flanco descendente de la señal hsync. Esta señal
de referencia puede proceder de un oscilador de cristal situado en la tarjeta de adquisición o de
una línea externa.
p = píxeles
p +xns
p-xns
Si el reloj es preciso.19.19. Inicialmente la tarjeta de adquisición suministrará un reloj de píxel a la
cámara. Un jitter de xns significa que el
video puede digitalizarse antes o después y será
representado con un nivel de intensidad mayor o
menor. Ser común a los sistemas NTSC. Este tiempo lo introduce
la cámara (en el reloj de píxel o la señal hsync generada) o el circuito PLL de la tarjeta de
adquisición. PAL y SECAM.
 xns*
reloj de píxel
* con referencia estable
Figura 3. El reloj de píxel proviene de la cámara o de la tarjeta de adquisición. Tener un valor mínimo de 12 MHz. el dato de vídeo entrante puede ser digitalizado después o antes. Para generar un reloj el PLL emplea una señal de referencia. El teorema de
Shannon demuestra que para poder recuperar la información original de una señal
muestreada es necesario utilizar un frecuencia de al menos el doble del ancho de banda
. generará un nuevo reloj de píxel y lo devolverá con los datos
de vídeo a la tarjeta de adquisición para asegurarse que los datos de vídeo entrantes están en
fase con el reloj de píxel usado para digitalizar o muestrear los datos de vídeo.
resultando una representación de píxel inadecuada (ver figura 3.). La generación del reloj de
píxel desde el circuito PLL de la tarjeta de adquisición basada en una referencia estable
disminuirá el jitter de píxel a un valor que producirá resultados aceptables dentro de un rango de
precisión. Puede ser
necesario generar este reloj usando un circuito electrónico (PLL Phase-Looked Loop) para
controlar un oscilador.
El reloj de píxel es una señal de temporización usada para dividir la línea entrante de vídeo en
de colores serán comentados en un apartado posterior. etc.
Esto hace que en la digitalización de señales de color se den varios formatos en la forma de
muestreo.250. YUB. El muestreo de las componentes Y/C de una señal
de vídeo.000 Hz. Formatos de muestreo
. definiendo así el cuadro de vídeo.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. luego no resulta necesario procesar la misma cantidad de información para la señal de
luminancia como para la información de color.20. como son el RGB.
PAL: 625 x 25 = 15625 Hz
(Frecuencia de línea)
15625Hz x 144 = 2. Estas estructuras
se aplican en distintos espacios de colores.A. Mientras que existen aproximadamente 120 millones de bastones que captan el
brillo. se han definido distintas estructuras de muestreo desde a
4:4:4 en la cual se procesan todas las muestras. tiene como objeto obtener una matriz bidimensional de puntos que formen filas
y columnas (muestreo ortogonal). donde se ignoran 3 de
cada 4 muestras correspondientes a la información de color (ver Figura 3.500. verde y azul son tan sólo 2 millones.
El muestreo de las componentes de la señal debe ser simultáneo. YCbCr.
Figura 3. Si consideramos el peor de los casos (BW = 6Mhz) obtenemos f >
12 MHz.000
El primer entero que reúne esta condición es 6 con lo que se obtiene la frecuencia de muestreo
de 13. A estos puntos los denominamos píxel.
de la señal original.).250.
El ojo humano no percibe con el mismo detalle las señales monocromas que las señales
3.000. para ello la
frecuencia de muestreo debe ser un múltiplo entero de la frecuencia de línea. de manera que la
superposición de las mismas defina perfectamente el valor de la señal en cada punto de la
Atendiendo a estos condicionantes.000 x N > 12.20. para cumplir también
la condición número 2 deberá darse:
2. los conos sensibles al rojo. Ser múltiplo de la frecuencia de línea.000 Hz
(Múltiplo entero de la frecuencia de línea)
Cualquier múltiplo exacto de esta frecuencia reunirá las condiciones 1 y 3. hasta la 4:1:1 o la 4:2:0. ya que la percepción de una u otra varía
Betacam SX.5. G y B. Se utiliza en los formatos DVC.
3. Estructura 4:4:4
Es la más compleja: Considera todas y cada una de las muestras efectuadas a 13.75 MHz en la
señal de luminancia y 1.7 MHz en las componentes de color (ligeramente superior a los formatos
analógicos existentes). Con ello se discretiza el valor de la señal a procesar. asignamos a cada muestra un valor dentro de una escala finita de posibles valores a
una señal con infinitos valores. Cuantificación de la señal muestreada
La cuantificación es el proceso mediante el cual se asignan palabras digitales a cada muestra en
función del valor obtenido en el muestreo.Capítulo 3
priori proporciona las mismas características de ancho de banda y velocidad de transferencia
binaria que la estructura 4:1:1. Estructura 4:2:2
Es la más extendida.
3.6. a costa de la horizontal.
precisa pues velocidades de transferencia binaria muy elevadas y únicamente se aplica en
sistemas en los que se requiere una gran calidad como por ejemplo los correctores de color. supone velocidades de transferencia binaria menores y está considerada
como estándar en la interconexión digital de equipos de audio y vídeo. Los anchos de banda obtenidos son 5. D5.75
MHz para las tres componentes.5.4. con la diferencia que ignora la información de color en la mitad de
las líneas.5.
3. ya que estas deben contener toda la
información para poder reconstruir Y con la suficiente resolución. La velocidad de transferencia binaria disminuye
ostensiblemente y se establece en 125 Mbits/s.7.
. DVCam y DVCPro NTSC. Es
la estructura idónea cuando se desea procesar R.5 MHz. La utilizan multitud de
formatos tales como el Betacam Digital. Ello supone introducir un error (error de cuantificación). Los anchos de banda son 5. Ampex DCT o el DVCPro
50 (D7). ya que
obtendremos el mismo código para un rango de valores distintos. Estructura 4:1:1
Aparece con el nuevo formato DVCPro PAL.
es decir.3.5.75 MHz
para las componentes de color.
Aparentemente parece más lógico ya que la relación de aspecto de una señal de TV implica un
mayor número de puntos en el eje horizontal que en el vertical. Estructura 4:2:0
Aparece con las normas MPEG.5.5. doblando la frecuencia de muestreo en aquellas en las que sí considera esta
información. Digital S.75 MHz para la señal de luminancia y 2. proporciona anchos de banda de 5. D1. con ello aumenta la resolución vertical del color.
22 se muestra la cuantificación de una señal en
blanco y negro.22. saturación y valor).
Figura 3. Imagen con distintos niveles de cuantificación. El modelo de color RGB
Nuestros ojos perciben el color a través de la simulación de tres pigmentos visuales en los conos
de la retina. Cuantificación en 8 bits de una señal de vídeo
La mayoría de los modelos de color que se utilizan están orientados hacia el hardware como
monitores o impresoras o aplicaciones de manipulación de color.21.
3.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. saturación e intensidad) y HSV (matiz. el modelo CMY (Cyan-Magenta-Yellow) para
impresoras en color y el YIQ que es el estándar para la difusión de TV (Y = luminancia.
Figura 3. Espacio de Colores
El propósito de un modelo de color es facilitar la especificación de colores en algún formato
estándar. uniforme. con 8 bits
por muestra tanto para la señal de luminancia como para la crominancia.
Se establece que la cuantificación debe ser PCM (Pulse code modulation). Para la manipulación del color se suelen utilizar los modelos HSI
(matiz.
En la Figura 3.6. El modelo orientado al
hardware más común es el RGB (Red-Green-Blue).
Además. I y Q son
dos componentes cromáticas).A.
distintos niveles de
cuantificación de una imagen. queda por
dilucidar el número
de bits necesarios
señal muestreada.1.21. Un modelo de color es una especificación de un modelo de coordenadas 3-D y un
subespacio dentro de ese sistema donde cada color se representa por un punto único. Estos pigmentos tienen una sensibilidad pico en las longitudes de onda 630 nm
.6. por lo tanto la escala
estará comprendida entre 0 y 255. En la Figura 3.
5. G.5. se utiliza el modelo RGB para el procesamiento de imágenes si las
imágenes se expresan en términos de los tres planos de colores. se supone que todos los valores de
rojo. verde y azul. junto con sus tres bandas
de color rojo. conocido como modelo de color RGB. es decir. verde y azul. verde y azul están en el rango [0. el vértice magenta se obtiene sumando el rojo y el
azul para producir la tríada (1. Por tanto. de verduras y frutas. 1.Capítulo 3
(rojo). cada una de los colores primarios. 530 nm (verde).
valores de R. y 430 nm (azul).
Cada color aparece en sus componentes primarias espectrales rojo.
Este esquema de color es un modelo aditivo: las intensidades
de los colores primarios se suman para producir otros
. B). donde los
Figura 3.Cubo de color RGB.23. Cada punto situado en esta diagonal tiene una contribución igual de
cada color primario.23. G y B se asignan en el intervalo de 0 a 1. Por ejemplo.
A continuación. de manera que una sombra de gris en medio del negro y el blanco se
representan como (0. Estas imágenes se obtienen para diferentes rangos
espectrales. Comparando las intensidades en una fuente de luz. verde
y azul. 1) es la suma de los vértices rojo. Esta teoría es la base para desplegar la salida de color en un monitor
de video mediante el uso de los tres colores primarios. 0. Las sombras de gris se representan a lo largo de la diagonal principal del cubo del origen
(negro) al vértice blanco. 1]. 0. se
percibe el color de la luz.
Las imágenes en el modelo de color RGB están formadas por tres planos de imágenes
las tres imágenes se combinan en la pantalla de fósforo para producir una imagen de color
compuesta. El
subespacio de interés es el cubo que se muestra en la Figura
3. Así pues cada plano de la imagen tiene sentido físico y la combinación de color
utilizando el modelo RGB para procesamiento y visualización tiene sentido cuando se ve en una
pantalla en color. El mayor nivel de gris en cada banda corresponde con el color
predominante en cada objeto (fruta o verdura). las imágenes LANDSAT se obtienen como mínimo en cuatro ventanas
espectrales distintas de la misma escena. se muestra una imagen en color.
Uno de los mejores ejemplos de la utilidad del modelo RGB es el procesamiento de imágenes
aéreas y de satélites multiespectrales. Cada punto de color contenido en los límites del
cubo puede representarse como la tríada (R. 1) y el blanco en (1. Dos ventanas estarán alojadas en el espectro visible y
se corresponden aproximadamente con verde y rojo.5). La mayoría de las cámaras en
color que se usan para adquirir imágenes digitales utilizan el formato RGB. 0. El modelo está
basado en un sistema de coordenadas cartesiano. Cuando se introducen en un monitor RGB. Por
ejemplo. las otras dos se encontrarán en el
Todos los colores han sido normalizados de forma que el
cubo es unitario.
Figura 3. Y C bCr. El modelo de color CMY (Cyan. sin embargo. este modelo no
describe de forma eficiente las tres componentes de color (R. Magenta.2. Sin
embargo. verde y azul para crear el color deseado. que producen un modelo de color combinando luz de los fósforos de la
en cada una de ellas tendremos mejora. Plano de verde y (c) plano de azul. el resultado global.
Sin embargo este modelo de color no siempre es el mejor para el procesamiento de imágenes. los dispositivos hardware como las impresoras producen una imagen de color cubriendo
. El igual ancho de banda da
lugar a la misma profundidad del píxel y resolución del dispositivo para cada componente.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. (cuando se combinen
las tres bandas). muchos métodos de codificación de imágenes y sistemas de transmisión
utilizan la luminancia y dos diferencias de colores. B). magenta y amarillo (CMY) es útil
para describir la salida de color de los dispositivos de copia hardware. Amarillo)
Un modelo de color definido con los colores primarios cyan. la sensibilidad de la componente de color del ojo humano es menor que la de la
Por estas razones. (a) Imagen original en color. cuando igualemos el histograma en cada banda. será impredecible. A diferencia de los
monitores de video. G.6.A.24. Al tener tres bandas y puesto que el
histograma trabaja sólo con las intensidades.
A pesar de todo este modelo es la elección más corriente para gráficos por ordenador ya que los
CRT usan fósforo rojo. (b) Plano de rojo. YIQ. Este problema
puede resolverse mediante la igualación del histograma.
por ejemplo para realizar una imagen en color con sombra de una cara humana. Sin embargo. Estos son los formatos YUV.
492 (B .
El origen representa la luz blanca.4. Esto es muy útil.Capítulo 3
un papel con pigmentos de color. De forma análoga
para obtener el magenta se resta la componente verde de la luz incidente y el amarillo sustrae la
componente azul.114   R 
0. Básicamente.515
 1  R 
 1   G 
 Y 
 1  B 
  0. por ejemplo. para reducir el número de
bits utilizado en técnicas de compresión de imágenes. el cyan (azul-verde) puede formase combinando luz verde con luz azul. PAL y SECAM.
Cantidades iguales de cada uno de los
colores primarios producen grises a lo largo
de la diagonal principal del cubo. YIQ es una recodificación
de RGB para aumentar la eficiencia en la transmisión y para mantener la compatibilidad con los
estándares de TV monocromo. (Ver Figura
3. el punto (1.
En el modelo CMY. Cubo de color CMY.147
 V
 0. Normalmente U y V son
submuestreados por un factor de dos a cuatro en la dimensión espacial. ya que el ojo humano es
mucho menos sensible a estos factores. 1. es decir.
Por ejemplo. La transformación es:
 0.587
 0. El modelo de color YIQ
Este modelo se utiliza en las emisiones de TV en color.6.3. la componente Y del sistema YIQ proporciona toda la
información de video que se requiere para una televisión monocromo.
3.436    G 
 0. ya que todas las
componentes de la luz incidente se sustraen. la luz roja es absorbida. o sustraída por el objeto. Para convertir los colores
primarios en secundarios se ha de realizar
la siguiente transformación:
Cyan (Verde-Azul)
Figura 3. 1)
representa el negro. lo cual es un proceso
sustractivo.100   B 
Se puede Obtener que U = 0.).
El cyan.877 (R – Y). De hecho.289
 0. por tanto
cuando se refleja luz blanca sobre un objeto que es verde-azul la luz reflejada no debe tener
componente roja.Y) y que V = 0.6.25.615
0. Se obtienen los colores por luz reflejada. El modelo de color YUV
Este es el formato de color que se utiliza por los estándares de TV NTSC. La conversión de RGB a
YIQ viene dada por:
.25. La Y
representa la componente de blanco y negro y la información de color U y V se añade para
mostrar una imagen en color. magenta y amarillo son los colores
Un punto que no esté en el perímetro contendrá una mezcla de todos. La distancia
al centro (radio) indicará la saturación del color.299
 I    0.321   G 
El punto medio del disco central describe un blanco de intensidad media. Saturation and Luminance)
Este modelo utiliza los tres componentes básicos del color: matiz (Hue).26. El brillo (intensidad del color) depende de la
altura en el doble cono. (Ver Figura 3. esto nos permite procesar la
luminancia sin afectar al color.6. separados 60º uno de otro. La saturación es una medida del
grado en el que un color puro se diluye con la luz blanca.
estos puntos describen colores pastel que contienen una cierta cantidad de blanco.A. y es un valor entre 0 y 1.587
 0. este estándar usa más bits (o ancho de banda) para representar Y y menos
para I y Q. Por lo tanto. El sistema HLS (Hue.
En el perímetro del disco están situados los colores azul.114   R 
Cada punto del perímetro describe un color que
es mezcla de los dos
Es uno de los modelos que más se utilizan. Una de sus mayores ventajas es que las
informaciones de luminancia (Y) y color (I y Q) están separadas.
3.).6.
Las otras dos componentes están muy relacionadas con la forma en la que el ser
humano percibe el color.26.
obteniendo mayor sensibilidad a los cambios en luminancia que a los cambios de matiz o
saturación.6.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. verde y cyan.275
Gracias a estas propiedades este modelo es muy apropiado para el desarrollo de algoritmos de
procesamiento de imágenes basados en propiedades del sistema de visión humano.
saturación (Saturation) y brillo (Luminance).523
0. Cono HLS. Así pues. El modelo de color HSI
El matiz es un atributo que describe la pureza de un color. rojo.5. Una representación gráfica
incluyendo estas tres propiedades genera el denominado "espacio y
color".212
0.311   B 
Este sistema fue diseñado teniendo en cuenta las características del sistema visual humano.596
 Q
 0.
3. La utilidad del modelo de color HSI se
debe principalmente a estas dos características:
La componente de intensidad se separa de la información de color. magenta.
360º). Uno de los conceptos importantes
introducidos que permitió el avance en los sistemas de vídeo fue el de separar la luminancia de
la crominancia. según la primera ley de
Grassmann toda sensación de color se puede obtener por suma de tres fuentes de colores
denominadas primarias y que son rojo. Modelo YCbCr
Comentando una pequeña evolución de los modelos de color..
El nuevo espacio de color se denominó YIQ. Posteriormente el PAL y el
. En la cúspide
se encuentra el negro.
Saturation (Saturación): Varía de 0 a 1.
El rojo está en 0º. un azul pastel casi blanco hasta llegar finalmente a un blanco
brillante. Esto sucede con todos los colores. la
componente en fase de la crominancia y la
componente en cuadratura de la croma. verde y azul. (Ver Figura 3.
Hue (Matiz): Se representa en un ángulo en
torno a un eje vertical (0º. Los vértices
del hexágono se separaran a intervalos de 60º.Capítulo 3
Supóngase que. el verde
en 120º y el azul-verde opuesto al rojo en H =
180º. En S = 0 se
tiene la escala de gris.
Figura 3. por ejemplo.
Representa la pureza de un matiz.). Se basa principalmente en el control de los valores de matiz. Modelo HSV
Fue creado a partir de un concepto intuitivo de la manera de trabajar de un artista y su modo de
mezclar colores para obtener el correcto sombreado y la obtención de los tonos intermedios.
donde las letras representan la luminancia.UU) definió la transmisión de las señales en un
formato de luminancia y crominanacia (antes se
utilizaba un formato que utilizaba los tres
componentes de color).6. por lo que
se pasara por un azul claro. saturación y valor
Value (Valor): Varía de 0 en la cúspide del cono hexagonal a 1 en la parte superior. se comienza en el perímetro del cono en el ángulo cero (color azul)
y realizando un movimiento en línea recta hacia arriba: se esta añadiendo más blanco. La pureza
máxima se representa en S = 1. el amarillo en 60º. Los colores complementarios distan
180º.27.
3.6. en la parte superior los colores de máxima intensidad.. La
selección y obtención de colores en el modelo HSV es mucho más intuitiva que en los modelos
RGB y CMY.
La conclusión es que todos los colores convergen al blanco a medida que se avanza hacia el
vértice superior y hacia el negro a medida que se baja.
respectivamente.8.7.27.
3. Inicialmente el NTSC (EE. Pirámide HSV.
Las conectores usados son de 9 ó 25 pines (ver Figura 3. donde Cb es la componente de crominancia que
corresponde con la componente U y Cr es la componente de luminancia que corresponde con la
componente V. Estándares de transmisión
Figura 3. Conectores DB-25 y DB-9 respectivamente.
3. desde un modem convencional
hasta aparatos industriales y de medición de todo tipo. sólo queda estudiar los distintos protocolos usados a la hora
de transmitir señal de video.7. concentra la mayor parte de la información de la imagen en la
luminancia y menos en la crominancia.
Una vez que se han estudiado tanto los espacios
de colores como algunas de las señales de video
posibles a la salida de una cámara. Es el denominado espacio YUV.28.1 Protocolo serie RS-232-C
El interfaz RS-232 (RS = Recommended Standard) es probablemente la más extendida entre
todo tipo de arquitecturas existentes.
3.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V.28.
SECAM. La transformación
necesaria desde RGB a YCbCr se muestra en la Figura 3.29. Este interfaz se utiliza la transmisión de datos entre el
ordenador y prácticamente cualquier tipo de aparato imaginable.A. El resultado es que los elementos de YC bCr. como por ejemplo la línea de indicador de llamada de un MODEM.
El equivalente digital de YUV es el YC bCr. El formato YC bCr.7. siendo el más usado el de 9 pines
(DB-9). optaron por un espacio de colores idéntico pero con una rotación de 33
grados. ya que con estás 9 líneas es posible controlar las transferencias serie de manera
completa.). europeos.29. Otra ventaja que se consigue es la
reducción de la velocidad de transmisión de las componentes de crominancia. Las otras líneas disponibles en el conector de 25 pines (DB-25) se usan para algunos
dispositivos en concreto. Conversiones entre algunos espacios de color.
. También se pueden emplear para la
conexión de dos PCs. están
menos correlados y pueden ser codificados por separado.
3. al aparecer clónicos del PC original. En líneas
generales el UHCI tiene un diseño más simple y barato.
Figura 3.3 USB 1. Los objetivos del
mismo eran conseguir un sistema sencillo y económico para la conexión de periféricos de todo
tipo al PC. Con el paso del tiempo los requisitos de
velocidad de transmisión aumentaron. esto
provocó que la implementación por terceros fabricantes.
Centronics presenta una serie de problemas. 4
líneas de control y 5 de estado.
Se formó un comite en el IEEE con el fin de crear un nuevo estándar que.2 Protocolo paralelo (Centronics y IEEE-1284)
El puerto Centronics fue introducido por IBM en 1981 para dotar de un puerto de impresión al
primer PC.
3. Compaq y computadoras de distinta arquitectura como NEC o iMac. Lexmark. Conectores paralelo. El nuevo puerto fue
designado por IEEE-1284 y es el que está presente en todos los ordenadores actuales.30. empezando por su falta de estandarización. Centronics y IEEE-1284 por el nombre genérico de puerto
paralelo. La distancia máxima del cable es de 10 m. fuese capaz de llegar a velocidades de transmisión de
1MByte/s y guardara compatibilidad con los antiguos dispositivos Centronics. cumpliendo las
especificaciones técnicas de la NPA. Se hizo un especial
hincapié en facilitar la conexión de sistemas de telefonía (voz y datos) al PC.
Existen dos tipos de controlador de USB.
causara en ocasiones problemas de compatibilidad. Hasta entonces lo normal era emplear conexiones serie para esos menesteres.
Resumidamente el estándar IEEE-1284 permite el envío de datos con una velocidad
comprendida entre 600Kbps y 1. aunque
se siguen conociendo ambos. Externamente aparece
en la parte posterior del PC en forma de un conector
hembra de 25 pines.1
USB (Universal Serial Bus) es un sistema de conexión de periféricos al PC mediante un bus
serie. teniendo que implementar parte de las
. incluido en placas con chipset Intel o Via y por otro el OHCI (Open
Host Controller Interface) fabricado por Compaq. con una distancia
máxima de 15 m. Microsoft y NEC en 1994.7. Por un lado el UHCI (Universal Host Controller
Interface) fabricado por Intel. Ali. y que se puede encontrar generalmente en
placas SiS. El proyecto fue iniciado por Compaq.5Kbps.
El puerto Centronics tiene 8 líneas dedicadas a datos.Capítulo 3
Con relación a las velocidades de transmisión permite hasta 112Kbps. El
uso de una conexión paralela permitió aumentar el
rendimiento de los dispositivos. IBM y Texas Instruments entre otras que
formaban la NPA (Network Printing Alliance) presentaron una serie de especificaciones para
estandarizar la conexión entre impresoras y ordenadores.7. Intel.
El USB se fundamenta en el clásico esquema cliente-servidor en el que un controlador central
ejerce de servidor atendiendo peticiones de los periféricos clientes conectados a él. que permitiera conexiones de dispositivos en caliente y sin que el usuario tuviera que
reiniciar el ordenador o tener conocimientos técnicos para el proceso.
5 Mbit/s.
Los periféricos pueden funcionar en dos modos: modo de bajo (LS Low Speed) y alto ancho de
banda (FS Full Speed).
3.5 Mbps (lowspeed).Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V.4 USB 2. USB 2.
dependiendo de sus características eléctricas). Conectores USB 1. Asimismo. la 2. USB utiliza un cable de 4 conductores para transmitir una señal diferencial (D+ y
D-) y alimentación (VBus = 5V y GND) por medio de conexiones punto a punto. mientras que los FS pueden ir equipados con un
cable o utilizar cables independientes de hasta 5 m (también dependiendo de sus características
eléctricas). que intenta sacar el USB del ámbito
doméstico para el que fue diseñado y hacer frente a conexiones de rendimiento mucho mayor
como SCSI o FireWire. no obstante debido al limitado rendimiento que da en estos
últimos ha aparecido una nueva especificación. mientras que en
el otro se intenta dar lo máximo posible (12 Mbit/s). los concentradores high-speed soportan en sus puertos downstream los
tres modos de funcionamiento (low.0 añade un nuevo modo con una velocidad máxima de transferencia de hasta 480
Mbps.0. o no. dispositivos de video.. mientras que el OHCI es el más indicado para manejar
gran número de periféricos.1. joysticks.
El dispositivo high-speed puede. Por su parte. soportar su total funcionalidad cuando trabaja en modo
full-speed.0
La norma USB 1. Los dispositivos
LS van obligatoriamente equipados con un cable de longitud adecuada (hasta unos 3 m.x y USB 2..
Un controlador USB soporta hasta 127 dispositivos conectados a una velocidad máxima teórica
de 12 Mbit/s. En el primer caso se limita la transferencia a 1. de manera que admiten la conexión de
cualquier dispositivo o concentrador USB 1. full y high-speed).0.1 definía dos modos de transferencia a 12 Mbps (full-speed) y a 1.
A nivel físico.31.
tareas de control del bus en el driver.A.
altavoces. La presencia de dos protocolos distintos en
el mismo controlador pretende facilitar la conexión simultanea de periféricos con baja necesidad
de transferencia como ratones. soportan en sus puertos
. con dispositivos de alta como discos duros externos. denominado high-speed.7.
Además permite la conexión "en caliente". Con respecto a las
longitudes de los cables oscilan entre 10 y 30 m.5 FireWire (IEEE 1394)
El firewire o IEEE 1394 es un bus de conexión de periféricos (Cámaras de video digitales.x y USB 2.
Esto quiere decir que en un mismo sistema USB pueden coexistir dispositivos y concentradores
El protocolo LVDS permite velocidades de transmisión de unos 400 Mbps. Driver y receptor en la norma LVDS.0.32.Capítulo 3
upstream los modos full y high-speed.7. Se pueden conectar teóricamente hasta 63
dispositivos en cadena.7. LVDS es también
una norma RS.6 Channel Link
El protocolo Channel Link esta basado en el sistema de transmisión de señales diferenciales de
bajo voltaje. como se muestra en la figura siguiente:
Figura 3. de manera que se pueden conectar a cualquier
concentrador o controlador USB 1. Su arquitectura está basada en un dispositivo
driver y un receptor.
Desde enero de 2003 existe una nueva revisión de firewire capaz de transmitir hasta 800
Mbits/segundo para los ordenadores de Apple.0 (Low. conocido por las siglas LVDS (Low Voltage Differential Signaling). estando limitados por la longitud máxima del cable que es de 4.5 metros. Conector firewire.
Figura 3. etc) de
gran velocidad (hasta 400 Mbits/segundo).x o USB 2.33.
3. Full y High Speed).
3. concretamente la RS-644. No hay fecha fija en cuanto a la disponibilidad
para ordenadores PC.
Evidentemente los conectaros usados son los mismos que para el estándar USB 1.
Figura 3.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V.
Como se ha comentado anteriormente el protocolo Channel Link se basa en la arquitectura de la
Con respecto a la longitud de los conductores oscilan al igual que para el LVDS entre 10 y 30 m.8 Gbps.
Debido a su alta velocidad de transferencia.34).5 m
1.34. usando el espacio de
color RGB. De esto se deduce que los cables están formados por 5 pares cruzados de
conductores. Está formado por 5 arquitecturas como la de la figura.
A continuación se presenta una tabla resumen de los distintos protocolos de transmisión:
1. y una última para la
señal de reloj.3. Tabla resumen estándares protocolos transmisión.8Gbps
Tabla 3. Conector Channel Link. Arquitectura Channel Link. se suele usar para el
envío de señal de video en color sin
compresión.A. 24 de los cuales
se usan para las
componentes RGB.33.0
4.5-12Mbps
USB 2. es decir. de manera que 4 de ellas se
usan para enviar los datos de video (incluidas las señales de sincronismo).
de hasta 1. (Ver Figura 3.
Figura 3.35.1
El conector puede verse en la Figura 3. de
manera que en total
transferencia de 28
bits.5600Kbps
USB 1.35. y
los restantes para
sincronismo de la
canales de datos se
transmiten 7 bits.
3. inclusión de Entradas / Salidas digitales.
[w_infaimon]
3. Ofrecen una gran potencia de proceso y análisis.1.8. control de strobe. En el pasado la limitada capacidad de
proceso de los ordenadores limitaba la velocidad y la mayoría de frame grabbers llevaban
procesadores abordo. Los frame grabbers en formato AGP son especialmente
útiles cuando se desea utilizar gráficos en la misma placa. Los formatos PC104+ y Compact PCI
se utilizan cuando es necesario trabajar en entornos industriales donde el reducido tamaño de
los ordenadores sea fundamental. Estructura básica de un Frame Grabbers
La Figura 3. etc. La sincronía horizontal (H-Sync) indica el comienzo de una nueva línea y la
sincronía vertical (V-Sync) el comienzo de un nuevo campo o cuadro (ver sección de cámaras).
El bus PCI también permitió por tanto transportar la imagen hasta el procesador en tiempos muy
cortos y mediante los modernos procesadores se ha logrado hacer gran parte de los procesos en
tiempo real. Las especificaciones y precios de las placas de captura
de imagen (Frame Grabbers) varían enormemente y por tanto se deben tener en cuenta los
requisitos técnicos de cada frame grabber para su elección.8. frame reset.
Los frame grabbers dotados de “inteligencia” mediante procesadores integrados se utilizan en
aplicaciones donde la velocidad o la potencia de proceso no pueden ser resueltas por los
ordenadores convencionales.36 muestra la estructura básica de un frame grabber. Compact PCI o AGP.
Con la llegada del bus PCI se consiguió aumentar la velocidad de transferencia y por tanto
realizar la visualización de la imagen en tiempo real sin necesidad de hardware gráfico adicional. En primer lugar la separación
de sincronía (también llamada sync stripper) separa los pulsos de sincronización de la señal de
vídeo de entrada.
Las cámaras que se utilizan en estos entornos presentan una serie de requisitos que en la
mayoría de ocasiones no son estándar.. y deben incorporar características especiales tales como: adquisición por
trigger. Tarjetas de adquisición de imágenes o Frame grabbers
En las aplicaciones de visión industrial y de análisis de imagen para entorno científico es
necesario tomar las imágenes con la mejor calidad posible y enviarlas a la memoria del
ordenador con el fin de procesarlas. En la actualidad los frame grabbers con procesadores abordo son menos
frecuentes y se utilizan en procesos donde se requiere una gran velocidad o una gran potencia
de proceso que los ordenadores convencionales actuales aún no son capaces de proporcionar.
Los frame grabbers han sido utilizados desde hace mucho tiempo para poder capturar las
imágenes a alta velocidad el desarrollo de este tipo de placas de captura ha ido paralelo al
rápido avance de la velocidad de los ordenadores.
. liberando al
ordenador para que pueda realizar otras tareas de control. Los requisitos de los frame grabbers
que se utilizan en entornos industriales y científicos son muy diferentes de los que se utilizan en
entornos multimedia. analizarlas y /o visualizarlas.
En la actualidad aparte del bus PCI se utiliza frame grabbers sobre otros tipos de arquitecturas
como son PC104+..
Para prevenir esta gran fase de inicialización. las fuentes de vídeo pueden ser sincronizadas
externamente para que el H-Sync y el V-Sync de todas las cámaras estén en sincronía. En la práctica los grabadores pueden diferir
en algún bit de esos valores sin pérdida de exactitud.
Los píxeles digitalizados son recogidos en un buffer de imagen o buffer FIFO. Así es posible
recoger directamente la cadena de datos de vídeo digitalizado en el disco duro del ordenador y/o
pasar directamente a la tarjeta gráfica para verlo en verdadero tiempo real.
Después de tener establecida una conexión entre la señal de vídeo y el grabador. la unidad de sample & hold toma 767 píxeles por línea para
cámaras CCIR y 647 píxeles por línea en el caso de cámaras EIA.
Afortunadamente algunos grabadores están equipados con un generador de sincronía que es
utilizado para producir señales de sincronía para el genlock. si el grabador usa el
reloj de píxel de la cámara. Esto puede causar problemas si se quiere conmutar entre una fuente de vídeo y otra.
Una vez alcanzada una sincronización estable de las líneas y los fotogramas. Es.75 MHz para CCIR y 12.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V.A. Como se
discutió en las notas técnicas de la sección de cámaras esto lleva a una frecuencia de reloj de
píxel de 14.
. sin embargo. En
acuerdo a los estándares de vídeo. Además la separación de sincronía y el generador
de sincronía trabajan independientemente el uno del otro y están indirectamente unidos por la
fuente de vídeo. El buffer de la
imagen almacena al menos un fotograma completo y es utilizado si el ancho de banda del bus es
demasiado pequeño para transportar la cadena de datos de vídeo digitalizado sin pérdida. sólo es posible obtener un mapa
exacto de los píxeles del chip CCD en memoria del grabador u ordenador. la siguiente parte
del proceso de adquirir una imagen concierne a la generación de sus propios píxeles. importante para
conseguir que esas señales de sincronía estén a nivel de TTL y no en el de los pulsos estándar
de vídeo. Así las fuentes de vídeo tienen que estar preparadas para trabajar con entradas de
sincronía en TTL. Conviene notar también que el uso de los generadores de sincronía de los
grabadores no significa que la separación de sincronía esté desconectada ó controlada
directamente por el generador de sincronía. Esto
también se llama mecanismo genlock que está explicado en las notas técnicas de la sección de
cámaras. para digitalizarlos.3 MHz para EIA. el tiempo que
se toma en grabar tres fotogramas es necesario para que el grabador arranque en un estado
Sistemas de bus modernos como el bus PCI son tan rápidos que sólo es necesaria una FIFO
pequeña de unos pocos Kbytes para amortiguar irregularidades del flujo de datos.
Como resultado la calidad de la imagen es inferior. Las enormes cadenas de datos que producen tienen
que ser mostradas eficientemente. Esto refleja la
escasez de estándares hardware de visión artificial para características especiales como
mecanismos de disparo (ver sección de cámaras además de la información relacionada con los
mecanismos de disparo (trigger)). es posible que una aplicación
necesite comunicar la información que el usuar precisa como “el diámetro del taladro es
A primera vista. no es
necesario decir que la cantidad de datos que tienen que ser procesados deben cumplir un
mínimo absoluto.8. Los grabadores multimedia están diseñados para adquirir
imágenes para edición de vídeo y audio.Capítulo 3
Figura 3. Con esto en mente. Cada fabricante tiene sus propias estrategias.25mm”. En el campo de la visión
artificial simples grabadores son accedidos a través de sus propios registros ó siguiendo un
concepto más moderno están acompañados por librería de drivers que cubren la estructura del
registro de los grabadores.36. Multimedia vs. Después de todo. no hay estándares. las imágenes que
se usan como base para la visión artificial tiene que representar los objetos del mundo que
representan lo más preciso que sea posible. por ejemplo
un escáner.2. Por otro lado. Esta es la estructura básica en un frame grabber.
Son. el propósito de los frame grabbers para multimedia y visión artificial puede
parecer similar: ambos adquieren y digitalizan imágenes para ser procesadas por un ordenador. Los interfaces entre conductores y aplicaciones están
TWAIN: protocolo estándar industrial para intercambio de información entre aplicaciones y dispositivos.
3. almacenadas y transmitidas.
Sin embargo. Medidas típicas son el uso de imágenes de baja resolución y técnicas de
compresión. muy diferentes. pero no obstante ofrece acceso directo a los recursos del hardware. sin embargo.
Desde el punto de vista del software la característica distintiva de multimedia es la existencia de
interfaces estándar como MCI (Multimedia Control Interface) y TWAIN1.
se puede realizar un sistema de visión estereoscópico. esa clase de grabadores están normalmente cargados con programas de
configuración especiales que generan un archivo de descripción de la cámara.8. son necesarios ordenadores con potencia
. De esta manera el software de aplicación está frecuentemente hecho a
medida. los correspondientes frame grabbers
ofrecen diversas características especiales a parte de los estándares de vídeo.8. Así una clase de grabadores no-estándar perfecciona el estándar de vídeo con
características como el reloj de píxel. Las tres categorías son:
Frame Grabbers estándar de bajo coste. Los siguientes
párrafos describen tres clases típicas de grabadores no-estádar:
La máxima resolución de imagen definida por los estándares de vídeo es suficiente para muchas
aplicaciones. Usando este
enfoque. mecanismos de disparo y exploración progresiva. Por lo tanto.
Aunque el desarrollo de los PC’s hoy día es alto. Como
un nivel alto de flexibilidad es sólo posible si el propio grabador puede ser configurado por el
usuario. especialmente para el procesamiento de
3. En cada una de estas categorías
hay un rango de modelos que presentan características distintas y que en algunas ocasiones
extensamente estandarizados.
cámaras digitales y cámaras que ofrecen una resolución mayor que las de vídeo estándar. Frame
grabbers que han sido diseñados para trabajar con cámaras RGB pueden ser generalmente
usados para adquirir hasta tres señales sincronizadas de vídeo monocromo (esos tres canales
no tiene necesariamente que representar las típicas señales de rojo. Este archivo es
utilizado por el software que maneja al grabador para configurarlo. Además la complejidad del grabador actual. Clasificación de los frame grabbers
Se han dividido los frame grabbers en tres categorías distintas. verde y azul).
Una segunda clase de grabadores no-estándar no consideran los estándares de vídeo como
siempre. No se adaptan a casi ninguna cámara no-estándar como cámaras de exploración lineal. es insuficiente. En constraste con las aplicaciones de visión artificial que difiere
extremadamente.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. el ambiente de desarrollo para los
procesadores de señal crea grandes demandas.4.
Frame Grabbers avanzados de altas prestaciones y con características multicanal. Por lo tanto.3. Adquisición no-estándar
También es cierto que para cámaras de visión artificial. [w_imagingsource]
Obviamente el funcionamiento correcto de la aplicación del grabador requiere mucha
experiencia. Para este propósito los frame grabbers de alto nivel están equipados con uno o más
procesadores de señal que hacen de CPU intensiva para el preproceso de la imagen.A. Además algunas cámaras
especiales ofrecen dos salidas de vídeo para doblar su relación de exploración y poder ser
conectadas a grabadores RGB.
o cámaras digitales.
Con estos frame grabbers es posible sincronizar la captura de la cámara con una señal externa
(trigger). Por tanto con estos frame grabbers la captura se realizará con un retraso aleatorio
debido a la relación entre el momento en que se emite la señal y el tiempo de sincronismo
vertical de la cámara.
3. de este tipo.8.
Los frame grabbers estándares incorporan componentes analógicos entre los que se incluyen
conversores analógico/digitales. Normalmente pueden
conectarse sólo a cámaras analógicas estándar monocromo (CCIR. ya que no acostumbra a ser posible
transferir las imágenes y procesar al mismo tiempo con este tipo de frame grabbers. de alta
resolución. Aunque con este tipo de frame grabbers no acostumbra a ser posible trabajar con reset
asíncrono. con distintas características según el fabricante y la placa. decodificadores y multiplexores. debido a que acostumbra a incrementar el
coste. Algunas de estas placas
estándar incorporan memoria abordo y son las que normalmente se aconsejan para garantizar la
transferencia íntegra de las imágenes en los tiempos correctos.
Normalmente no incluyen memoria en la propia placa.
Los frame grabbers estándar para visión artificial permiten obtener imágenes con un nivel de
calidad suficiente y un software de desarrollo mínimo para poder programar cualquier tipo de
aplicación. En la
mayoría de las aplicaciones de visión industrial es necesario realizar proceso en tiempo real y
por tanto se aconseja que las placas lleven memoria integrada.Capítulo 3
Frame Grabbers "inteligentes" con procesadores integrados. incluyen un multiplexor para facilitar la conexión de
múltiples cámaras. Este tipo de transferencia puede ser conflictivo si es
necesario hacer proceso en tiempo real en el ordenador.
En conclusión los frame grabbers estándares se utilizan en aplicaciones de bajo coste donde sea
posible utilizar cámaras estándar. Frame grabber estándar
Hay un gran número de interfaces de muy bajo coste para aplicaciones multimedia.1.
En cuanto a las librerías de software algunas de estas placas vienen acompañadas de un kit de
desarrollo de software (SDK). RS-170) o color (PAL.4. Sin embargo mediante el bus PCI pueden transferir al procesador del ordenador las
imágenes línea a línea a gran velocidad. Otros
tipos de software desarrollados por otras compañías tienen driver para estas placas.
La mayoría de frame grabbers. hasta un máximo de 9
cámaras en alguna placa. Normalmente estos frame grabbers pueden conectarse a señales de
video compuesto o Súper VHS (Y/C) y algunos modelos incorporan puertos de Entrada /Salida.
debido principalmente a la escasa calidad de digitalización de la imagen y a su poco o
inexistente software de desarrollo. Este tipo de frame grabbers no puede estar conectados a cámaras progresivas. pero que no
pueden ser utilizados en aplicaciones para visión artificial en entornos industriales o científicos. conectándose una a una al conversor analógico/digital.
Horizontal y de píxel).8. con garantía. Frame grabbers avanzados
Los frame grabbers avanzados o de altas prestaciones son los que generalmente se utilizan en
la mayoría de aplicaciones de visión artificial.
Posibilidad de trabajar con formatos de imagen progresivos. Un PLL
programable avanzado que se utiliza para ajustar las señales de video sean estándares o no.2.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. Normalmente también incorporan circuitos de Look Up Table de
entrada y salida que permiten hacer procesos por hardware. Además deben controlar las condiciones de la
Señal de entrada (ganancia y contraste) para poder compensar sus posibles variaciones
dependiendo del tipo de cámara. o poderle proveer de estas señales. que utilizan cámaras con salida de video no
estándar. La
mayoría de frame grabbers avanzados incorporan entrada de píxel clock.
Los requisitos mínimos que debe cumplir un frame grabber de prestaciones avanzadas son: un
circuito de conversión analógico/digital de excelentes prestaciones. de alta velocidad y de
alta definición. circuitos que
permiten capturar señales externas. con posibilidad de
trabajar en reset asíncrono. la
transferencia DMA al ordenador de imágenes procedentes de todo tipo de cámaras.
Vienen acompañadas de un software de desarrollo avanzado que permite realizar el
control de todas las posibilidades hardware que ofrece el frame grabber.A. Este tipo de frame grabbers además deben ser capaces de funcionar con cámaras
que incorporan la posibilidad de reset asíncrono donde el sincronismo es interrumpido por esa
señal externa (trigger).
La mayoría de aplicaciones de visión artificial deben capturar las imágenes en un momento
determinado que normalmente viene determinado por una señal externa (trigger) y a su vez el
frame grabber debe poder enviar una señal (strobe) para el control de otros componentes
Las principales características de este tipo de placas son:
Capacidad de capturar imágenes procedentes de cámaras con alta frecuencia de
muestreo. También incorporan I/O digitales. e incorporan un bajo píxel jitter. así como la posibilidad de
aceptar señales de sincronismo de la cámara.
Frame Grabbers Analógicos
Se utilizan componentes de muy alta calidad y prestaciones con el fin de capturar las imágenes
con la mejor calidad tanto si procede de fuentes de video estándar o no estándar. y enviar señales de control. que se utiliza para
ajustar la digitalización de los píxels.
Incorporación de memoria integrada para poder realizar.
Frame Grabbers Digitales
Incluyen generadores de sincronismo (Vertical.4.
Normalmente presentan la mayoría de las
Entrada de 8 a 64 bits en formato RS-422 o LVDS (EIA-644)
Controles de tiempo y sincronización muy precisos
Soporte para cámaras con múltiples salidas (taps)
Control de cámara por el canal digital o a través de RS-232
Arquitectura Scatter Gather para transferencia y manejo de las imágenes. Son frame grabbers que incorporan procesadores
integrados y por ese motivo se denomina también frame grabbers inteligentes.
Los circuitos de pre-procesamiento permiten realizar funciones de pre-procesamiento por
hardware antes de transferirlo al ordenador o al procesador de la propia placa. permite tener más tiempo para el
Los procesadores especializados en este tipo de frame grabbers se puede dividir en :
Procesadores de captura
Circuitos de pre-proceso
Procesadores expandibles
Los procesadores de captura se utilizan para eliminar totalmente la interacción con el ordenador
cuando es necesaria la adquisición en aplicaciones donde el tiempo es crítico. Algunas funciones de pre-procesamiento son:
· Corrección de Iluminación píxel a píxel (Flat field correction)
· Procesos aritméticos y booleanos con imágenes (Suma.3.)
· Filtros y Convoluciones
· Compresión de datos (Run length encoding)
. AND. OR.Capítulo 3
Se utilizan como interfaces para cámaras digitales.
Soporte de entrada en formato Camera Link
3. Frame grabbers con procesadores integrados
Son los frame grabbers más sofisticados. Resta. Eliminando la
necesidad de realizar este pre-procesamiento por software.. Este tipo de
frame grabbers son interconectables con lo que se puede aprovechar la potencia de los
procesadores de distintos frame grabbers para resolver una aplicación compleja.4.8.. De esta forma el
ordenador sólo debe tener el control de la transferencia de las imágenes pero no de la
Los procesadores expandibles son ideales cuando la velocidad de captura es
superior a los 120 MB /seg (Ancho de banda del bus PCI) o cuando el proceso no puede ser
absorbido por un ordenador con uno o dos procesadores. Históricamente se han utilizado tecnologías DSP.
Procesadores expandibles.A. El amplio ancho de banda del bus de
los frame grabbers con procesadores. los procesadores expandibles están
basados en tecnología Pentium. La
desventaja de esta tecnología es que no se pueden utilizar aplicaciones desarrolladas para un
ordenador convencional y que cada vez que se cambia la tecnología del DSP se debe volver a
escribir todo el código de la aplicación. transferencia y proceso superiores a los PC y a su bus PCI. Actualmente. [w_infaimon]
.Arquitectura “pipeline” para la implementación de algoritmos de V. lo que permite utilizar cualquier código escrito en entornos
convencionales. y la posibilidad de trabajar en paralelo con hasta 32
procesadores al mismo tiempo permiten acometer cualquier tipo de aplicación por compleja o por
rápida que esta sea. permitiendo
velocidades de captura.
Documentos recomendadosDocumentos similares a CAPÍTULO 3(Sistemas de Adquisición y Transmisión de Vídeo) (1).docSkip carouselReparación de NTSC y NTSC_P...Pro Max27._El_filtro_anti_hunting_y_el_2º_lazo_de_CAFase_Curso_CompletoCOM-270-instrRuizVassallo(1986)Tv-color-Cap2HDTV - Los Est and AresUsando Estancia GenlockProcesamiento Digital CarpetaInforme-Procesamiento de Imagenes en Tiempo RealEl video como medio de comunicación - Lenguaje Artistico y ComunicacionalTaller BDbc_netcams_45132_es_1203_loWindows Movie MakerPaseo Animado en SolidWorksdigitalimageprocessingcatalog.es_ESnotagratistecnologiaAprende Avid Part231Cultura de La ImagenLos Micro Jung LaMetrología - El osciloscopio y generador de funcionesDiseño de una red de Fibra Óptica para un sistema de VideovigilanciaLa edición en video de noticias para.docInforme Monitores CRTReconocimiento de Flores IeeeCómo funciona un sensorQuine Tosco Piomagix_video_deluxe_17_exclusivo-de-magix_es.doc¿Cómo Grabar Vídeo en DVDMás de Gaby Alvarez MamaniSkip carouselÁrbol de ProblemasAdministración CartaClase Dia 10 de Marzo ADMON 8 Neco ADE Umsa 2016 (1)Clase Dia 17 de Marzo ADMON 8 Neco ADE Umsa 2016Chocolate Ria4794_100210_manual_formulacion_proyt_coop_marco_logico.pdfUntitled

References: resolución 
 resolución

resolución 
 resolución

 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución

 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 Resolución

 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución 
 resolución