电视技术基础.ppt

第三章电视技术基础 2019 12 20 第三章电视技术基础 图像信号的摄取与传送 电视扫描 视觉特性与三基色原理 全电视信号 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 图像信号的摄取 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 图像信号的摄取 2019 12 20 图像信号的摄取 图2 1彩色摄像机组成框图 第一节图像信号的摄取与传送 2019 12 20 图像信号的传送 第一节图像信号的摄取与传送 2019 12 20 图像信号的传送 图2 2图像信号的发射过程 第一节图像信号的摄取与传送 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 一 图像的分解与传送 景物信息是三维空间和时间的函数 黑白电视只有景物亮度信息 电信号只是时间的函数 2019 12 20 1 像素的概念 第一节图像信号的摄取与传送 在图像处理系统中 这些组成画面的细小单元称为像素 一 图像的分解与传送 2019 12 20 1 像素的概念 第一节图像信号的摄取与传送 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 像素的亮度既是空间的函数 也是时间的函数 一 图像的分解与传送 2019 12 20 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 第一节图像信号的摄取与传送 2 图像帧 一 图像的分解与传送 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 3 同时制传送理论上讲 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 一 图像的分解与传送 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 3 同时制传送理论上讲 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 无法实现 一 图像的分解与传送 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 4 顺序制传送 一 图像的分解与传送 视觉暂留 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 4 顺序制传送 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 一 图像的分解与传送 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 4 顺序制传送 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 一 图像的分解与传送 2019 12 20 这种像素的顺序制传送具有两个特点 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 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 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 第一节图像信号的摄取与传送 4 顺序制传送 实际应用 一 图像的分解与传送 2019 12 20 第一节图像信号的摄取与传送 5 顺序转换的实现 扫描 一 图像的分解与传送 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 从左至右的扫描称为行扫描 自上而下的扫描称为帧 或场 扫描 CRT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 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 1 光电导摄像管与光电转换 光电导 摄像管是一种电真空器件 它主要由镜头 光电靶 电子枪 灯丝 聚焦线圈和偏转线圈 组成 光电靶由光敏半导体材料构成 具有受光作用之后电阻率变小的性能 靶面上的光图像使靶面各单元受光照的强度不同 因而其各单元的电阻率不同 与较亮像素对应的靶单元阻值较小 与较暗像素对应的靶单元阻值较大 这样一幅因像上各像素的不同亮度就表现为靶面上各单元的不同电阻值 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 从摄像管阴极发射出来的电子束 在电子枪的电场及偏转线圈的磁场力作用下 高速 顺序地扫过靶面各单元 当电子束接触到靶面某单元时 就使阴极 信号板 靶 负载 电源构成一个回路 在负载RL中就有电流流过 其电流大小取决于光电靶在该单元的电阻值大小 光照强处 对应阻值较小 流过负载的电流就较大 因而RL两端产生的压降也就较大 输出信号的电位也就越低 1 光电导摄像管与光电转换 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 威拉德 博伊尔 乔治 史密斯 高锟 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 CCD全称电荷耦合器件 它具备光电转换 信息存贮和传输等功能 具有集成度高 功耗小 分辨力高 动态范围大等优点 CCD图像传感器被广泛应用于生活 天文 医疗 电视 传真 通信以及工业检测和自动控制系统 2019 12 20 CCD单元的结构 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 2019 12 20 CCD单元的结构 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 光电转换和电荷存储 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 CCD的结构与电荷转移 每三个电极为一组 每个电极分别与三个位相不同的时钟脉冲电压V1 V2 V3 分别称为三相驱动时钟脉冲电压 相应的CCD称为三相式 电荷转移 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 CCD的结构与电荷转移 三相驱动时钟脉冲波形 电荷转移 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 电荷转移 1 t t1时 V1电极处于高电平 而V2电极处于低电平 故在V1下形成势阱 少数载流子会被收集到较深的势阱中 形成电荷包 2 t t2时 V1电极上栅压小于V2电极上栅压 故V1电极下势阱变浅 V2势阱变深 电荷更多流向V2电极下 由于势阱的不对称性 左浅右深 电荷只能朝右转移 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 电荷转移 3 t t3时 V2电极处于高电平 而V1电极处于低电平 故电荷聚集到V2电极下 实现了电荷从V1电极下到V2电极下的转移 4 同理可知 t t4时 电荷包从上一位的电极下转移到下一位的电极下 因此 时钟脉冲经过一个周期 电荷包在CCD上移动一位 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2 CCD单元与光电转换 电荷转移 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 3 面阵CCD摄像器件 帧间转移型CCD 成像区 存储区和水平移位寄存器三部分组成 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 3 面阵CCD摄像器件 帧间转移型CCD 4 下一场正程期间 成像区重新积累电荷 存储区开始转移和输出电荷 1 场正程期间 成像区完成光电转换并积累电荷 2 场消隐期间 成像区积累的整场信号电荷迅速转移到对应的存储区 3 在行逆程期间 将一行光生电荷送进读出寄存器 行正程期间 使这一行信号向输出结构转移 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 3 面阵CCD摄像器件 帧间转移型CCD 缺点 1 尺寸较大 2 每个光敏区既作感光单元 又作移位单元 会产生垂直拖尾现象 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 3 面阵CCD摄像器件 行间转移型CCD 行间转移式CCD结构 感光单元 水平移位寄存器和垂直移位寄存器三部分组成 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 3 面阵CCD摄像器件 行间转移型CCD 1 场正程期间 成像区完成光电转换并积累电荷 2 场消隐期间 成像区积累的电荷迅速转移到对应的垂直移位存储器 3 在行逆程期间 垂直移位存储器的电荷向下转移一个单元 最下行的电荷进入水平移位寄存器 4 下一场正程期间 水平移位寄存器将一行电荷顺序移至输出端 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 3 面阵CCD摄像器件 行间转移型CCD 缺点 1 感光面积减小 灵敏度低 2 反射产生类似垂直拖尾现象 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 3 面阵CCD摄像器件 帧 行间转移型CCD 2019 12 20 1 场正程期间 感光区形成电荷包形式的电子图像 2 场逆程期间 电荷包从感光区转移到垂直移位寄存器中 立即转移到存储区 3 场正程期间 从存储区向水平寄存器转移 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 3 面阵CCD摄像器件 帧 行间转移型CCD 2019 12 20 电光转换过程也就是显像过程 在电视系统中是通过电视接收机来完成 目前用于电光转换的显示器件主要有阴极射线管 Cathode RayTubes CRT 液晶显示器 LiquidCrystalDisplay LCD 等离子体显示器 PlasmaDisplayPanel DPD LED显示器等几种 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 CRT显示 液晶显示LCD 等离子显示PDP 2019 12 20 1 CRT显像管主要由电子枪 荧光屏 偏转线圈等组成 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2019 12 20 1 CRT显像管 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 由阴极发射出的电子束 在偏转线圈所产生的磁场力作用下 按从左到右 从上到下的顺序依次轰击荧光屏 屏面上涂有荧光粉 在电子束轰击下荧光粉发光 其发光亮度正比于电子束携带的能量 若将摄像端送来的信号加到显像管电子枪的阴极与栅极之间 就可以控制电子 束携带的能量 使荧光屏的发光强度受图像信号的控制 设显像管的电一光转换是线性的 实际为非线性的 那么 屏幕上重现的图像 其各像素的亮度都正比于所摄图像相应各像素的亮度 屏幕上便重现了发端的原图像 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 CRT显像管 彩色显像管的荧光屏上涂有三基色荧光粉 相应的电子束也有三束 它们分别受三基色电信号控制 阴罩板的作用是使三个电子束能准确打在各自的荧光粉上 彩色显像管结构示意图 2019 12 20 1 静会聚静会聚是指R G B电子束在无偏转时的会聚 也就是屏幕中心区域的会聚 产生静会聚误差的原因 由于电子枪R G B三阴极水平一字形排列制作过程中的工艺误差造成的 静会聚调整 通过装在管颈上的一对四极和一对六极磁环组成的静会聚调节装置来实现的 1 会聚会聚是指R G B电子束在任一扫描下 均能穿过同一个荫罩孔 以轰击同一组R G B荧光粉点 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 CRT显像管 2019 12 20 2 动会聚动会聚是指R G B电子束在偏转过程中的会聚 也就是屏幕边缘四角的会聚 产生动会聚误差的原因 由于R G B电子束在水平方向不是从同一点发射出 再加上荧光屏的曲率半径大于电子束偏转半径 使R G B电子束的会聚面与荫罩板仅仅在屏幕中心重合 于是在屏幕边缘四角产生较大的会聚误差 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 CRT显像管 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 CRT显像管 磁环组件 精密偏转线圈 四极和六极磁环 校正静会聚不良 色纯磁环 校正光栅的纯净程度 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 CRT显像管 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 1 CRT显像管 寿命长 2万小时 亮度 对比度大 清晰度高 对高速运动图像重显效果好 技术成熟 综合性价比最好 CRT显示器的主要优点 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 1 CRT显像管 CRT显示器的主要缺点 体积大 重量重 实现大尺寸显示有困难 光栅失真大 受地磁影响 全屏亮度不均匀 屏幕边沿和屏幕中心清晰度不同 存在辐射 功耗较大 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 1 CRT显像管 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 1 CRT显像管 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 LCD电视 2019 12 20 机械横波与纵波的区别 机械波穿过狭缝 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2019 12 20 偏振片由特定的材料制成 它上面有一个特殊的方向 叫做透振方向 只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片 偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板 让光线通过会出现什么现象 2019 12 20 光源直接发出的光 自然光 V 自然光 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 当只有一块偏振片时 以光的传播方向为轴旋转偏振片 透射光的强度不变 当两块偏振片的透振方向平行时 透射光的强度最大 但是 比通过一块偏振片时要弱 当两块偏振片的透振方向垂直时 透射光的强度最弱 几乎为零 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 液晶 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 TN向列扭曲 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 STN向列扭曲 TN向列扭曲 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像管 2 LCD显示器 2019 12 20 二 扫描的实现与光电转换 第一节图像信号的摄取与传送 4 电光转换与显像