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1、电视图像及其光电转换电视系统的图像信号的处理，是立足于对图像像素的处理。这里涉及到两个重要的设备：摄像设备和显像设备。常用的摄像设备就是摄像机。常用的显像设备就是电视机。摄像机负责把光形式的图像信息转换成电形式的图像信号。这样便于存储、编辑、传播。电视机负责把电形式的图像信号转换成光形式的图像信息，供人眼观看。这里主要说明有关图像的光电转换和电一光转换过程。首先从图像像素开始入手。一、 电视图像1、 黑白图像像素通俗地讲，我们可以把一幅画面看成由许多个顺序排列的小方格组成，每个方格可以看成是明暗程度不同（对于彩色画面，每个方格又有不同颜色的属性）的点，黑的表示暗，白的表示亮。通常把画面上的点称
2、为“像素”，它是组成图像的“最小元素”。我们以下图所示来说明。图1 图像像素上图包含9X9个像素，这是一个简单的例子。一幅画面所包含的像素越多，所表现的细节就越丰富，那么画面的清晰度就越高。2、 电视图像清晰度为了满足视力的需要，这对图像的清晰度有一定要求。相应地，就对图像像素的数量有一定要求。每幅图像需要多少个像素才能达到要求呢？我们可以通过下面的例子来说明这个问题。 d 眼晴 l h L （a）电视屏幕 （b）电视清晰度图2 电视屏幕及清晰度见上图所示，电视屏幕的尺寸是以对角线来表示的。单位通常为英寸。我国电视屏幕的高宽标准比例为3：4。电视的清晰度是用屏幕上能显示多少根线条来表示的。在人
3、眼距离屏幕L23米，电视屏幕为918英寸的条件下（这个条件是早期制定的），在规定的屏幕高度和视线距离内，垂直方向上最多可分辨600左右的线条。如果线数少了，就能明显看出线条之间的间隙。如果线数再多些，人眼就看不清屏幕上有多少根线条。因此世界各国在制定电视画面标准中，把每幅图像的行数确定为525行或625行。3、 我国电视图像标准我国电视标准规定：每幅图像的行数为625行，其中有效行为575行（另有50回扫行不显示）。这就是说，电视屏幕能显示575根水平线条。再根据屏幕高宽比为3：4。即水平方向为575X4/3767列。这就是说，电视屏幕能显示767根垂直线条。水平线条与垂直线条之间的方格就是电
4、视图像的像素。那么一幅电视画面所包括的图像像素数量为575X767（）个。共计44万多个。我国现行的电视图像标准是针对中、小电视屏幕制定的，可满足人眼观看中、小电视屏幕画面的要求。而对于现在流行的大屏幕电视是不适用的。这是因为随着屏幕尺寸的增大，能够显示的线条数也就相应地增多了。如果显示的线条数不变的话，那么线条之间的距离也就增大了。因此，随着屏幕尺寸的增大，图像像素数目也应该提高。才能满足人眼的视力需要。所以人眼在观看大屏幕电视所接收的电视画面时，感觉画面颗粒较大，不如中、小屏幕电视的效果好。另外，人眼近距离观看电视画面时，也会感觉到不如远距离观看电视画面的效果好。4、 彩色图像像素首先说明
5、一下三基色原理，其原理主要内容是：所有颜色都可由三个相互独立的基色混合得到。三基色的比例决定合成彩色的要素（明暗程度、颜色种类、颜色的深浅程度）。在电视机中，选择红、绿、蓝作为三基色，分别用R、G、B代表。混合得到其他彩色的方法主要是空间混色法，将三基色的光分别投射到同一表面相邻的三个点上，由于人眼对彩色的分辨力较差，因此只要人眼距该表面足够远或这些点相距足够近，人眼就分辨不清是独立的三基色点，而感觉到是一个点，而这个点的颜色是三种基色的混色，这也是彩色显像管荧光屏构造的理论基础。NTSC制和PAL制彩色电视制式就是利用这种技术从上述所说就得出结论。每一个彩色图像像素实际上是由三个相距很近R、
6、G、B点组成。由很多彩色图像像素组成一幅彩色图像。二、 图像的光电转换我们知道按照电视标准要求，一幅电视图像应包括40多万个的像素，对于电视活动画面，每一个图像像素都是连续变化的。这就是说，与之对应的信号也是不断变化的。如果对于代表每个像素的电信号都用单独的通道进行转换传送，就需要40多万个独立的通道。从人类现有的技术的角度上讲，实现起来将使设备非常复杂。根本不可能实现电视大众化。那么，我们可以利用人眼的“视觉暂留”特性，采用顺序转换传送法。即用一个通道把近40多万个像素，按照从左到右、从上到下的顺序，以足够快的速度依次转换传送出去。其效果与同时转换传送是一样的。例如，在一块方形木板上安装有9
7、X9个发光的小灯泡（发光二极管），当以足够快的速度依次点亮每个小灯泡（当第一个小灯泡熄灭后，再点亮第二个小灯泡），人眼看到的效果与同时点亮这81个小灯泡的效果是一样的。又比如说，在黑暗中旋转一个发光的手电筒，人眼看到不是一个旋转的发光点，而是一个光圈。而图像有静止图像（画面不动）、活动图像、黑白图像、彩色图像等。每种的转换有些不一样。这里就一一道来。1、 黑白静止图像的光电转换要把一幅静止图像转换为电信号，首先是通过电视摄像机来完成的。摄像机的核心部分是摄像管，它担任着光电转换的主要任务。 偏转线圈 透镜 电子枪 物象 电子束 光敏靶 i R E图 3 摄象机工作原理简图图3给出了摄象管的工作
8、原理简图。其工作原理是这样的：摄象机主要是由透镜、光敏靶、电子枪、偏转线圈和电源、取样电阻等组成，首先摄象机的镜头对准所要拍摄的景物，该景物就通过透镜在摄象管的光敏靶上构成相应的影像。此过程与用照相机照相过程相似，只不过这里是用光敏靶代替了感光底片。而光敏靶是由半导体材料制成的，其工作原理类似于半导体光敏管。当投射在光敏靶上的影像各点光照强弱不同时（也就是亮度不同时），则各点呈现不同的电阻像素明亮的点，电阻较小；像素阴暗的点，电阻较大。这就是说光敏靶的功能是把一幅光学图像转换成一幅各点电阻大小不同的“电子图像”。光敏靶、电子枪、电源E、取样电阻R组成一个回路。当电子枪发射的电子束打到光敏靶上某
9、一点上时，由于该点受景物像素影响，而具有某一特定的电阻值。则电路中的电流i 大小就由该点的电阻和取样电阻R决定。实际上，就是由景物像素的明暗程度决定。当电子束从上到下、从左到右逐行依次对光敏靶进行扫描时，流过取样电阻R的电流i就随着光敏靶上各点的电阻而变化，在电阻R上形成的电压降也随着电流i而变化。把这个变化的电压信号取出来，就得到了景物的“电子化”的图像信号。从而实现了静止图像的光电信号的转换。电子束在光敏靶上顺序扫动过程，就是在依次顺序地进行图像像素的光电转换过程。从取样电阻上提取的信号就是图像像素顺序排列的电信号。从而实现了图像像素的顺序转换传送。实际上，把一幅图像（光形式）转换成电信号
10、，就是把画面上的像素转换成电信号。黑白图像：用电压的高低来代表图像像素的亮度。例如，低电压代表像素亮度低，该像素在屏幕上显示出来为黑。较低电压代表像素亮度较低，屏幕上显示为深灰色。高电压代表像素亮度高，屏幕上显示为白色。较高电压代表像素亮度较高，屏幕上显示为浅灰色。幅度居中的电压代表像素亮度适中，屏幕上显示为中灰色。2、 彩色静止图像的光一电转换彩色图像的每一个像素由三个成品字排列的R、G、B三基色点组成。需要三种电压来分别代表三种基色。所以，彩色图像内容是由三种电压来代表的。而在黑白图像中只需要一种电压来代表图像内容。就需要彩色摄像机来完成这个转换任务。黑白摄像机只能发出一束电子束。因而转换
11、所形成的图像信号只有一种。彩色摄像机能发出三束电子束。实现把彩色图像顺序转换成R、G、B三基色电压信号。3、 活动图像的光一电转换电影中运动的图像是以每秒放映24幅不同的静止图像来实现的。而且在放映每一幅静止图像中间，再进行一次遮光。因此实际上每秒向观众展示了48幅图像。只不过每两幅图像的内容是一样的。遮光的目的主要有两个：第一是消除人眼对所观看的图像的闪烁感和停顿感；第二是降低对设备的要求（减少电影胶片长度，降低放映机的工作速度等等）。电视传送活动图像，也采用了与电影类似的原理。每秒钟显示25帧（幅）图像（电视中一般把幅称为帧），但每帧图像又分为两场（次）显示；这样电视屏幕上的图像每秒钟将闪
12、烁（变化）50次。采用两场（次）显示的目的与电影中遮光的目的是一样的。电视机上显示的图像，通过接收电视信号，再实现电一光转换得到的。因此，电视机是顺序每秒显示25帧图像，那么，在转换传送时也要求是每秒转换传送25帧静止的图像。4、 电子扫描的实现这里有一个问题：要想使电子束对光敏靶进行从左到右、从上到下的顺序移动，就必须对电子束进行控制。那么怎样实现对电子枪发射出来的电子束的控制呢？我们知道磁场对电子束（电流）会产生引力，使电子束发生偏转。这个力在电工基础中被称为电磁力。其偏转原理如图4所示。 S 电子枪 N图4 电子束偏转原理示意图电子束偏转的方向符合右手定则（对于电子束而言，而对于电流则是
13、左手定则。这是因为电子束方向与电流的规定方向刚好相反）右手的食指、中指与大姆指成相互垂直状态，中指所指的代表电子束方向，食指所指代表磁场方向，则大姆指所指的就是电子束偏转方向。而且电子束的偏转角度大小与磁场强度成正比，磁场强度越大，电磁力就越大，则电子束偏转的角度就越大。所以，我们就可以在电子束发射方向用一个可控制的磁场来控制电子束的偏转及其角度。根据电磁原理，在一个铁芯上绕一段线圈，给线圈通电就可以产生磁场。而磁场的方向则符合右手螺旋定则右手大姆指与其它四指相互垂直，四指所指的方向为电线内的电流方向，则右手大姆指所指的方向就是磁场方向。且磁场强度与电流大小成正比。因此，我们只要控制电流的方向及大小，就可以控制磁场的方向及强度。从而控制电子束从左到右、从上到下地顺序扫动。电子束这种有规律的扫动称之为扫描。而产生磁场的线圈称之为偏转线圈。三、 图像的电一光转换1、 黑白图像的电一光转换电视机就是把以“电子化”的图像信号转换供人观看的光信号。图像的电光转换的工作由电视机的显像管
