第二章电视传像基本原理.docx

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第二章电视传像基本原理

第二章-电视传像基本原理

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第二章　电视传像基本原理

主要内容：

概念

1、像素：

组成画面的细小单元称为像素。

2、在电视系统中，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。

3、关于扫描的概念

　　扫描－－将图像转变成顺序传送的电信号的过程。

　　电视系统的扫描如同人阅读书籍一样。

　　行扫描－－水平方向的扫描。

　　场扫描－－垂直方向的扫描。

　　行扫描正程－－从左至右将一行像素逐个传送或接收的扫描过程。

　　行扫描逆程－－从右端迅速返回左端准备下一行扫描的过程。

　　场扫描正程－－从上至下的扫描过程。

场扫描逆程－－从下端迅速返回上端，准备下一场扫描的过程。

4、同时混色法--

5、空间混色法—

6、在电视系统中，为了充分利用矩形屏幕，使扫描设备简单、可靠，采用了匀速单向直线扫描方式

7、逐行扫描：

一行紧跟一行的扫描方式，在两个偏转磁场的共同作用下，电子束就在显像管的荧光屏上作匀速直线扫描。

8、扫描光栅：

电子束在屏幕上的扫描轨迹称为扫描光栅，光栅形状通常为矩形。

9、行扫描锯齿波电流线性上升，电子束从左逐渐移到右端，形成行正程扫描。

行正程扫描时间用　表示。

　　行扫描锯齿波电流线性下降，电子束从右快速返回左端，形成行逆程扫描。

行逆程扫描时间用　表示。

10、场扫描锯齿波电流线性下降，电子束从上端扫到下端形成场正程扫描。

场正程扫描时间用　　表示。

　场扫描锯齿波电流快速上升，电子束从下端快速返回上端，形成场逆程扫描。

场逆程扫描时间用表示。

11、消隐：

为了使图像清晰均匀，在逆程期间不传送图像信号。

在逆程时间让电子束截止，不显示图像，称为消隐。

12、隔行扫描：

将一帧（幅）图像分成两场进行扫描，第一场扫出奇数行，第二场扫出偶数行。

每一帧图像经过两场扫描全部像素。

13、将以上介绍的图像信号、复合消隐脉冲、复合同步脉冲（由行同步脉冲、开槽的场同步脉冲和前后均衡脉冲组成）构成黑白全电视信号,通常也称其为视频信号。

14、我国的模拟电视标准部分参数：

行同步宽度：

4.7μs；行消隐宽度即行逆程：

12μs；行正程52μs；行周期64μs；场频50Hz；

15、当β＜10%时，一般不感到有严重失真；β＜5%时，感觉不到有非线性失真。

16、几何畸变系数小于3%时，畸变不显著

17、图像清晰度：

是主观感觉到的图像细节呈现的清晰程度。

　　电视系统的分解力：

电视系统传送图像细节的能力。

　　通常用扫描行数来表征电视系统的分解力，称为标称分解力。

18、图像垂直方向的分解力：

系统沿图像垂直方向所能分解的像素数（或黑白相间的条纹数）。

19、亮度层次也称为图像的黑白层次、图像亮度梯度级数或灰度等级。

20、①正极性图像信号：

图像越亮，信号电平越高，称为正极性图像信号。

②负极性图像信号：

信号电平随着图像亮度的增加而减低，则称为负极性图像信号。

21、恒定亮度原理：

重现图像的亮度只由传送亮度信息的亮度信号决定。

22、大面积着色原理：

彩色电视系统在传送彩色景物时，只传送一个粗线条（大面积）的彩色图像，并配以亮度细节。

23、每一数字表示相应条的基色信号的百分比幅度，而基准则是组成白条的任一基色信号的幅度。

　　第1和第2数字分别表示组成无色条（黑、白条）的R、G、B的最大值和最小值；

　　第3和第4数字分别表示组成各彩条的R、G、B的最大值和最小值。

原理

1、像素：

像素越小，单位面积上的像素数目越多，由其构成的图像清晰度越高。

2、顺序传送系统－按顺序传送图像像素的方法构成的电视系统。

　　优点：

顺序传送系统只需要一条信道。

　　要求：

顺序传送系统必须迅速且准确。

迅速：

频次---大于临界闪烁频率

准确：

位置---收发端同步

　同步－－在顺序传送系统中，接收端每个像素的几何位置与发送端一一对应。

也称同频、同相。

3、　CCD摄像管

　　CCD摄像管（电荷耦合器件），是一种金属－氧化物－半导体（MOS）器件，为图像传感器而组成的摄像管。

　　CCD图像传感器分为：

光敏成像区、存储转移区两个区域。

　　光敏成像区的作用：

把由光学系统投射到其表面的光像转换成电的图像。

　　存储转移区：

通过电荷的转移把已形成的电图像的诸多因素按顺序传送的规则依次传送出去。

CMOS图像传感器

CMOS图像传感器是采用CMOS集成电路工艺制造的图像传感器，内部集成驱动、放大、处理及AD转换等电路。

CMOS和CCD的区别在于它的成像部分：

CCD为MOS结构，存储电荷，并经过转移，在片外放大转换为电压信号。

CMOS每个像素有自己的放大转换电路，在内部可以形成电压或电流信号，比较灵活，外围电路简单。

4、关于显像管原理

　由电子枪阴极发出的电子束，受控制栅极的控制，受偏转磁场作用，按一定的扫描规律以高速轰击荧光屏。

这种规律与摄像管中的扫描规律同步。

荧光屏上涂有一层荧光粉，在电子轰击下发光，发光强度正比于电子束携带的能量。

5、彩色电视系统原理

其原理：

彩色摄像机摄取景物时，首先通过摄像机的分光系统将景物的彩色光分解成3个基色光像，分别用3个摄像管来摄取。

从而获得3个基色信号ER0、EG0、EB0，经γ校正后成为ER、EG、EB信号，再经过加工与处理组合成一个复合信号进行传输。

　　在接收端，将收到的信号经过放大、加工、处理，复合信号又恢复成3个基色信号ER、EG、EB，经显示装置重现彩色图像。

6、帧扫描周期：

将一帧图像全部扫描完毕所需要的时间。

用TF表示。

　　则：

逐行扫描方式：

TF＝TV

　　　　　　隔行扫描方式：

TF＝2TV

　　所以，隔行扫描可以使帧频下降为场频的1/2。

7、隔行扫描的优点：

行扫描频率也可降低为逐行扫描时的1/2，信号带宽也降小1/2。

每帧画面的总行数仍与逐行扫描相同。

隔行扫描既保持了逐行扫描的清晰度，又降低了图像信号频带的目的。

8、隔行扫描的基本要求：

（1）下一帧扫描起点应与上一帧起始点相同，以保证各帧扫描光栅重叠；

（2）相邻两场扫描光栅必须均匀镶嵌，以获得最高清晰度。

如果两场光栅不是均匀镶嵌，垂直清晰度将大为下降。

9、　隔行扫描的缺点：

（1）行间闪烁效应

从电视图像整体来看，隔行扫描后图像场频保持在50Hz，高于临界闪烁频率，观看时不会感觉到闪烁。

但当图像中有一行亮线时，每秒只出现25次，低于临界闪烁频率，会感到闪烁，这叫行间闪烁。

（2）并行现象

并行现象有真实并行和视在并行。

在隔行扫描中，要求行、场扫描频率保持一定的关系，否则两场光栅不能均匀相嵌。

不均匀的极端是奇、偶两场光栅重合，称为真实并行，这时图像清晰度会降低一半。

当图像上有一物体垂直方向运动速度恰好是一场时间下移一行的距离时，该物体后一场图像与前一场相同，当观察者的视线随运动物体移动时，看起来是两行并成了一行，图像清晰度下降，这被称为视在并行。

（3）垂直边沿锯齿化现象

当图像上有物体水平方向运动速度足够大时，因隔行分场传送，相邻两行在时间上相差一个场周期，结果运动物体图像垂直边缘出现锯齿。

锯齿深度就是物体在一场时间内水平方向移动的距离。

10、行同步脉冲与场同步脉冲具有相同的幅度，不同的宽度，因而分离行、场同步脉冲的方法一般是借助于宽度分离电路——微分与积分电路的组合

11、开槽脉冲为了保持行同步信号的连续性，保证场同步期间行扫描的稳定，在场同步信号内开了五个小凹槽，形成了五个齿脉冲。

利用凹槽的后沿作为行同步信号的前沿。

凹槽叫做开槽脉冲。

12、为了消除奇数、偶数两场的时间误差，在场同步信号前后若干行内将行同步脉冲的频率提高一倍。

为了使频率提高后的行同步脉冲的平均电平不变，将这些脉冲的宽度减少为原来的一半，在场同步信号的前后各有五个脉冲分别称为前均衡脉冲和后均衡脉冲。

13、垂直分解力

　概念图像垂直方向的分解力：

系统沿图像垂直方向所能分解的像素数（或黑白相间的条纹数）。

影响因素：

1、受扫描行数Z的限制。

垂直分解力不等于也不超过每幅图像的扫描行数Z，因为在分解图像时，并非每一行都有效。

　　2、在场扫描逆程内，被消隐的行数不分解图像。

分解图像的有效行数为Z（1-β）。

　　3、由于被摄景物光像的象素与CCD感光单元的相对位置有关，并非每一有效行都能代表垂直分解力。

14、一般图像具有随机性，垂直分解力M介于Z（1-β）和Z（1-β）/2之间，即　　　M＝ke（1－β）Z，式中ke为凯尔系数。

考虑隔行因子ki的影响，则垂直分解力M表示为M＝keki（1－β）Z。

15、水平分解力：

电视系统沿图像水平方向所能分解的像素数（或黑白相间的条纹数）。

通道的频带宽度将限制图像的水平分解力。

当水平分解力与垂直分解力相当时图像质量最佳。

由于光栅宽度为高度的K倍（幅型比），水平方向的分解力为N＝KM＝KKe（1－β）Z。

16、γ校正：

在发送端采取预失真措施，使传输通道的　　　，从而使整个电视系统的　　　，这时系统的总传输特性是线性的，这种预失真方法称为γ校正。

（1）三基色及其三补色的色度不受传输系统非线性系数　的影响，重现彩色在色三角形中的坐标位置不变。

（2）C白的色度坐标不受的影响，即重现C白坐标位置不变。

　　（3）其它各种彩色经　　　的系统传输后，色度坐标将向三角形的三边或三顶点方向移动；而时，移动方向恰好相反，即向三角形中心或三边中心靠近。

　　就三角形内各点代表的彩色而言：

前一种情况饱和度增强；后一种情况饱和度下降。

17、电视图像信号的特点：

　　①电视图像信号是一系列的电脉冲，其电平大小与像素的亮度成比例。

------脉冲性

　　②图像亮度只有正值并不存在负值，因而视频图像信号也是单方向的。

------单向性

18、从电视图像信号的频谱分析来看，其能量主要分布在以行频及其各次谐波频率为中心的较窄范围内，余下较大的空隙可利用来传送彩色信息。

19、混合高频原理：

接收端获得的3个基色信号只包含较低的频率分量，其高频部分都用同一亮度信号的高频成分来补充。

这一原理既可以节省频带，又可以减轻亮度和色度信息的两种信号因共用频带而产生的相互干扰。

20、由于（G-Y）信号数值较小，作为传输信号对改善信噪比不利。

若传输另外两个色差信号，则在终端只要用简单的电阻矩阵就能恢复出（G－Y）。

所以，通常选用Y、（R－Y）、（B－Y）作为传输信号。

计算与分析（现提供计算相关公式）

1、行正程扫描时间>>行逆程扫描时间；二者之和为行周期；行周期的倒数即行频。

2、同上

3、规定：

　　　　　，α称行扫描逆程系数，一般在18%左右；　　，β称场扫描逆程系数，一般在8%左右。

4、在逐行扫描方式中，每场的光栅都应相互重叠。

每场的扫描行数用Z来表示。

则有：

　　　　　　TV＝ZTH或fH=ZfV

　　　即场周期是是行周期的整数倍。

5、收、发端场频不同（画图）

　　1、fV收＞fV发：

图像将不断向下移动。

　　2、fH收＜fH发：

图像将不断向上移动。

3、如果场频相同，相位不同，则出现如图现象。

　　频率相差越大，移动速度越快。

翻滚的频率等于收发的频率差。

6、如下彩色电视机所显示的图像，该电视机的什么模块肯定出现了问题？

由于电视机的行频和发端不同，相邻行的图像不能上下对应，出现错位，当行频差的比较多时，出现比较密的斜道；频率差异越小，斜道数越少，当频率相同时，没有倾斜，如果相位也相同，图像正常；频率相同，相位不同图像出现垂直黑条。

可以说该彩色图像为行频差异较大的情况。

a—复合同步信号

b—复合消隐信号

c—复合同步和复合消隐信号

7、分析视频信号波形

8、用扫描非线性系数β来度量非线性畸变的程度。

9、偏转磁场不均匀引起的非线性失真

10、逐行扫描时fV=fF，N＝KM＝KKe（1－β）Z

采用隔行扫描，则

作业相关公式

11、人眼最小分辨角为（M为垂直分解力）

将距离/图像高度D/h＝4，θ＝1.5分，代入得

取ke（1-β）=0.7，得出最大扫描行数

12、如右图分析恒定亮度原理

不论（R－Y）t、（B－Y）t怎样变化或混有干扰信号，都不会影响亮度。

亮度只由亮度信号Yt决定。

于是实现了恒定亮度。

13、利用亮度和色差的频谱分析混合高频原理

若取色差信号的频带为0MHZ～1MHZ，而亮度信号的频带为0MHZ～6MHZ，恢复出的3个基色信号为

重现图像的三基色信号只包含0MHZ～1MHZ的频率分量，而1MHZ～6MHZ范围内为亮度信号分量。

相当于在重现的彩色图像中增加了一个白光成分，只影响饱和度，不影响色调。

显示出的是粗线条的彩色图像，再附加黑白细节，正好与人眼视觉特性相适应。

14、饱和度和幅度的计算

　　彩条信号用四数码命名时，其百分数饱和度和幅度的计算为：

Emin是彩色条R、G、B的最小值；Emax是彩色条R、G、B的最大值；EW是白条R、G、B的幅度。

饱和度为彩色的特征与他的原始信号的多少有关系；

幅度与电视信号的传输有关。

15、