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1、2023/8/18,1,第2章 视觉和电视显示原理,人眼的生理特性光度学色度学概要电视传像原理,2023/8/18,2,2.1 人眼的生理特性,眼睛的构造及功能（感光细胞）明视觉、暗视觉光谱光效率函数暗适应、明适应视敏度临界闪烁频率,2023/8/18,3,人眼的构造,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,1
2、1.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,1.巩膜：白色坚韧,厚0.40.8mm,2023/8/18,4,锥体细胞：分布于视网膜中央，为明视觉器官，能分辨颜色和辨别细节，具有较高的视觉灵敏性。杆体细胞：多分布于视网膜边缘，为暗视觉器官，对颜色和精细物像无分辨能力。夜间与白天活动动物眼睛感光细胞的区别。,2023/8/18,5,简化眼,从上图看出：人眼是一个由角膜、水状液、晶状体和玻璃液所组成的，物、像方折射率近似相等的，可变焦距的，共轴复杂光学系统（光具组）。它能在视网膜上清晰成像。,它是一个能自动调节的精密光学仪器。其结构相当复杂。在许多情况下将其
3、简化成如下的模型：,2023/8/18,6,人眼的视角,定义：被观察物对人眼光心的张角称为人眼的视角。,人眼对物体大小的感觉是以该物体在视网膜上所成像对光心所张角度的大小衡量的。,表达式：,2023/8/18,7,说明：,A:在人眼的可调节范围内,人眼对物体大小的感觉取决于其在视网膜上像的大小，因而取决于视角U的大小，当U1 时，人眼已无法区分了。,2023/8/18,8,人眼对不同波长（或颜色）的光波具有不同的敏感程度，即使接收到相同的辐射通量，不同波长的光给人眼的感觉也不一样。如正常人眼对黄绿光最敏感，红光和紫光较差，而对红外和紫外则无反应。,在引起相同视觉的情况下，若所需某单色的辐射通量
4、越小，则说明人眼对该光敏感度越高；反之，越低。为描述这一敏感度，引入视见函数。,视见函数,1、定义：,人眼对各种单色光的平均敏感度。,2、意义：描述在辐射通量相同的情况下，人的眼睛对各种不同波长的 辐射产生的主观感觉。,2023/8/18,9,3、实验曲线：,人眼对波长为555nm的黄绿光最敏感，光度学中规定其视见函数为1，则视见函数的实验曲线如下图示：,2023/8/18,10,暗适应：从亮到暗的适应过程，需1020秒时间。明适应：从暗到亮的适应过程，需12秒时间。适应过程眼睛的变化：杆体细胞（视紫红质）、瞳孔的变化,2023/8/18,11,视觉惰性与闪烁感觉 视觉惰性：人的视觉对外界光刺
5、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。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，如图所示。,2023/8/18,12,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不是
6、断续出现而是连续出现的。,2023/8/18,13,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。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。由经验公式得到，人眼的临界闪烁频率约为46Hz。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
7、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。,2023/8/18,14,2.2 光度学,1、定义：单位时间、单位面积元上辐射的所有波长的能量。即：光源表面上单位面积的辐射功率。,2、意义：描述光源发射辐射的能力。,4、分布函数,一、辐射通量,定义：单位时间、单位面积元在某波长附近单位波长间隔内辐射的能量。,意义
8、：描述不同波长的光波在辐射通量中所占的比例。,5、与 的关系：,单位：,3、单位：,2023/8/18,15,二、光通量,1、定义：辐射通量与视见函数的乘积。,2、意义：描述客观辐射通量在人的眼睛中引起的主观视觉强度。,3、单位：流明（lm）,2023/8/18,16,三、发光强度,1、定义：光源在单位立体角内发出的光通量。,2、意义：描述光源发出的光通量在空间一定范围内的分布值。,3、单位：坎德拉,通常 随方向而异。当 不随方向变化时，发光物体称均匀发光体。,一般均假设点光源表征的物体为均匀发光体，故点光源辐射的光通量：,2023/8/18,17,四、照度,1、定义：入射在受照物体单位面积上
9、的光通量。,2、意义：描述受照物体被照明的程度。,3、单位：勒克斯,4、点光源的照度：,辐透：,2023/8/18,18,五、亮度,1、定义：单位面积的发光表面，在其法线方向单位立体角内发出的 光通量。,2、意义：描述发光表面发光能力的强弱。,3、单位：熙提,4、朗伯光源：,六、出光度M（发光度）-注意与照度的区别定义：单位光源面积发出的光通量。单位：lm/m2,2023/8/18,19,光度学中常用参量,2023/8/18,20,2.3 色度学概要,颜色的基本特性颜色的混合色度图,2023/8/18,21,电磁辐射波谱,2023/8/18,22,颜色（彩色）的三个基本特性,色调饱和度明度,2
10、023/8/18,23,彩色三要素,明度：指彩色光作用于人眼而引起的视觉上的明亮程度。描写人眼的主观感受。光源的辐射能量越大，明度就越高；不发光体的反射能力越强，明度越高。复合光的明度等于各个分量光的明度之和。另外，明度还和波长有关，能量相同而波长不同的光对视觉引起的明亮感觉也不相同，即视敏特性。,2023/8/18,24,色调：指彩色的颜色类别。我们通常所说的红、绿、蓝等指的就是色调。前面讲到不同波长的光颜色不同，也是指的色调不同。饱和度：是指彩色的深浅、浓淡程度。对于同一色调的彩色光，饱和度越高，颜色就越深、越浓。各种谱色光都是饱和度最高的彩色。饱和度与彩色光中掺入的白光比例有关，掺入的白
11、光越多，饱和度就越小。因此，饱和度也称为色纯度。饱和度的大小用百分制衡量，100的饱和度表示彩色光中没有白光成分，所有谱色光的饱和度都是100；饱和度为零表示全是白光，没有任何色调。色调和饱和度合称为色度，它既说明了彩色光的颜色类别，又说明了颜色的深浅程度。,彩色三要素,2023/8/18,25,视觉三色原理的假设：锥体细胞分为三类,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。实验发现，VR（）、VG（）、VB（）的峰值分别出现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
12、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、蓝锥体细胞特性的3种光源进行配色，在色感上得到相同的效果。,色觉理论-三色说,2023/8/18,26,三基色定理：人们通过大量实验发现，用三种不同颜色的单色光按一定比例混合，可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫三基色光，主要内容如下：自然界中绝大多数彩色都可以由三基色按一定比例混合而得；反之，这些彩色也可以分解成三基色；三基色必须是相互独立的，即其中任何一种基色都不能由其它两种基色混合得到；混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定；混合色的亮度是三基色亮度之和。另外
13、，任何一种颜色都有一个相应的补色。所谓补色，就是它与某一颜色以适当比例混合时，可产生白色。红、绿、蓝的补色分别是青、品红、黄。,三基色原理,2023/8/18,27,三基色的选择在原则上是任意的，只要满足相互独立即可。彩色电视选取的三基色是红、绿、蓝，分别用R、G、B表示。因为人眼的三种锥状细胞对这三种颜色最敏感，选择R、G、B按适当比例混色可得较多彩色。三基色原理是彩色电视得以实现的重要理论基础。因为自然界中的彩色是千变万化的，设想如果用一种电信号传送一种颜色，那就需要成千上万种电信号，这在实际中是办不到的。有了三基色原理，彩色电视只需在摄像端将景物的各种颜色分解成红、绿、蓝三种基色，然后将
14、这三种基色转换成相应的三种电信号传送到显示端，在显示端将电信号再转换成三基色光信号，最后在屏幕上用三基色混合出原景物的色彩。,2023/8/18,28,加法混色,同时加色法继时加色法空间加色法例子：彩色电视机,2023/8/18,29,减法混色,三元色：黄、品红、青例子：彩色电影胶片,2023/8/18,30,（1）色度坐标系 CIE-RGB计色系统 该系统规定：波长为700nm，光通量为1lm的红光作为一个红基色单位（或称单位量），用R表示；把波长为546.1nm，光通量为4.5907lm的绿光作为一个绿基色单位，用G表示。把波长为435.8nm，光通量为0.0601lm的瓦蓝光作为一个蓝基
15、色单位，用B表示。,色度坐标系与彩色重现,2023/8/18,31,比色计的读数将按基色单位R、G、B进行刻度，而不按辐射功率或者光通量刻度。任一彩色F总可以通过下列配色方程配出：FR(R)+G(G)+B(B)mr(R)+g(G)+b(B)其中：R(R)、G(G)、B(B)称谓F的三色分量；R、G、B为三色系数；m为色模；r、g、b为色度坐标或相对色系数，分别代表F所用三基色总量为1时所需的各基色量的数值，且：rgb1,2023/8/18,32,CIE-XYZ标准计色系统 设XYZ的三基色单位是(X)、(Y)、(Z)，则任一彩色的配色方程为：式中，X、Y、Z称为三色系数；X（X）、Y（Y）、Z
16、（Z）称谓F的三色分量；x、y、z称谓色度坐标或相对色系数 xy+z=1,2023/8/18,33,x，y，z与r，g，b之间的转化公式：,2023/8/18,34,2023/8/18,35,国际照委会制定的CIE1931色度图如附图31。色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标。红色波段在图的右下部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。图下方的直线部分，即连接400nm和700nm的直线，是光谱上所没有的、由紫到红的系列。靠近图中心的C是白色，相当于中午阳光的光色，其色度坐标为X03101，Y03162。,2023/8/18,36,CIE色度图的
17、用途,CIE1931色度图有很大的实用价值，任何颜色，不管是光源色还是表面色，都可以在这个色度图上标定出来，这就使颜色的描述简便而准确了。例如，为了保证颜色标志的正确辨认和交通安全的管制，在CIE1931色度图上规定了具体的范围，它适用于各种警告信号和颜色标志的编码。再如在CIE1931色度图上，可推出由两种颜色相混合所得出的各种中间色。如Q和S相加，得出Q到S直线的各种中间颜色，如T点，由C通过T抵达552nm的光谱色，可由552nm的波长颜色看出T的色调，并可由T在C与552nm光谱色之间所占位置看出它的纯度。,2023/8/18,37,在实际应用中，如彩色电视、彩色摄影（乳胶处理）或其它
18、颜色复现系统都需要选择适当的红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色，用来复现白色和各种颜色，所选定的（R）、（G）、（B）在色度图上的位置形成一个三角形。应使（R）、（G）、（B）三角形尽量能包括较大面积，同时（R）、（G）、（B）线应尽量靠近光谱轨迹，以复现比较饱和的红、绿、蓝等颜色。,2023/8/18,38,2023/8/18,39,本节讨论电视传送系统中用到的光电、电光变换、电子扫描和全电视信号。,2-4-1无线电视广播系统原理方框图,2.4 电视传像原理,2023/8/18,40,2.4.1 电视传像基本原理 一、像素的概念和顺序传像原理 1.像素：就是组成图像的元素，即基本单位。利用人
19、眼分辨力有限的特性，将一幅电视图像分解为许许多多个像素组成，电视系统能够分解的像素数越多，图像就越清晰、细腻。2.顺序传像原理：同时传像：每个像素要占用一个传输通道，技术上不可行。,2023/8/18,41,顺序传像：利用人眼的视觉惰性，将活动图像分解为一连串的静止图像，静止图像再分解为像素，只要在足够短的时间里，发送端依次对一幅图像所有像素的亮度信息（指黑白图像）进行光电转换，接收端再依次重现相应亮度的像素，就可完成活动图像的传输。图2-4-2是顺序传像系统的原理图。要求：传送速度足够快；转送准确：收、发同步。,2023/8/18,42,图2-4-2 图像顺序传送原理,2023/8/18,4
20、3,二、光电转换与电光转换 1.CCD摄像机与光电转换 光电转换过程也就是摄像过程，其工作原理与所使用的摄像材料有关。摄像材料可分为两大类，即摄像管和CCD器件。摄像管曾有过辉煌的历史，但在二十世纪八十年代之后，以CCD为代表的摄像器件进入实用阶段，这种摄像器件无需电子束的扫描就能实现光电转换，而且在体积、重量、功耗等性能方面都明显优于摄像管。目前，CCD摄像机已逐步取代了摄像管摄像机。下面我们介绍CCD的光电转换原理。,2023/8/18,44,图 2-4-3 CCD单元的结构及电荷存储原理示意图,（1）CCD的电荷存储功能 CCD（Charge Coupled Device）是电荷耦合器件
21、的英文简称。CCD是一种MOS集成电路器件，其单元结构如图2-4-3所示。在P型（或N型）半导体硅衬底上有一层很薄的二氧化硅绝缘层，绝缘层上按一定排列方式沉积了一组金属铝电极。,2023/8/18,45,CCD器件具有电荷存储功能。在外界光照射下，CCD中的硅衬底会产生电子空穴对，这时若在铝电极上加一个正电压，它所形成的电场就会穿过二氧化硅层排斥硅衬底中的多数载流子（空穴），并吸引少数载流子（电子）。于是，就在硅和二氧化硅的界面附近得到了一个存储少数载流子（电子）的势阱。铝电极上的电压越大，势阱越深，可存储的电荷量越多，这就是CCD器件的电荷存储功能。,2023/8/18,46,（2）信号电荷
22、的注入 CCD感光面的光敏材料在受光照时激发出自由电子空穴对，注入到P型衬底。其中，多数载流子-空穴被排斥走，少数载流子-电子被电场吸引到势阱中，形成电荷包。电荷包中电荷的数量与该处的光照强度成正比，这样就把景物的亮暗变成了电荷包中的电荷多少，完成了光像到电像的转换。（3）CCD的电荷转移功能 CCD器件的电荷转移功能无需电子束扫描，而是在外加时钟脉冲信号的驱动下，利用势阱中的电子有向势阱深处移动的特点完成的。,2023/8/18,47,图2-4-4表示了一个四相CCD中电荷的转移现象。在图2-4-4（a）中，1是2 V，24是10 V,所以24下面的势阱很深，电荷存在里面。在图2-4-4(b
23、)中，2由10 V变为2 V，2下面的势阱变浅，所有的电荷转移到3、4下面的势阱中，结果如图2-4-4(c)所示。在图2-4-4(d)中，1由2 V变为10 V，原来在3、4下面的势阱中的电荷向右转移分布到3、4、1下面的势阱中，结果如图2-4-4(e)所示，这个过程使得24下面的势阱中的电荷转移到了3、4、1下面的势阱中。CCD中的电荷就这样在四相时钟的驱动下向前转移。,2023/8/18,48,图 2-4 四相CCD电荷的转移,2023/8/18,49,2.显像管与电光转换 电光转换过程也就是显像过程，是在显示装置上完成的，目前用于电光转换的显示器件主要有CRT、LCD、PDP等几种，CR
24、T（Cathode-Ray Tubes，阴极射线管）是一种传统的图像显示器件，它就是我们常说的显像管。下面以黑白CRT显像管为例，介绍其基本结构和工作原理。（1）基本结构：如图2-4-5所示。管体真空玻璃管；管内电子枪和荧光屏；电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极、阳极等构成。荧光屏的玻璃内侧涂有荧光粉，在电子的轰击下能发光，其发光强度与电子束能量成正比。管外偏转线圈，可提供偏转磁场，使电子束实现水平和垂直方向的扫描。,2023/8/18,50,图2-4-5黑白显像管结构示意图,2023/8/18,51,（2）工作原理：工作时，图像信号加在显像管的控制栅极和阴极之间，这时电子束将受到图
25、像信号的调制，即电子束的强弱将随图像信号的大小而变化。另一方面，在偏转磁场的控制下，电子束将从按从左到右，从上到下的顺序依此扫描整个荧光屏，而且扫描过程与摄像端完全同步。于是，对应于某个特定时刻的图像信号，电子束会撞击在荧光屏的某个特定位置上，而且在这一位置上荧光粉的发光亮度也正比与此时此刻图像信号的大小。这样一来，就把不同时刻的图像信号大小转换成荧光屏上不同位置的亮度大小，在完成时间-空间转换的同时，实现了电光转换过程，即将一帧时间域的图像信号在屏幕上变成了一幅平面的光学图像。,2023/8/18,52,2.4.2 电子扫描 在顺序传像系统中，构成一幅画面的所有像素在进行光电转换、传输、以及
26、电光转换时都要按照一定的规律进行，实现这一规律的过程就称为扫描。电视系统中的扫描包含于两个过程之中，即发送端光电转换过程中的扫描和接收端电光转换过程中的扫描。在这两个过程中，扫描规律必须严格一致，即同步。同步有两方面含义，一是同频，即收发两端的扫描速度相同；二是同相，即收发两端的时空对应关系要一致。电视系统应用的扫描是线性扫描，即扫描轨迹是直线型的，即对每一幅画面来说，扫描自上而下一行一行进行，每一行从左到右进行。扫描完第一幅画面之后再扫描第二幅，如此循环进行。,2023/8/18,53,扫描过程的实现通常使用电子方法。在以前的摄像管摄像机中，扫描由电子束完成；另外，在CRT（阴极射线管）显示
27、器中，扫描也是靠电子束完成的。不过，在目前使用较多的CCD摄像机以及一些新型显示装置中，扫描过程已不再需要电子束的参与，而是靠脉冲电路的控制实现。,2023/8/18,54,一、电子束的偏转 原理：当偏转线圈中通过电流时，会产生磁场，磁场的方向决定于电流方向由右手定则判定；如果电子束穿过磁场，则在磁场里的作用下要发生偏转，其偏转方向由左手定则判定。因此，流过偏转线圈中的电流的幅度和方向，决定了电子束偏转角度的大小和方向。偏转线圈：如图2-4-6 所示。行偏转线圈：产生垂直方向磁场，使电子束水平偏转。场偏转线圈：产生水平方向磁场，使电子束垂直偏转。,图2-4-6 偏转线圈结构,2023/8/18
28、,55,二、逐行扫描 以电子束扫描为例，当线圈中分别流过如图2-4-6 所示的行、场锯齿波扫描电流时就会产生相应的水平方向与垂直方向的偏转磁场,在这两个磁场的共同作用下,使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。电子束扫描轨迹的集合称为光栅。逐行扫描中，所有帧的光栅应重合，因此要求帧扫描周期TZ为行扫描周期TH的整数倍。TZ=ZTH，Z为每帧的扫描行数。电视标准规定：行逆程系数=THR/TH/=18%帧逆程系数=TZR/TZ=8%在行、帧逆程期间，应利用消隐脉冲截止扫描电子束，使逆程扫描线消失，否则会降低图像质量。,2023/8/18,56,图 2-6 逐行扫描电流和光栅(a)行扫描电流；(b)帧扫
29、描电流；(c)扫描光栅,2023/8/18,57,存在问题：为了使显示端显示的电视图像没有闪烁感，逐行扫描方式下电视图像的传送速率一般应达到50帧/秒，即帧频为50Hz；为了保证图像清晰度，Z需要在600行左右，这样一来，对传输通道的带宽要求很高，同时也使电视设备复杂化，因此，为了在不增加图像信号带宽的情况下，有效克服闪烁现象，电视系统采用了隔行扫描方式。目前传统的电视系统采用的都是隔行扫描方式。,2023/8/18,58,三、隔行扫描 将一帧图像分成两场来扫，第一场（奇数场）扫1，3，5，7奇数行，第二场（偶数场）扫2，4，6，8偶数行，fV=2fZ。参见图2-7和图2-8(以一帧光栅由11
30、行组成为例,为简化,忽略行、场扫描逆程时间）。光栅：相邻两场的光栅应均匀嵌套，相邻两帧的光栅应重合。Z为奇数。fH/fV=Z/2=(2n+1)/2=n+1/2,2023/8/18,59,图2-7 隔行扫描示意图,2023/8/18,60,图2-8 隔行扫描光栅及行、场扫描电流波形(a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形,2023/8/18,61,缺点：（1）行间闪烁；（2）并行现象（真实并行和视在并行）；（3）垂直边沿锯齿化现象。当隔行数越多时，缺点越明显。所以在电视系统中采用2：1隔行扫描。,2023/8/18,62,2.4.3 电视图像的基本参量 我国电视标准规定：一帧扫
31、描总行数为625行，其中，帧正程575行，帧逆程50行；采用隔行扫描方式，每场扫描312.5行，场正程287.5行，场逆程25行；场频为50Hz，与电网频率相同；行频为15625Hz，行周期为64s，行正程时间为52s，行逆程时间为12s；电视图像的宽高比为4:3。垂直分解力M=k1(1-)Z，取k1=0.75,M431行。水平分解力N=KM，K为电视图像的宽高比。,2023/8/18,63,一、图像的宽高比 根据人眼的视觉特性，视觉最清楚的范围是垂直视角为15，水平视角为20的一个矩形视野，因而电视接收机的屏幕通常为矩形，矩形画面的宽高比为43。矩形屏幕的大小用对角线长度表示，并习惯用英寸作
32、单位，一般电视机的35 cm（14英寸）、51 cm（20英寸）、74 cm（29英寸）等都是指屏幕对角线长度。为增强临场感与真实感，还可加大幅型比，例如，高清晰度电视或大屏幕高质量电视要求水平视角加大，观看距离约为屏高的三倍，宽高比定为169。,2023/8/18,64,二、场频 选择场扫描频率主要应考虑不能出现光栅闪烁。为了不引起人眼的闪烁感觉，场频应高于48 Hz。随着场频的提高，图像信号的频带也将相应增加，二者必须兼顾。场频的选择还要考虑交流电源对电视图像的影响。电视接收机电源滤波不良或因杂散电源磁场的影响，交流电源干扰混入视频信号中，当电源频率与场频不同时，干扰图形将是移动的，以两个
33、频率的差频向上或向下滚动，俗称“滚道”；当电源频率与场频相同并与电源同步时，这些干扰在图像上是固定不动的，只要不太大，眼睛是感觉不出来的。,2023/8/18,65,交流电源干扰若加在行锯齿波上，会造成光栅扭曲。当场频与电源频率不同时，光栅不但扭曲而且摆动。因此在制定电视标准时都规定场频与本国的电网频率相同。在我国电视标准中，场频选为50 Hz。随着新型荧光粉的出现，电视屏幕亮度不断提高，一些高亮度的画面常会引起闪烁感觉，而现代接收机生产工艺水平已能消除电源干扰，所以将来会采用比50 Hz更高的场频。,2023/8/18,66,三、行数 由分辨力公式 式中，L表示眼睛与图像之间的距离，d表示能
34、分辨的两点间最小距离，对于正常视力的人，在中等亮度情况下观看静止图像时，为11.5。设Z为每帧扫描行数，h为屏幕高度，则有：代入上式得。取标准视距L为屏幕高度h的46倍，并取为1时，则可算得应该取的扫描行数在860570行之间。目前世界上采用的标准扫描行数有625行和525行，我国采用625行。,2023/8/18,67,在20世纪50年代，电视机以12英寸和14英寸为主,所以行数选择了625行。随着大屏幕电视的发展，625行的标准明显偏低，在高清晰度电视中，为了获得临场感和真实感，扫描行数已增加到1200行以上。场频已经确定为fV=50 Hz，由于采用隔行扫描，则帧频fZ=25 Hz，也就是
35、说，一帧扫描时间TZ=40 ms。当扫描行数选定为Z=625后，行扫描时间TH=TZ/Z=40 ms/625=64 s，行频fH=fZZ=25 Hz625=15 625 Hz。,2023/8/18,68,分光棱镜,2.4.4 彩色电视原理2.4.4.1 光的分解 根据光的色度学的三基色原理，几乎所有的彩色光都可以分解为红、绿、蓝三个基色。,2023/8/18,69,2.4.4.2 光的合成 同样，将红、蓝、绿三种基色光按照不同的比例进行混合，也可以配得大多数的可见彩色光。如：,绿+红=黄,绿+蓝=青,蓝+红=紫,2023/8/18,70,2.4.4.3 彩色摄影 图像先经过分光系统，把入射光分
36、解为红、绿、蓝三基色光，然后分别投射到三个摄像管的光电靶上，用三股电子束分别对靶面扫描，从而得到分别代表三基色分量的电视信号Er、Eg 和 Eb。,2023/8/18,71,Er,Eg,Eb,分光棱镜,2023/8/18,72,2.4.4.4 彩色显像 显像管荧光屏上面涂有三种荧光物质。显像管内有三支电子枪分别发出三股电子束，三股电子束分别受Er、Eg、Eb三基色信号控制。每一股电子束只轰击相应色彩的荧光物质，从而发出相应的光，各种颜色的点（称为像素）组合在一起，完成彩色图像的显示。,电子枪,偏转线圈,ErEgEb,2023/8/18,73,CCD(电荷藕合器件)的成像介绍,编码电路,电视信号
37、,在半导体材料（二氧化硅）上集成了数以百万计的对光敏感的MOS元器件，并通过线路连接到编码电路，当光照到MOS元器件上时，MOS元器件释放出电子（带负电）和空洞（带正电），电子和空洞分别被外加的电压转移到另外的半导体层，并积聚起来，光照的强度越大，电子和空洞积聚的量越大。通过对积聚电子的元器件进行编码，可以获得根据光线变化而变化的图像信号。,2023/8/18,74,2023/8/18,75,2.4.5电视图像的基本参数,1图像清晰度 图像清晰度：指人主观感觉到的图像细节的程度，分别用人眼在水平方向和垂直方向所能分辨的像素数来定量描述，并相应地称为水平清晰度和垂直清晰度。如果人眼的最小分辨角为
38、，在分辨能力最高的垂直视 线角15度之内所能分辨的像素数为：Z=15/例如：当为1分时分辨率为900线,2023/8/18,76,电视系统的分辨力：指电视系统本身分辨图像的能力，它不受主观因素的制约。一般来说，扫描行数越多，电视系统的分辨率越高。垂直清晰度M主要取决于图像有效行数Z，由于不是所有的行正好扫到图像的分界线上，有效行数Z还要乘以凯尔系数K1，即M=ZK1 隔行扫描，还要乘隔行扫描系数：M=ZK1K2在同一电视系统中，水平分辨率和垂直分辨率相同时，图像质量最好。当高宽比为A时，水平清晰度N为：N=AK1K2Z,2电视系统的分辨力,2023/8/18,77,2006年4月，信息产业部公
39、布了数字电视相关行业标准，规定液晶、等离子电视垂直清晰度和水平清晰度必须达到720线以上才算高清。目前，42英寸等离子分辨率有4种，分别是：852480，1024768，10241024，10241080,2023/8/18,78,对于垂直清晰度，基本上垂直方向有多少像素就可以认为有多少线。例如：852480可以认为垂直清晰度是480线对于水平清晰度还和图像的高宽比有关，对于16：9的平板电视，其电视线数值为水平方向像素值/高宽比例如：852480的水平清晰度是9 825/16=479线，注意此处479意味着其水平清晰度最高不能超过479线。,2023/8/18,79,大多数情况下，电视信号源
40、图像的像素格式和电视机固有的像素格式不完全匹配。例如：我国HDTV的图像像素格式为：19201080，而电视固有的像素格式多种多样，包括：852480，720576 1280720，10241024，1366768等，当19201080的图像加到其他像素格式的电视机上，就需要向上或者向下进行变换，以达到和电视机的像素格式匹配。否则图像会过度充满或者未充满屏幕。,只有当图像或者信号源的像素格式与电视机固有的像素格式完全匹配时，才能实现电视机与源图像的完全匹配。,2023/8/18,80,3视频信号带宽、场频和扫描行数,当要求图像的分辨率越高时，亮度信号的频带越宽。图像信号的最大带宽可由下式表示：
41、,其中A为图像高宽比，K1为凯尔系数，K2为隔行扫描系数，Z为扫描行数，fp为祯频，按照我国电视标准计算，图像的最大带宽fmax约为5.1Mhz,实际上我国的视频传输通道的带宽固定为6Mhz。,2023/8/18,81,场频：选择场频主要考虑画面无闪烁、不受电源干扰、活动图像又连续感、占用带宽尽量窄等因素我国线性系统采用50Hz，高于人眼临界闪烁频率，这既有利于克服画面闪烁,扫描行数：扫描行数的确定主要考虑图像的清晰度与信号带宽两方面。当行数增加时，图像清晰度增加，但带宽增加速度更快，而是频带宽的增加导致一定波段中可容纳的视频节目数量变少，还将导致电视设备的复杂化，增加投资成本。我国现行电视采
42、取625线。,2023/8/18,82,2.4.6显示器的主要性能,显示功能方面可分为：静态图像、动态图像和立体图像。显示器的主要性能包括：画面尺寸、显示容量（分辨率）、亮度、对比度、灰度、显示色数、响应速度、视角、功耗、体积/质量等1.画面尺寸一般用画面对角线的长度表示，单位为英寸或者厘米，常用对角线的英寸数作为型号表示。,2023/8/18,83,显示容量表示总像素数，有时，总像素数也可以用分辨率表示，分辨率可以用1mm内的像素数表示。通常有屏分辨率和图像分辨率之分：屏分辨率：屏幕上所能呈现的图像像素的密度，显示器上的像素总数是固定，分辨率与画面尺寸及像素间距有关，屏分辨率取决于显示屏的结
43、构、类型、像素组成方式，是产品不变的量。图像分辨率：指数字化图像的大小，是对信号和图像视频格式而言，也以水平和垂直像素的多少来表示。图像分辨率是说明图像系统分解像素的能力，是由扫描行数、信号带宽等因素决定。,2.显示容量,2023/8/18,84,中国信息产业部公布的SJ/T11343-2006，数字电视液晶显示器通用规范中规定：HDTV水平、垂直方向上的清晰度（即分辨率）720线；SDTV水平、垂直方向上的清晰度（即分辨率）450线。,2023/8/18,85,3亮度,亮度表示显示器的发光强度，用cd/m2（尼特）表示。在测量电视机亮度时，因为对电视机的调整状态不同，表征屏亮度的参数指标也不
44、同，主要有种：峰值亮度、平均亮度、最大峰值亮度和最大平均亮度。对被动发光型显示器，通常有用平均亮度和有用峰值亮度是一样的，最大平均亮度和最大峰值亮度是一样的。对主动发光型器件，平均亮度与峰值亮度是不一样的。对于正常观看节目而言，平均亮度才有实际意义。,2023/8/18,86,对画面亮度的要求与环境光强有关：例如，电影院中，电影亮度只有3045cd/m2就可以了，但在室内看电视，要求显示器的亮度要大于70cd/m2，而在室外观看则要求亮度应达到300cd/m2左右，所以高质量的显示器亮度的要求是300cd/m2左右。,2023/8/18,87,中国信息产业部公布的SJ/T11343-2006，
45、数字电视液晶显示器通用规范中规定：平均亮度值350cd/m2CRT电视机平均亮度标准规定值：60cd/m2PDP电视机平均亮度标准规定值：60cd/m2我国新公布的标准中还规定了亮度均匀性标准LCD亮度均匀性%PDP亮度均匀性%CRT亮度均匀性%,2023/8/18,88,4对比度,对比度（C）：最大亮度（Lmax）和最小亮度（Lmin）之比来表示C=Lmax/Lmin分为暗场对比和明场对比度，暗场对比度在全黑条件下测得，亮场对比度是在有一定环境光的条件下测定的。显示器的对比度是在亮度控制正常位置，在同一幅图像中显示图像的最亮部分和最暗部分的亮度之比。对比度越高，图像的层次越多，清晰度越高,2
46、023/8/18,89,数字电视液晶显示器通用规范SJ/T11343-2006中规定：,LCD TV对比度值 150：1PDP，CRT的对比度值150：1通常情况下，好的图像对比度至少要大于30：1,2023/8/18,90,灰度指图像的黑白亮度之间的一系列过渡层次。人眼能分辨的亮度层次为：,结论：灰度与图像对比度的对数成正比，并受图像最大对比度的限制。灰度级越多，图像层次越分明，图像越柔和。眼睛可分辨的最大灰度层次为100级。,5灰度,其中：是人眼对亮度差的分辨率，一般取0.020.05。若取0.05，则C=50时，n=78，C=100时，n=92。,2023/8/18,91,在彩色显示时，
47、灰度等级就表示各基色的等级。现代显示技术中，通常用2的整数次幂来划分灰度级。例如：将灰度分为256级，正好占据了八个bit的计算机空间。所以256级灰度又称为8bit灰度级。在彩色显示时，就是1670万全色。一般来说，字符显示对灰度没有要求，只要有一定的对比度即可。而图形显示器则不仅要求高的对比度，还要求尽可能多的灰度级,2023/8/18,92,6色域和色域覆盖,色域：CIE1931年公布的人眼可见光谱色域表示显示颜色的范围和鲜明程度通常用CIE1976均匀色度坐标中显示器的RGB三角形大小来表示。在马蹄形线框中，三角形越接近外侧颜色的饱和度越高，越接近中心越靠近白色。,2023/8/18,
48、93,色域覆盖：在1976CIE uv色度图上，显示电视机或者其他显示器的色域面积（即三基色RGB三角形的面积）占uv色度空间全部面积01952的百分数。该百分数的值越大，说明重现还原的彩色越多，彩色越鲜艳色域覆盖率的计算：用色度计分别测量屏幕中心红色的色度uRvR，绿色的色坐标uGvG，蓝色的色度uBvB，计算RGB三角形的面积：,2023/8/18,94,色域覆盖率用Cp表示，则用RGB三角形的面积SRGB除以0.1952，乘以100%，得,按照规定，LCD、PDP、CRT电视机的色域覆盖率V 32%,2023/8/18,95,7.响应时间,响应时间：显示器各点像素在激励信号作用下，亮度由
49、暗变亮和由亮变暗的全过程所需要的时间，响应时间等于上升时间加下降时间。,上升时间：图像亮度从10%上升到90%所用的时间。下降时间：图像亮度从90%下降到10%所需要的时间。,2023/8/18,96,注意：显示器件一个像素的响应速度与显示图面整体的响应速度不一定一样，一般使用比较实用的方法，即图面整体响应速度来表示。电视图像响应时间要小于1/30s，一般主动发光的显示器响应时间都可以小于0.1ms，而非主动发光的LCD的响应时间为10500ms。,2023/8/18,97,8视角,一般用面向画面的上下左右的有效视场角度来表示。国际电工委员会对视角作了规定：在屏幕中心的亮度减小到最大亮度的1/
50、3的时候的水平或垂直方向的视角。测量方法：首先测量屏幕中心的亮度为L0，然后水平移动测量仪器的位置，分别在中心点的左右水平方向测得亮度为L0/3时，得到的左视角和右视角之和，为水平视角，垂直视角同理测量。在SJ/T11343-2006中规定：水平可视角120度垂直可视角80度,2023/8/18,98,9功耗,功耗分只测定显示器件的情况和测定包括驱动电路等在内的模块的情况。（一般采用后者）反射式LCD功耗很低，透射式LCD实用背光源，功耗就不低了。,2023/8/18,99,10发光效率,发光效率是发光型显示器件所发出的光通量和所消耗的功率之比。VFD发光效率约为10lm/W，LED随其材料不
