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1、第一章 电视基础知识,电视：用电子学的方法传送和重现活动图像的技术 。,1-1电子扫描,问题：怎样将图像信息变成电信号？,1.1.1 像素的概念,将一幅图像分解为许多细小的局部单元，将这种小单元称为像素。即图像由像素排列而成，人眼通过像素之间视觉感受的差异来分辨图像信息。,像素：组成一幅图像的基本单元，没有内部结构，只有 确定的亮度和颜色。,例：图像与像素,实物的像素趋于无穷小。,一幅图像的像素为有限大，有限多。,一帧图像：,一幅平面图像上所有像素的集合。,图像的像素越小，像素密度越大，图像清晰度越高，包含的信息量越多。可见，像素的概念可描述图像所载的信息量。,静止平面图像：,每个像素的视觉特
2、征（亮度和色彩）不随时间变化，只与其所在的空间位置有关，可表示为二维空间函数：,活动平面图像：每个像素的视觉特征都可随时间变化，即,静止图像的传送：,传送过程中，两边的开关必须密切配合。,按顺序将所有像素的特征信息传送一遍,上述传送图像的方法称为“扫描”,活动图像的传送：,为使传送的信号能不失真地还原出原图像，要求1/T 大于像素变化最大频率的2倍（奈奎斯特定理）。,要控制每个像素独立地随时间变化是很困难的，因为不可能对每一个像素建立一个信号传送通道。如果每一个像素有一个信号传送通道，每个通道需要有一套转换和还原系统。,如果采用扫描抽样的方式获得图像信息，就可以只用一个信号通道，如果要求信息不
3、损失地传送，在抽样时就需要满足“奈奎斯特定理”。如果传送一帧的时间为 T，则 T 为对一个像素信号的“抽样时间”。,抽样和扫描传送的图像具有间断性，而实际要求在图像还原时是连续变化的。,根据人眼特性进行的传送方案,人眼对亮度感觉的出现和消失有一个滞后时间（暂留时间），约0.05s 0.2s，只要两幅间断图像的间隔时间小于这个时间，人眼就会感到画面是连续的，变化的也是连续的，不会有间断的感觉。,因此抽样时间 T 可由暂留时间来确定，而不用奈奎斯特定理。,视觉惰性：,只要按扫描的顺序还原每个像素，只要抽样速度足够快，人眼就能感觉到正常的活动图像。,活动图像还原的真实感,当图像变化过快时，人眼对快速
4、变化图像细节的分辨能力下降，人眼看到的是不清晰的图像。如果按奎斯特定理传送完整的图像信息，人眼看到的图像仍是不清晰的。 因此，当图像变化过快时，在抽样时间不变时，信息的传送率下降，故信息传送虽不完整，但并不对视觉的真实感产生影响。,1.1.2 光电与电光变换,1、摄像管与光电转换,摄像管：是将光信号转换成电信号的器件，由光学 成像系统、光电靶、电子扫描系统组成。,电源 E、负载 R、光电靶、电子束、阴极形成一个回路，光电靶相当于一个电阻，其大小与电子束打击处的光照强度有关。,阴极射线管Cathode Ray Tube (CRT),2、显像管与电光转换,显像管：是将电信号还原成图像信号的器件，由
5、电子枪、荧 光屏、电子偏转扫描系统组成。,显像管因电子束打击荧光粉而发光。,电子束的强弱由图像电信号控制，打到荧光屏上发出可见光，电子束的扫描由偏转系统控制，并与摄像管的扫描同步。,1.1.3 电子扫描,电子束偏转控制器：偏转线圈,行(水平)偏转：使电子束在水平方向上往复运动。,场(竖直)偏转：使电子束在竖直方向上往复运动。,行偏转线圈：产生竖直方向的磁场线，线圈中电流用iH 表示，电子束偏转的大小由iH的大小决定。,场偏转线圈：产生水平方向的磁场线，线圈中电流用iV 表示，电子束偏转的大小由iV的大小决定。,扫描线圈,行偏转线圈,场偏转线圈,磁场,当 iH0、iV = 0 时，只有一条水平亮
6、线 ( iH在一定范围内变化),当 iH =0、iV 0时，只有一条竖直亮线 ( iV在一定范围内变化),当 iH 0、iV 0时，则产生一行行的扫描线光栅。,扫描光栅,1、逐行扫描,扫描行的顺序与像素行的顺序相同。扫描电流波形为锯齿波。,电子扫描规定和要求,1、图像在扫描正程期间显示，在逆程期间，电子束截止，没有电子打到荧光屏上。,2、THS THR，TVS TVR,3、扫描电流波形的正程要求为直线,当扫描正程波形不是直线时，将产生图像的失真，称为非线性失真。,4、当扫描电流幅度不足时，将产生图像的压缩失真。,非线性失真,无失真,失真,压缩失真,行扫描电流幅度小,场扫描电流幅度小,2、闪烁效
7、应,实验指出，当传送图像画面的频率低于 46.8HZ时，人眼会感到画面的亮度是闪烁的。,为了克服闪烁效应，电影将 24 帧/秒的每一帧连续出现两次，使画面的频率变为 48幅 / 秒，从而消除了闪烁。,电视为了克服闪烁效应，将场扫描频率提高到50Hz以上。这对逐行扫描将带来较大的问题。,3、一帧电视图像的像素,人眼在垂直方向上视觉的范围约为30，但清晰的区域只有15。因此屏幕的高度应与人眼的夹角为15，屏幕距人眼的距离约为屏幕高度的45倍。,正常人的眼睛最小分辨角为(视敏角)12，因此人眼能分辩的最大行数为,我国电视规定：每帧扫描625行,每帧扫描有575行在场扫描的正程中，50行在逆程中。,按
8、屏幕宽高比为 4 / 3 计算，一帧的像素为：,575 575 4/3 = 44104 个,4、 图像信号带宽,我国电视规定：为克服闪烁效应，每秒扫描 50 场,设图像为最细的棋盘格，即像素按黑白相间排列，则图像电信号的最高频率为：,44104 50 / 2 =11MHZ,即如果用 50帧 / 秒，则需要11MHZ的频率带宽。将产生两个方面的问题：设备复杂；频率资源利用率低。,如果电视的拍摄是25帧/秒，要让模拟电视信号每一帧重复一次是很困难的。,棋盘格图像信号,信号波形,理想波形 实际波形,两个像素占一个周期T,5、 隔行扫描,隔行扫描：将每帧扫描分为两场，第一场扫描像素的奇数行；第二场扫描
9、像素的偶数行。则每一场扫描312.5行。,场扫描频率仍为50HZ，因每场扫描行数减少一半，故电信号的频率可降低一半，使得最高频率为5.5 MHZ，我国规定为 6 MHZ。,(1) 行扫描频率,隔行扫描使一帧图像分为两场传送，也分两场显示(重现)，则行扫描频率为,fH = 62525 = 312.550 =15625 HZ,(2) 奇数行扫描,隔行扫描要求两场的扫描线要均匀嵌套，给具体的电子扫描增加了复杂性，因此要求：每帧的行数为奇数。,设一帧为5行，每场2.5行,奇数场和偶数场的场扫描电流波形相同。,(3) 偶数行扫描,设一帧为6行，每场3行,奇数场和偶数场的场扫描电流波形不一样。要产生这样的
10、电流波形是困难的，因此每帧扫描行数不采用偶数行。,(4) 扫描参量,我国电视规定：,行周期：TH=64s，正程THS=52s，逆程THR=12s；,场周期：TV=20ms，正程THS=18.4ms，逆程THR=1.6ms；,每帧625行，正程575行，逆程50行。,每场312.5行，正程287.5行，逆程25行。,1-2 黑白全电视信号,全电视信号：,主体信号图像信号,辅助信号复合同步信号、复合消隐信号、槽脉冲信号,1.2.1 主体信号图像信号,1、图像信号及其特征,图像信号：从摄像管获得的电信号亮度信号,灰度：介于黑白之间的亮度层次。,规定：亮度信号在全电视信号最大幅度的10%75%之间。,
11、亮度信号,亮度信号的特征：,(1) 含直流、单极性,(2) 相邻两行或相邻两帧信号有很强的相关性。,2、光度学基本概念,(1) 光辐射功率,设有一个光源，在波长为附近单位波长范围内的辐射功率为 ，则在+d内的辐射功率为 ，总辐射功率为,在E 的大小一定的情况下，人眼感觉到的亮度并不确定。E 是一个与人眼特性无关的量。,人眼对光源的明亮感觉还与光源的能量分布在那些波长范围有关。人眼只有在可见光范围内才有“亮度”感觉。,(2) 光见度函数(),人眼对不同波长光波的灵敏度函数。,在辐射功率相同的情况下，设人眼最敏感的，波长为555 nm 的黄绿色光的敏感度为100%，用其余波长的敏感度与555 nm
12、 的黄绿色光的敏感度的比率得出()。,在人眼中有两种感光细胞：,杆状(圆柱)细胞：灵敏度高，用于感受弱光，无色彩感觉 锥状(圆锥)细胞：灵敏度低，用于感受强光，有色彩感觉 因此相对视敏曲线有两条，分别对应明暗视觉。用()表示光见度函数，则有 0()1。,(3) 光通量 F,定义：,为光波长在+d内的光通量(光辐射通量) ，总光通量为,为光波长在+d内的辐射功率,光通量的单位：,流明（lumen, lm）,对可见光以外的电磁波，无论辐射功率有多大，光通量都为零。光通量与人眼的特性有关，相同的光通量表示视觉的亮度感觉相同。因此，可用光通量对可见光的亮度进行计量。,当=555nm时，F= E， 是比
13、率常数。当辐射功率E的单位为 “瓦特” 时， = 685。因此对单一波长的光有,F = 685 () E,（当 = 555 nm 时，1W = 685 lm）,(4) 发光强度 I,对一点光源，设其在某一方向上 d 立体角内的光通量为 dF，则,定义：,称为该方向上的发光强度,发光强度的单位为：坎得拉（candela、烛光、cd）,1cd = 1 lm / rad,是光度学中的基本单位。,最初规定：将鲸鱼油制成直径7/8英寸，1/6磅，点燃后，每小时消耗 0.01714 磅时，在某一方向的发光强度为 1 个单位，称为 1 烛光，这样的蜡烛称为标准烛。后来改用标准电灯，在1967年规定了用铂制成
14、的绝对黑体在 2042K 和101.325帕大气压下，面积为1.6667106m2，在法线方向上的发光强度为1 cd。,(5) 亮度 B,对一面光源，单位面积在与法线为 角的方向上的发光强度为：,称为发光亮度,亮度的单位：,尼特(nit) 1nit=1cd/m2,熙提(stilb) 1sb=1cd/cm2,当B与 cos 无关时，称为余弦辐射体。余弦辐射体从各方向上看来都是一样的亮。太阳看起来是一个圆盘，而不是一个球体，说明太阳的边缘与中心一样的亮，所以太阳是一个余弦辐射体。,(6) 照度：落到单位面积上的光通量称为照度,定义：,称为照度。,照度的单位；勒克斯(lux) 1 lux=1 lm/
15、m2,教室的照度要求是20100 lux。,(7) 一些自然数据,在地球大气层外看到的太阳 1.9109 nit 在地面看到的太阳 1.5109 nit 超高压水银灯(人造小太阳) 1.2109 nit 钨白炽灯 (0.51.5)107 nit 距太阳为75角的明朗天空 1.5103 nit 阳光照明的白雪 3104 nit 地球上所看到满月的表面 2.5103 nit 无月的夜空 104 nit 人眼感觉最弱的发光物 106 nit 一般CRT电视所能达到的亮度 300 nit,例：氦氖激光的亮度,波长 = 632.8 nm，功率 E =102W，发散角 = 1 m rad,由视敏曲线得 ()=0.24，光束直径 d =1 mm,光通量： F=6850.24 102 =1.644 lm,发光强度：I = F/ = 1.644 / ( 2 ) = 52.3 104 cd,发光亮度：B = I / S = 52.3 104 / (0.25d 2) = 6.66 1011nit,B 是地面上看到太阳亮度的 444 倍。,3、图像信号的基本参量,图像亮度：一幅图像的平均亮度，由图像电信号的直流成分决定。只要改变图像电信号的直流成分，就可以改变电视的亮度。因此，电视机有一个亮度调整。,对比度：在一幅图
