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1、第二章 视觉和电视显示基本原理,显示器显示的信息是供人眼观看的，人的眼睛是人类视觉系统的重要组成部分，它是很复杂的器官。人眼的生理特性对制订显示规范有很大的影响。,视觉信息的产生 图像处理的许多目标，最终要通过人眼来判断所处理的结果。有必要研究人类视觉系统的特点，并研究它的等效数学物理模型。,中央凹,一.人类视觉构造,人眼的外形接近于球形，是一个直径为24mm的球状体，眼球壁由巩膜、脉络膜和视网膜组成。角膜、巩膜；(在眼球壁最外一层，呈白色，是眼球的保护层。巩膜前面1/6的透明部分叫角，光线从角膜射入眼内。)脉络膜（有丰富血管和色素，起输送养料作用）、睫状肌）、虹膜（脉络膜最前面的环形部分）视
2、网膜(第三层为视网膜,约占眼球内表面的2/3)黄斑中央凹锥体细胞明视觉细胞杆体细胞暗视觉细胞,人 眼,1.巩膜：白色坚韧,厚0.40.8mm,2.角膜：透明，R:8mm,14.视神经,3.脉络膜：黑色不透光,8.前房液水状体:淡盐溶液,折射率1.337,9.后房液玻璃体:含大量水份胶状物,折射率1.336,4.虹膜：带色的彩带,5.瞳孔：直径：1.48mm,6.水晶体眼珠,折射率为1.42的胶状物,前后曲面半径:10mm,6mm,7.睫状肌,10.视网膜:视神经网,11.盲点:不引起视觉,12.黄斑点直径:2mm,13.中央窝:最敏感直径0.25mm,视觉特性 人眼的视网膜上有大量的光敏细胞，
3、按其形状可分为杆状细胞和锥状细胞。这两种细胞在视觉特性上有着不同的性能和作用，两者给出的视觉效应是不一样的。杆状细胞的感光灵敏度很高，在低照度时，主要靠它分辨明暗，但对彩色不敏感。杆状细胞从中央凹开始向四周慢慢减少，体积大，约有75,000,000150,000,000个，分布面大且几个到几十个柱细胞连到同一个神经末梢，使得分辨率比较低；主要提供视野的整体视象，不感受颜色并对低照度较敏感，形成具有高灵敏度的无色觉功能的暗视觉。例如在日光下鲜艳的彩色物体在月光下变得像无色的，就是由于只有柱细胞在工作。锥状细胞感光灵敏度较低，在微弱的光线下不起作用，但在光线较为明亮时既能感知各种明暗层次又能辨别出
4、光的颜色。锥状细胞主要分布在视网膜的中央凹，体积小，排列密度很高，每个眼内约有6,000,000,000,000个锥细胞，一个锥状细胞就连接一个神经末梢,感光灵敏度低，对颜色很敏感。锥细胞视觉称为明视觉或亮光视觉。(动物有些只有一种感光细胞)电视画面都是在有一定亮度的环境下拍摄的，屏幕上呈现的图像也有相当的亮度。所以，在电视系统中只需考虑锥状细胞的视觉特性即可。,明适应与暗适应暗适应：人眼从光亮中进入到暗室时，在最初的瞬间什么都看不见，逐渐地才适应了黑暗，从而区分出周围物体的轮廓,在最初的5-10min内杆状细胞和锥状细胞一起暗适应,但后者更快适应。前者的感受度增加的更高，杆状细胞感受度增加可
5、达几十万倍。明适应：由暗环境到亮环境的过程,眼的感受度降低;包括两种基本过程：瞳孔大小的变化和视网膜感光化学物质的变化。主要机制是视觉的双重作用，即在黑暗中由中央视网膜转化为边缘视网膜的作用。视觉的暗适应程度是与视紫红质的合成程度相对应。视紫红质是杆状细胞内的一种化学物质，在爆光时便被破坏褪色；,二、视觉灵敏度 同一波长的光，当其强度不同时，给人的亮度感觉是不同的，相同强度而波长不同的光，给人的亮度感觉也是不同的,即不同的色光具有不同的感受性。人眼的灵敏度因人而异，通过对大量视力正常者的实验统计，可得到如 图1-3 相对视敏函数曲线所示的相对视敏函数曲线。由图可见，在亮视觉下，当辐射功率相同时
6、，人眼感觉555nm的草绿光最亮，波长自555nm起向左和向右逐渐减小和增大时，亮度感觉逐渐下降。,图1-3 相对视敏函数曲线,三、人眼的色度视觉 视觉三色原理的假设：锥状细胞分为三类,分别称为红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞，它们分别只对红色、绿色和蓝色光谱能量的刺激产生视觉反映。三种细胞对可见光的反应灵敏度曲线如下图三种锥状细胞的相对视敏函数曲线所示。图中的峰值分别出现在580nm，540nm和440nm处。不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的，产生的彩色视觉各异，人眼因此能分辨出五光十色的颜色。电视技术利用这一原理，在图像复现过程中，不是重现原来景物的光谱分布，而是利用3种相似于红、绿、蓝
7、锥状细胞特性的3种光源进行配色，在色感上得到相同的效果。,四、人眼的分辨力,人眼在感知外界景物时，并非景物的所有信息都能被看到，在一定距离之外，景物中一些过小、过细的内容就无法被觉察。这说明人眼分辨景物细节的能力是有限的。人眼分辨景物细节的能力称为分辨力，用分辨角的倒数来定义。分辨角，是指在被观察物体上，人眼能分辨出的最近两个相邻点对眼睛形成的张角。测试方法如 图1-4 人眼的分辨力 所示，图中设人眼刚能分辨出白色屏幕上的两个黑点a和b，这时a和b之间的距离为d，a和b对眼睛形成的张角为，则 就是分辨角。分辨角越小，说明人眼的分辨力越高，也即视力越好。,图1-4 人眼的分辨力,（1）分辨力很大
8、程度上取决于景物细节的亮度和对比度（最大亮度和最小亮度的比值）。亮度过低或过高，视力下降；细节对比度越小，也越不易分辨。（2）人眼对彩色细节的分辨力要远低于对黑白细节的分辨力。根据这一特性，在彩色电视中只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节，以减少色信号的带宽，这就是大面积着色原理的依据。,视敏度和细节视觉,视角：对象与眼睛所形成的张角。,V=1/,视敏度V:指分辨物体细节和轮廓的能力，通常以找出两条线间的最小间隔来说明。,通常以分（）表示,观察距离亮度对比度 V,V,V,五、视觉惰性与闪烁感觉,1.视觉惰性 人的视觉对外界光刺激的响应有一定的延时。当一定强度的光突然作用于人眼时，需要经过一定的
9、时间才能形成一个稳定的主观亮度感觉；当光消失以后，亮度感觉也不是瞬间消失，而是要经过一段时间之后才能消失，对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0.05至0.2秒。也就是说，视觉的建立和消失都有一定的惰性，我们称之为视觉惰性，如 图1-6 视觉惰性 所示。,图1-6 视觉惰性,视觉惰性，是现代电影和电视的基础。电影和电视都是将一幅幅静止的画面以一定的频率在银幕或屏幕上轮流显现出来，只要静止画面在显现时每两幅之间的时间间隔小于视觉暂留时间（约0.1s)，这时人眼观看的虽然是一连串的静止画面，但前一幅画面的印象尚未消失，后一幅画面的印象又开始建立，前后画面在视觉上融合衔接在一起，因此人眼感觉到画面
10、不是断续出现而是连续出现的。视觉残留受如下因素影响：1，发光物体的光强；2，刺激光的作用时间；3，不同色光的刺激。其中黄 光的后像消失得最快。,2.闪烁感觉 对于周期性的脉冲光源，人眼还有一个称之为闪烁感觉的特性。也就是说，当脉冲光源的重复频率不太高时，人眼会跟随光源的变化产生一明一暗的感觉，即闪烁感觉。脉冲光源的重复频率提高时，这种闪烁感觉会随之减轻(是有视觉残留引起)。当重复频率提高到一定值后，闪烁感觉可完全消失，这时人眼感觉到的不是一闪一闪的脉冲光源，而是亮度恒定的不闪烁光源。不引起视觉闪烁感的光源最低重复频率通常称为临界闪烁频率（CFF）。由经验公式得到，人眼的临界闪烁频率约为46Hz
11、。（但这与光强度有关，光暗时，临界闪烁频率也会低很多）电视机屏幕在显示画面时相当于脉冲光源，因此其重复频率必须大于临界闪烁频率才能使观众不产生闪烁感。不过，电视系统的换帧（幅）频率只有25(30)Hz，为了克服闪烁感，电视系统采用了隔行扫描的方式，将一帧（幅）画面分成两场。这样一来，在不改变换帧频率的情况下，屏幕上画面的呈现频率提高了一倍，变为50(60)Hz，大于46Hz的临界闪烁频率。现代电视技术通常在电视机中采用特殊技术，如场频加倍技术等，将屏幕闪烁频率提高到100Hz，这时基本上可完全克服闪烁感。,当周期光信号的频率高于CFF时,其视亮度I为:,L(t)为周期变化光的实际亮度,眼睛感觉
12、到的是周期性变化光亮度的平均值。,CFF和光强的关系：,n:临界频率，I:光强，a，b是两个参数,CFF受许多因素影响,现分别介绍如下：,1.刺激的强度，微光时低于10Hz，高亮度（1000cd/m2)可高达4560Hz渐进值。,2.刺激的面积，小面积的CFF比大面积的CFF低，两者也是对数关系。,A代表面积，c，d为两个参数,3.视网膜的不同部位，中凹处的CFF较高。,4.不同背景光及不同的刺激色光。,白光的最大CFF值大于其他色光的相应数值；绿光的CFF值大于红，蓝光的相应数值。白光在蓝光背景上CFF最高，红光背景上中等，绿光背景上最低。,5.CFF还与年龄、疲劳、缺氧和其他感官剌激有关。
13、,六.光度学基础,光通量,发光强度,照度,亮度等是光度学的主要参量,最早由朗伯建立;并提出它们之间的数学关系,形成光度学的主要定律,（1）光通量 一般的通量指在单位时间内通过一定面积的能量流，在光度学中,光通量被定义为能够被人的视觉神经所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量(可见,只指可见光部分),显然，光通量将不可见光（红外线，紫外线）排除在外，而且在数量上也并不等于看得见的那部分光辐射功率值。光通量符号为，单位为流明（lm）。根据光辐射通量()单位波长间隔内光的实际功率，由下式可确定光通量：式中V()为光谱光视光效函数(明视觉函数)，Km为一个转换常数,也称为光功当量,它是辐射的光谱光视效
14、能的最大值，其值为6381lm/W(m=555nm)。这是一个国际协议值;它表示在人眼视觉系统最敏感的波长(555nm)上,每瓦光功率相应的流明(lm)数,也称此数为1光瓦;,由此可见，光通量的大小反映了一个光源所发出的光辐射能所引起的人眼光亮感觉的能力。,40W钨丝灯泡所输出的光通量468 lm，40W日光灯可达2100 lm,我们用每瓦流明数来表达一个光源或一个显示器的光效率。单位lm/w,日光灯的光效率就比钨丝灯泡的光效率高;PDP比CRT的低很多;,2）发光强度：光源在给定方向上的一个很小的立体角元d内所包含的光通量d除以该立体角之商，即为光源在此方向上的发光强度 I=d/d 单位为坎
15、德拉（cd），1cd=1lm/sr。一般光源在各个方向上的发光强度不是均匀分布的，按发光强度的实际分布以及坐标画出分布曲线。,某一方向上的发光强度,3）亮度：光源发光表面上某一点处的亮度是该面元dS在给定观察方向上的发光强度除以该面元在垂直于给定方向的平面上的正投影面积之商，即，单位为坎德拉每平方米（cd/m2），可见，它是单位面积上的发光强度。为这个面的法线方向与观察方向所成之角；,亮度还可用来描述光路的任一截面 如果有一个面积为A的均匀发光面，它在某一方向上的亮度为L，则它在这个方向上的发光强度I应为：I LA cos 是该发光面的法线与所指定方向的夹角;,如果这个面光源的亮度在各个方向上
16、都相等,则L=L=常数。这时上式可变为:,I LA cos,令 I0LA 表示该面光源法线方向上的发光强度,则 I I0cos 朗伯定律,它表示一个亮度在各个方向上都相等的发光面，在某一方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度I0乘以方向角的余弦。这样的发光面称为朗伯发射面，也叫均匀漫射面。,4）照度：表面上一点的照度是入射在包括该点面元上的光通量d除以该面元面积dA之商。即：E=d/dA 单位为勒克斯（lx），1lx=1lm/m2。曝光量 H=Et（勒克斯秒）对于点光源，若在某一方向上的发光强度为I，那么在该方向上离开光源的距离为r处的照度E=I/r2。照度与离开光源的距离平方成反比。
17、（见下页）,例：设有一个发光强度为I cd的点光源,若以此点光源为球心作一个半径为R的球面,求球面上的照度。,dA,这就是照度的距离平方反比定律。,5.出光度 单位面积上发出的光通量；如：朗伯发射面积为：A 出光度：M=/A单位：lm/m2注意：出光度与照度量纲一样，但物理意义完全不同,光度学中常用参量表,七.色度学概论,光是一种频率的电磁波，可见光的波长范围是：m 不同的波长对应着不同的颜色红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 630 600 570 500 450 430 380 780 630 600 570 500 450 430 从一种颜色,到另一种颜色,实际上是渐变的,颜色波长的变化也不均匀
18、;,可见光谱:,可见,太阳光不是一种单色光,而是由许多色光混合组成。混合光，随着各种波长光量的比例不同而显现出不同的颜色！短波的光能量较多时便呈现蓝色，长波的光能量较多时呈现红色。可见光谱的每一部分都有它自己唯一的值，它被称之为颜色。理论上可以有无数种颜色，但人眼能区别的颜色是有限的。人眼有把多种颜色相混合的能力,可把多种波长的光相混呈一种颜色。人眼看到的颜色实际上是由多种颜色相混后的结果。物体的颜色是由光线在物体上被反射和吸收的情况决定的！为何有些花看起来是红色？人们在灯光下观看颜色时，会受到光源影响：绿草在钠灯下看不出是绿色，不论什么颜色的物体在月光下看都带青绿色彩。,前面谈到的是非自发光
19、的物体色,称为表面色。另外还有自发光体色,称为光源色。光源色主要由光源色温决定,色温高,色光偏蓝色;色温低,色光偏红色。色温并不是指颜色的温度,而是指一个光源的颜色与黑体加热到某温度时所发生的光色相同,这个光源的色温便是该温度。例如，白色荧光灯的颜色与加热到4500k时所发生的光色相同，称这种灯的色温为4500k,颜色分：非彩色，彩色非彩色：黑,白和这两者之间深浅不同的灰色;白黑系列由白色渐渐到浅灰，再到中灰，再到深灰，直到黑色。(反射率越高时,越接近白色)纯白是理想的完全反射的物体，其光反射率等于1；纯黑是理想的无反射的物体，其光反射率等于0。愈接近白色，明度愈高，反之，愈接近黑色，明度愈低
20、。,描述彩色光基本特性的概念,色彩的三属性：色调、饱和度、明度 色调：色别、色的相貌。如：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 色调主要决定于光的波长。饱和度（彩度）：色彩的纯洁程度,是颜色色调的表现程度,主要决定于物体反射率光谱选择性。颜色中加白光越多,其饱和度越小;,三个基本特性（色调，明度，饱和度）,色调是指在物体反射的光线中以哪种波长占优势来决定的,不同波长产生不同颜色的感觉。反映颜色的类别,R,G,B,饱和度是指一个颜色的鲜明程度，是颜色色调的表现程度。颜色纯度的人眼的主观评价 色调和饱和度统称色度,明度(亮度)是指刺激物的强度作用于眼睛所发生的效应,它的大小是由物体反射系数来决定的。是指色彩
21、的明暗、深浅程度(黄色调的明度最高，紫色调的明度最低),黑,白,红,橙,黄,绿,蓝,紫,绿黄,蓝绿,明度,明度,饱和度,色调,颜色立体图,色相环,加法混色,1.同时加色法:对于光谱中的每一种色光,都可以找出另一种按一定比例与它混合得到一种白光的色光,这一色光称为补色;如:红与青,绿与紫,蓝与黄都互为补色;光谱中的色光混合是一个加色法,所有色光都可以用红,绿,蓝三基色以一定的比例混合而成,色光三原色加色法的结果可以用下列公式表示:红色+绿色=黄色 红色+蓝色=紫色 蓝色+绿色=青色 红色+蓝色+绿色=白色,红,蓝,紫,绿,白,青,黄,加法混色,2.继时加色法 利用了视觉惰性特点;将两种以上的颜色
22、刺激以40到50HZ以上的交替频率作用于视网膜,就形成混色刺激状态,这就是继时混色(或:时间混色),3.空间混色 当红绿蓝三基色靠的很近时,近到人眼不能分辨时,这三点就在人眼中产生混色效应;彩色电视机显现出的颜色,就是空间加色法的最好应用实例!,减法混色,生活中,表面物体的颜色是表面物体的颜料吸收了一定波长的光线以后所余下的光线的色调;所以,色料的混色,是减法混色!减色法的三原色是:黄,品红,青(注意:它们正好是加色法的补色),固有色（表面色）物体在日光照明下所反射出来的色，色彩（颜色）是主观量而非客观量。,人眼+光+反射（吸收）,物 体,光,色料混合,色觉理论,1.三色说 其假设视网膜存在三
23、种感应器，分别含有对红绿蓝敏感的视色素。这一学说可以很好的解释前面的色混合现象，但不能解释色盲现象；(如:红绿色盲者,不应该看到黄,实际是可看到黄色的)2 四色说 是基于颜色是成对这一视觉现象出发（黑-白视素，红-绿视素，黄-蓝视素）它可以解释色盲，但不能解释重要的颜色混合规律3 阶段说 同意了以上三色说和四色说,格拉斯曼色彩混合定律,1.人的视觉只能分辨色彩的三种变化：明度、色调、饱和度2.在由两个成分组成的混合色中，如果一个成分连续地变化，混合色的外貌也连续地变化。补色律：每一种色彩都有一个相应的补色。如果某一色彩与其补色以适当比例混合，便产生白色或灰色；如果二者按其他比例混合，便产生近似
24、比重大的色彩成分的非饱和色。中间色律：任何两个非补色相混合，便产生中间色，其色调决定于两色彩的相对数量，其饱和度决定于二者在色调顺序上的远近。,3.色彩外貌相同的光，不管它们的光谱组成是否样，在色彩混合中具有相同的效果。换言之，凡是在视觉上相同的色彩都是等效的。代替律：相似色混合后仍相似。如果色彩A=色彩B，色彩C=色彩D，那么:色彩A+色彩C=色彩B+色彩D,代替律表明:只要在感觉上色彩是相似的，便可以互相代替，所得的视觉效果是同样的。设A+B=C，而 B=X+Y，那么A+(X+Y)=C。这个由代替而产生的混合色与原来的混合色在视觉上具有相同的效果。根据代替津，可利用色彩混合方法来产生或代替
25、某种所需要的色彩。色彩混合的代替律是一条非常重要的定律，现代色度学就是建立在这一定律基础上的。4.混合色的总亮度等于组成混合色的各色彩光亮度的总和。这一定律叫做亮度相加律。上面所说的格拉斯曼色彩混合定律是色度学的一般规律，适用于各种色彩光的相加混合。但这些规律不适用于染料或涂料的混合。,人眼对颜色的辨别能力,1.对色调的辨别 在饱和度最大及亮度不变的情况下,人眼在494nm和585nm最敏感,而对可见光谱的两段波长不敏感,(如图P32,2-12),人眼大概可分辨128种色调;2.对饱和度的辨别 对黄色的饱和度只能分4级,对红及紫的饱和度达20级以上(图2-13)大概有600种的亮度 可见,人眼
26、总的对颜色的辨别理论上大概是:128*10(平均色饱和度级)*600 约100万种 但考虑到在饱和度明显减少和亮度特别增大及缩小时,人眼对色调的辨别大大降低,所以实际人眼辨别的颜色大概就1万多种;,八.色度图 现代色度学采用国际照明委员会(简称CIE)所规定的一套颜色测量原理、数据和计算方法，称为CIE标准色度学系统。此系统是以两组现代色度学的基本视觉实验数据为基础的。CIE l931标准色度观察者光谱三刺激值，适于1o4o视场的颜色测量；CIE l964补充标准观察者光谱三刺激值，适于大于4o视场的颜色测量。并且CIE规定必须在明视觉条件下使用这两组标准观察者的数据。,用配色实验建立物理三基
27、色计色系统(RGB系统)根据三色说:要配出各种颜色,配色方程：F=rR+gG+bB,r,g,b为三色相对系数(这里已经根据色度与亮度无关,把系数归一化了)1931年,国际照明委员会(简称CIE)规定700 nm的红、546.1 nm的绿和435.8 nm的蓝为色光三原色，三原色能相加匹配出等能白色(E光源),采用目视配色仪上匹配出等能光谱色的 R、G、B分量红基色单位R是早波长700nm红光,1lm绿基色单位G是早波长546.1nm红光,4.5907lm蓝基色单位B是早波长435.8nm红光,0.0601lm由于r,g,b已经归一化,即:r+g+b=1,所以就只要用r,g两个量来表示色度就可以
28、了，三维空间色图就可以用二维的色度图表示了。,1931 CIE-RGB 系统色度图,但在实际中,不可能用单色的三基色来配色,如荧光屏的红绿蓝的三色荧光粉,他们是非单色的基色,因此新定义三个系数(分布色系数或叫光谱三刺激值):需要指出，光谱三刺激值函数是与所选择的红、绿、蓝三原色有关。一般来说，光谱三刺激值在某些波段会出现负值。如下图;,1931年CIE-RGB 系统标准色度观察者,由于色分布系数仍然出现付数,计算起来不方便,也不易理解,因此进行色度坐标的转换,用假想的基色X,Y,Z建立新的色度图,从而产生CIE1931-XYZ标准色度图,此时的(X),(Y),(Z)是三个假想的基色;在该系统中
29、，X、Y、Z均为正值;,2.7.2 1931CIE-XYZ 系统,亮度仅由Y表示，X、Y、Z所形成的虚线三角形包含了整个光谱轨迹，使得光谱轨迹上和轨迹之内的色度坐标都成了正值。,XYZ假想三原色的由来：,XYZ中只有Y（Y）基色分量一项有亮度，令1（Y）的光通量 为1lm，而另外两个基色不含有亮度，但其色度仍有X、Y、Z的比值确定，这样X=Y=Z时仍代表等能白光。XYZ系统是由RGB系统推导而来的。由于（X）和（Z）的光通量应为零，（X）、（Z）的连线应为光通量等于零的轨迹。在RGB图中，这条无亮度线公式就应为;,X、Y、Z 三点在rg图中的坐标是：X：r=1.2750，g=-0.2778，b
30、=0.0028Y：r=-1.7392，g=2.7671，b=-0.0279Z：r=-0.7431，g=0.1409，b=1.6022 在1931 CIE-XYZ 色度图中，等能的白光，即E光源的色度坐标为：xE=0.3333，yE=0.3333。,1931CIE-XYZ 色度图,CIE l931-XYZ 标准色度观察者,附录一：错觉,这是一组很容易产生错觉的图像，注意！可别让眼睛欺骗你哦在右边的图中，你看见了一个旋涡吗？其实它们是一个个同心圆。,错觉一,两个位于中心的圆哪个大？,这两条线是弯曲的吗？,这两条竖线哪一条长？,错觉二,线c与线a共线，还是与线b共线？,线段ab长还是bc长？,这两个
31、黑色的长方形哪个高？,错觉三,不信吧？图中的圆确实是一个正圆形。,这两条线是平行的直线吗？,这个菱形的边是直的。,动态错觉一,请数一数下面有多少个黑圆点。,动态错觉二,双眼注视中间的黑点，前后移动你的头，你看见了什么,活动景物（光信号）,电信号,加工处理电传输,逆变为图象,九.电视传像原理,电视传送的主要信息是活动图像，其基本过程是在发送端把活动景物的光信号转变成与它对应的电信号，经过加工、处理并进行电传输(发射电磁波或用馈电线)，在接收端再把收到的电信号逆变成原来景物的图像。在接收端要使用各种显示器件，包括各种平板显示器件。,1.4.1 图像的特点与组成,为了传输一幅图像，通常的办法是将整个
32、画面分解成许多小的单元，我们把被分解的最小的图像单元称为像素。对于黑白图像每个像素点为黑白程度不同的小点，对于彩色图像每个像素点又由红、绿、蓝三个彩色点组成。,这样就把空间坐标(x，y)也转换成时间t的函数了。采用逐点扫描以后，时间的先后就反映不同的坐标，所以在传送过程中，必须由用同步扫描来确保发送端与接收端坐标的一一对应关系，才能使被传送的图像不失真。,对于活动的电视图像，每幅画面上的亮度与色度都是(x，y，t)的函数，其中(x，y)代表各像素的几何位置。t表示按时间顺序逐一传送空间分布的每一像素的亮度和色度。,1.4.2 图像的顺序传送,图像的顺序传送就是在发送端把被传送图像上各像素的亮度
33、、色度按一定顺序，逐一地转变为相应的电信号，并依次经过一个通道，在接收端再按相同的顺序，将各像素的电信号在电视机屏幕相应位置上转变为不同亮度、色度的光点。,1.4.3 电视扫描,在电子束型摄像与显示器件中，如图2-4所示的电子笔S、S就是电子束。电子束的扫描过程在发送端同时完成了图像分解与光-电转换过程；在接收端则同时完成了图像合成与电-光转换过程。电子束的扫描方式很多，但在电视图像传送中毫无例外地采用从左到右，从上到下的匀速直线性扫描。,只要每秒重复传送在50次以上，则接收端即可看到一副活动的图象,1.逐行扫描光栅,逐行扫描是指电子束从左到右沿垂直方向从上到下以均匀速度依次地一行紧接一行扫过
34、屏幕。扫描电子束移动轨迹的集合体便形成扫描光栅，如图2-5所示，它由水平扫描和垂直扫描两部分组成。,沿水平方向的扫描称为行扫描，从左到右为正程扫描THt，反之，则为行逆程扫描THr。行周期TH=THt+THr,沿垂直方向的扫描为帧扫描，从上到下为帧正程扫描TFt，反之，为帧逆程扫描TFr，帧周期TF=TFt+TFr,帧逆程系数 TFr TF 按电视标准规定8%,行逆程系数THr TH 按电视标准规定18,逐行扫描电视的图像质量好，扫描电路简单，其缺点是要求通带很宽，因此逐行扫描只用于工业电视和未来的高清晰度电视，而在广播电视中均采用隔行扫描。,2.隔行扫描,所谓隔行扫描是指将一帧图像分成两场，
35、第一场扫奇数行，第二场扫偶数行的扫描方式。(1-1A-A-13121),在电视技术中，每秒只传送25帧（或30帧）图象，但每帧图象分奇偶两场来传送，这样就变成每秒传送50场（或60场）图象。在重现时，每秒出现的50场（或60场）图象被人眼综合成25帧（或30帧）完整的图象。,隔行扫描有帧场之分，场扫描是指每垂直扫描一次，由规定的1/2扫描行组成的称之为场，而帧是由规定的全部扫描行组成。,实现隔行扫描的关键是如何使偶数场与奇数场互相恰好地交织，如果隔行不好就会产生“并行”现象，使图像质量下降。确保隔行扫描成功的关键是一帧的行数Z是奇数，即:fH/fV=Z/2=(2n+1)/2=n+1/2 式中:
36、n为整数。,隔行扫描的优点是解决了通频带与清晰度之间的矛盾，从而使电视机的成本下降，为普及电视作出了贡献。缺点主要是产生“并行”，这是由于扫描电流幅度不稳定和正程线性不好引起的。此外由于每一行的亮度是以帧频重复的，所以当仔细观看比较亮的细线时就会感到有些闪光，即行间闪烁现象，使其成为现存电视体制下提高电视质量的瓶颈,1.4.4 同步和消隐,在电视中，同步是指使收、发两端扫描同频、同相和波形相似，满足这样条件的扫描称为同步扫描。,当收发端场频不同步时，图像会上下滚动，频差越大，滚动越快。,当行频不同步时，屏幕出现粗细不一，方向不一，疏密不一的歪斜，图象如被撕裂。,若扫描频率相同，但起始相位不一致
37、，便会引起图像分裂。,如果收发端扫描电流波形不同，会产生图象水平或垂直方向的非线性畸变。,2.消隐 电子束扫描逆程在光栅上表现为回扫线，它不传输图像信息，反而会干扰图像质量，须设法把行、场回扫线消隐掉。采用消隐脉冲把逆程期间的电子束截止，在发送时将行、场消隐脉冲组合在一起构成复合消隐脉冲。消隐脉冲应能关闭电子束，所以它的电平应相当于图像信号的黑电平。,为了实现发和收的同步,在发送端设置了同步信号发生器,产生行和场的同步脉冲信号;同步脉冲电平比消隐电平还要高，即比黑色还要黑色，这样很容易从全电视信号中把同步脉冲分离出。,全电视信号（图像信号，复合同步信号，复合消隐信号，色同步信号（彩电）,负极性
38、是指信号电平越高，图像越暗的信号，由图可知：复合同步脉冲的幅度最大（75100）图像信号的最大幅度为75%，利用该特点可用幅度分离电路方便地将复合同步信号从全电视信号中分离出来，再通过微分电路和积分电路将行，场脉冲分开，分别去控制行，场扫描电路。,电视图像信号,1.图像内容与电信号的关系,图像是电信号的时间函数,是单极性的信号，其幅度与亮度成正比,其宽度与图像内容有关,粗线条对应宽脉冲，细微的细节对应于窄脉冲。随着横向黑白条数的增加，电信号频率以场频的倍数增加；随着竖向黑白条数的增加，电信号频率以行频的倍数增加。,图像电信号最高频率发生在行方向相邻像素为明暗交替时，由此可估算图像电信号中可能达
39、到的最高频率。,按我国电视体制，显示在画面上的行数为575，画面宽高比4/3，每秒切换25个画面（即帧频25Hz),所以一个画面上的总像素数为5754/3575=4.41105,每秒钟内扫过的像数总数为4.4110525=1.1107个,相邻每对黑白像数为一个周期，理论上应为占空比为1:1的方形脉冲,则可知最高视频为5.5MHz,电视机的标准，都是安人眼视觉特点来制定的。包括画面的宽高比及行场的频率选择；,对于彩色电视的信号,其信号由一个亮度信号和两个色信号：亮度：Y=0.3R+0.59G+0.11B 色度 B-Y=-0.3R-0.59G+0.89B 色度只要传前两个就可以了;在电视接收端,很
40、容易恢复G-Y(只要利用电阻分压器)G-Y=-0.51(R-Y)-0.19(B-Y),彩色电视的制式,NTSC制式(National Television System Committee),PAL制式(Phase alternation by line color television),SECAM制式(Sequential color and memory),这三种制式的主要区别是将色差信号频谱谱线插入亮度信号频谱空隙中所采用的方法不同。,1.NTSC制式 NTSC制式是最早的彩色电视制式，这种制式的特点是将两个色差信号分别对频率相同而相位相差900的两个负载波进行正交平衡调幅，然后与亮度
41、信号相加，一起传送。其优点是:图像质量好,电路简单,信号处理容易;缺点是:对相位失真十分敏感,容易产生明显的色调失真;目前美国,日本,加拿大等都用此制式;,2.PAL制式 我国就是采用这个制式。PAL制式的特点是克服了NTSC制式的相位敏感性，在原来正交平衡和同步检波等基本措施的基础上，将其中一个已调幅的红色差信号进行逐行倒相。该制式是NTSC制式的改进，其主要优点是对传输过程中相位失真不敏感；主要缺点是彩色清晰度略低于NTSC制，信号处理较繁，接收机电路较复杂。该制式是世界上用得最多得一种制式。,3.SECAM制式 也叫顺序传送彩色与存储制式，也是为了克服NTSC制式的色调失真而设计的。它与
42、前两种制式不同点是两个色差信号不是同时传送，而是轮流、交替的传送。另外，两个色差信号不是对副载波进行调幅，而是对两个频率不同的副载波进行调频，然后将两个调频波轮换插入亮度信号频谱的高端。这种制式的优点是传输失真小，图像录放性能好；缺点是彩色图像垂直清晰度下降一半，亮度、色度信号不易彻底分离。法国,东欧及前苏联范围用此制式;,高清晰度电视（HDTV)现行彩色电视制式的缺陷图像的清晰度低,细节分辨力差;画面存在各种串扰,如亮一色、色一亮、色一色之间的串扰;存在并行、行蠕动、行闪烁等现象;存在微分相位和微分增益失真,色彩欠柔和:模拟制式不利于信息传输、记录和节目交流;显像面积不够大,缺少临场感和逼真
43、感。,对高清晰度电视(HDTV)的要求其分辨力应在1000行以上。宽高比为16:9,每行像素多于1920个。容许观众在三倍图像高度的距离上观看;图像显示面积不小于0.8m2，大画面、大视角、高清晰度和高亮度使高清晰度电视的临场感和真实感大大增加。,20世纪70年代,日本广播协会(NHK)就开始研究HDTV,于1984年通过卫星试播,16:9画面,1125线;但仍然是模拟电路技术;欧洲在80年代末也大力研究,提出了不同的方案;但美国后来居上,提出了全数字化的HDTV方案,成为HDTV发展主流;,数字电视较之模拟电视有如下明显的优势:消除了模拟处理中所固有的噪声积累,提高了图像质量;由于采用高效图像压缩编码算法,提高了传输中的抗干扰能力;易于实现各种信息复用;提高了频谱利用率;降低发射功率;在图像格式上与计算机兼容,易于同计算机连接处理图像信息。,
