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1、第二章 电视传像基本原理第二章 电视传像基本原理主要内容：主要内容： 电视系统的组成原理 电视扫描原理 电视图像的基本参量 视频图像信号电视系统的组成原理 电视扫描原理 电视图像的基本参量 视频图像信号电视系统的组成电视系统的组成显像摄像传输2-1 电视系统的组成原理电视系统的组成原理图像顺序传送原理：图像顺序传送原理：1。图像的数学表示法1。图像的数学表示法： 描述自然界彩色的的基本参量：亮度：亮度：L 色调色调：H 饱和度：饱和度：S (空间坐标空间坐标：x,y,z 时间：时间：t)活动黑白图像： 活动彩色图像：),(tzyxfLL=),(),(),(tzyxfStzyxfHtzyxfLS
2、HL=2。图像的顺序传送。图像的顺序传送1).像素1).像素 一幅平面图像，根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，总可以看成是由许许多多的小单元组成。在图像处理系统中，这些组成画面的细小单元称为像素一幅平面图像，根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，总可以看成是由许许多多的小单元组成。在图像处理系统中，这些组成画面的细小单元称为像素。像素越小，单位面积上的像素数目就越多，由其构成的图像就越清晰。像素越小，单位面积上的像素数目就越多，由其构成的图像就越清晰。 像素亮度既是空间函数，同时又是时间函数像素亮度既是空间函数，同时又是时间函数。2).图像帧：2).图像帧：电视系统中把构成一幅图像的各像素传送
3、一遍称为进行了一个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许多像素组成。（电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许多像素组成。（40多万） 3).并行传输并行传输 （无法实现）：（无法实现）：理论上讲，可同时把不同位置上具有不同亮度的像素转变成相应的电信号，再分别用各个相应信道把这些信号同时传送出去。理论上讲，可同时把不同位置上具有不同亮度的像素转变成相应的电信号，再分别用各个相应信道把这些信号同时传送出去。4).串行传输（实际应用）串行传输（实际应用）根据人的视觉惰性，可把组成一帧图像的各个像素的亮度按一定顺序一个一个地转换成相应的电信号并依次
4、传送出去，接收端再按同样顺序将各个电信号在对应位置上转变成具有相应亮度的像素。这种像素的串行传输具有两个特点：根据人的视觉惰性，可把组成一帧图像的各个像素的亮度按一定顺序一个一个地转换成相应的电信号并依次传送出去，接收端再按同样顺序将各个电信号在对应位置上转变成具有相应亮度的像素。这种像素的串行传输具有两个特点：第一是要求传送速度快。第一是要求传送速度快。只有传送迅速，传送时间小于视觉暂留时间，重现图像才会给人以连续无跳动的感觉；只有传送迅速，传送时间小于视觉暂留时间，重现图像才会给人以连续无跳动的感觉；第二是传送要准确。第二是传送要准确。每个像素一定要在轮到它传送时才被转换、传送，并被接收方
5、接收。且收、发双方每个像素被转换、还原的的几何位置要一一对应。即收发双方应同步工作，同步在电视系统中是十分重要的。每个像素一定要在轮到它传送时才被转换、传送，并被接收方接收。且收、发双方每个像素被转换、还原的的几何位置要一一对应。即收发双方应同步工作，同步在电视系统中是十分重要的。像素顺序传送示意图像素顺序传送示意图3。扫描。扫描 将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程（或逆过程）称为扫描。 扫描的过程和我们读书时视线从左到右、自上而下依次进行的过程类似。从左至右的扫描称为行扫描；自上而下的扫描称为帧将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程（或逆过程）称为扫描。 扫描的过程和我们
6、读书时视线从左到右、自上而下依次进行的过程类似。从左至右的扫描称为行扫描；自上而下的扫描称为帧(或场或场)扫描。电视系统中，扫描多是由电子枪进行的，通常称其为电子扫描。 通过电子扫描与光电转换，就可以把反映一幅图像亮度的空间与时间的函数，转换为只随时间变化的单值函数（电信号），从而实现平面图像的顺序传送扫描。电视系统中，扫描多是由电子枪进行的，通常称其为电子扫描。 通过电子扫描与光电转换，就可以把反映一幅图像亮度的空间与时间的函数，转换为只随时间变化的单值函数（电信号），从而实现平面图像的顺序传送 黑白图像： 彩色图像：)(tfLL=)()()(tfStfHtfLSHL=2-2 电视扫描原理2
7、-2 电视扫描原理 图像的分解与重现：图像的分解与重现： 将一幅图像上各像素光信号转变为相应顺序传送的电信号，以及将这些顺序传送的电信号再重新恢复为一幅重现图像的过程，都是通过电子扫描来实现的。将一幅图像上各像素光信号转变为相应顺序传送的电信号，以及将这些顺序传送的电信号再重新恢复为一幅重现图像的过程，都是通过电子扫描来实现的。 扫描：扫描：在电场和磁场作用下，电子束按照一定的规律的运动。在电场和磁场作用下，电子束按照一定的规律的运动。 光栅光栅： 电子束扫描轨迹的综合。： 电子束扫描轨迹的综合。一、扫描的分类：一、扫描的分类： 1.直线性扫描：直线性扫描：单向、匀速直线运动 2.非线性扫描：
8、非线性扫描：螺旋扫描、圆扫描二、逐行扫描二、逐行扫描 行扫描：行扫描：从左至右的扫描称从左至右的扫描称 场扫描：场扫描：自上而下的扫描称自上而下的扫描称 (或帧扫描或帧扫描) 逐行扫描：逐行扫描：指按图像几何位置的次序依次扫描 （自左向右、自上而下，一行紧接一行）指按图像几何位置的次序依次扫描 （自左向右、自上而下，一行紧接一行） 实现条件：在水平、垂直偏转线圈上，加有线性变化的锯齿波电流。实现条件：在水平、垂直偏转线圈上，加有线性变化的锯齿波电流。行扫描正程：行扫描正程：从左到右；行正程时间THt 行扫描逆程：行扫描逆程：从右到左；行逆程时间THr 行周期 ：行周期 ：TH = THt +T
9、Hr 行频：行频：fH =1/TH （每秒行数） 场扫描正程：场扫描正程：从上到下；场正程时间TV t 场扫描逆程：场扫描逆程：从下到上；场逆程时间TVr 场周期 ：场周期 ：TV = TV t + TVr 场频：场频：fV =1/TV （每秒行数）在逐行扫描中，场、帧（幅）是相等的逐行扫描中，场、帧（幅）是相等的fF =fV ffH =1/TH =1/(THt + THr )fV =1/TV=1/(TV t + TVr ) 电视系统中：THt THrTV t TVr行逆程系数：行逆程系数：=THr /TH （规定：18%） 场逆程系数：场逆程系数：= TVr /TV （规定： 8% ）在逐行
10、扫描中，实际扫描线是倾斜的。若每场含有z行（z为整数），当z增加时，扫描光栅的水平倾斜角减小而趋于平直；当z足够大时，人眼将分辨不出行扫描的光栅结构，而只能看到一个均匀发光的平面。 实现逐行扫描的条件实现逐行扫描的条件：TV =Z TH fH =Z f V 消隐消隐：逆程时，不传送信号，不显示（使电子束截止）逆程时，不传送信号，不显示（使电子束截止）三、隔行扫描三、隔行扫描隔行扫描：隔行扫描：在每帧扫描行数不变的情况下，将每帧图像分为两场来传送，这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送在每帧扫描行数不变的情况下，将每帧图像分为两场来传送，这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送1、3、l 5、奇数行；
11、偶数场传送奇数行；偶数场传送2、4、6、偶数行。世界各国都采用隔行扫描的扫描方式偶数行。世界各国都采用隔行扫描的扫描方式。 行频不等于场频的整数倍，则相邻场的光栅不能重迭，当fH 、 f V 满足一定条件时，相邻两场的光栅就能均匀相嵌，形成隔行扫描的光栅。 要求：要求： 1、相邻两帧的扫描光栅必须重合，每帧的扫描行数必须为整数； 2、相邻两场的扫描光栅必须均匀镶嵌，以获得最高的清晰度，为此，在各场扫描电流一致的情况下，每场扫描光栅必须包含半行，每帧的扫描行数必须为奇数。 fH =Z f F f F = f v fH =(n+ ) f v 隔行扫描 的意义隔行扫描 的意义在电视系统中、要使传送的
12、图像清晰，并具有活动、连续而又无闪烁感，则要求传送频率大于临界闪烁频率在电视系统中、要使传送的图像清晰，并具有活动、连续而又无闪烁感，则要求传送频率大于临界闪烁频率47Hz（人眼的临界闪烁频率与图像的亮度、对比度等因素有关）。即每秒传送（人眼的临界闪烁频率与图像的亮度、对比度等因素有关）。即每秒传送47场以上的图像。因此，我国电视制式规定，场扫描频率场以上的图像。因此，我国电视制式规定，场扫描频率fV 为为50 Hz，每帧图像的扫描行数为，每帧图像的扫描行数为625行。若采用逐行扫描的话，帧频与场频相等。理论分析可以得出，电视图像信号的最高频率约为行。若采用逐行扫描的话，帧频与场频相等。理论分
13、析可以得出，电视图像信号的最高频率约为1112MMz，可见视频信号带宽将相当宽。要传送频谱这样宽的信号，不但会使设备复杂化，而且使在规定的可供电视系统使用的频段内可容纳的电视频道数目减少。如若为了减少带宽而降低场频，将会导致重现图像的闪烁；减少每场扫描行数，又会降低图像的清晰度。可见逐行扫描是无法解决带宽与闪烁感及清晰度的矛盾。因而提出了既可克服闪烁感，又不增加图像信号带宽的隔行扫描方式。 在我国隔行扫描每秒传送50场，即场频，可见视频信号带宽将相当宽。要传送频谱这样宽的信号，不但会使设备复杂化，而且使在规定的可供电视系统使用的频段内可容纳的电视频道数目减少。如若为了减少带宽而降低场频，将会导
14、致重现图像的闪烁；减少每场扫描行数，又会降低图像的清晰度。可见逐行扫描是无法解决带宽与闪烁感及清晰度的矛盾。因而提出了既可克服闪烁感，又不增加图像信号带宽的隔行扫描方式。 在我国隔行扫描每秒传送50场，即场频fV 为50Hz ，因而将有效地降低闪烁感，帧频却为25Hz，隔行扫描即减小了闪烁感，并使图像信号的带宽仅为逐行扫描的一半，大约为为50Hz ，因而将有效地降低闪烁感，帧频却为25Hz，隔行扫描即减小了闪烁感，并使图像信号的带宽仅为逐行扫描的一半，大约为5.5MHz左右，所以我国规定视频信号带宽按照左右，所以我国规定视频信号带宽按照6MHz分析计算。分析计算。隔行扫描的优缺点隔行扫描的优缺
15、点 隔行扫描的优点：隔行扫描的优点：1、解决了频带与清晰度的矛盾；2、电视设备简化； 隔行扫描的缺点： 1、隔行扫描的缺点： 1、产生并行现象：真实并行、视在并行； 2、2、行间闪烁效应； 3、3、垂直边沿锯齿化；四、黑白全电视信号的组成黑白全电视信号的组成1 、图像信号：1 、图像信号：CCD传感器的每个像素的输出波形只在一部分时间内是图像信号，其余时间内是复位电平和干扰。为了取出图像信号并消除干扰，要采用取样保持电路。每个像素信号被取样后，就用一个电容把信号保持下来，直到取样下一个像素信号。图像信号电压的高低反映了实际景物的亮度。图像内容是随机的，相应的电压波形也是随机的。如果摄取一幅从白到黑有10个灰度等级的竖条图像，每行产生的图像信号电压波形就是从低到高十个阶梯。纯白对应的电平最低，全黑对应的电平最高。这种信号电平与图像亮度成反比的图像信号称为负极性图像信号。反之，信号电平与图像亮度成正比的图像信号称为正极性图像信号。CCD传感器的每个像素的输出波形只在一部分时间内是图像信号，其余时间内是复位电平和干扰。为了取出图像信号并消除干扰，要采用取样保持电路。每个像素信号被取样后，就用一个电容把信号保持下来，直到取样下一个像素信号。图像信号电压的高低反映了实际景物的亮度。图像内容是随机的，相应的电压波形也是随机的。如果摄取一幅从白到黑有10个灰度等级的竖条图像，
