[理学]电视传像基本原理ppt课件

1、第2章 电视传像根本原理n电视系统的组成：由摄像、传输、显像三部分组成。电视系统的组成：由摄像、传输、显像三部分组成。n其中涉及信号方式变换、信号选择与编码、各种参其中涉及信号方式变换、信号选择与编码、各种参量确实定、失真的校正等一系列传输、处量确实定、失真的校正等一系列传输、处 理信号理信号的方法与原理。的方法与原理。n2.1、电视系统组成原理、电视系统组成原理n1、图像的表示法、图像的表示法n亮度亮度 L=f (x,y,z,tn颜色颜色 H=f (x,y,z,t)n色饱和度色饱和度 S=f (x,y,z,t)n亮度方程亮度方程: L=f (x,y,t) 图像的顺 序传输n什么是像素什么是像

2、素A和和B?n构成一幅图像的根本单构成一幅图像的根本单元元n传送的种类传送的种类n同时制：信道太多同时制：信道太多n顺序制：坚持同步顺序制：坚持同步n什么是扫描什么是扫描n将图像转变成顺序传送将图像转变成顺序传送的电信号的过程。的电信号的过程。n 顺序传送电视系统顺序传送电视系统AB像素的概念像素的概念 像素的传送具有以下两个特点像素的传送具有以下两个特点: 第一是要求传送速度快。第一是要求传送速度快。 第二是传送要准确第二是传送要准确顺序传输电视系统顺序传输电视系统传输通道112233 传输语音信号的无线电广播,主要包括发射与接纳两大部分。在发端主要完成将语音变为电信号(称音频信号),并经放

3、大、调制,然后由天线以高频电磁波方式发射出去。收端那么正好相反,将收到的高频电磁波经高放、解调、音频放大,最后送扬声器发出声音。图1给出了无线电语音广播原理图。(音频技术电子扫描电子扫描 1. 逐行扫描逐行扫描 在电视系统中在电视系统中,摄像管和显像管的外面都摄像管和显像管的外面都装有偏转线圈装有偏转线圈,当线圈中分别流过如下图的行、当线圈中分别流过如下图的行、场锯齿波扫描电流时就会产生相应的垂直方向与场锯齿波扫描电流时就会产生相应的垂直方向与程度方向的偏转磁场程度方向的偏转磁场,在这两个磁场的共同作用在这两个磁场的共同作用下下,使电子束作程度与垂直方向的扫描运动。使电子束作程度与垂直方向的扫

4、描运动。 图 逐行扫描电流波形(a)行扫描电流波形; (b)场扫描电流波形 据左手定那么，电子束经过垂直磁场据左手定那么，电子束经过垂直磁场应产生程度偏转，从而实现电子束应产生程度偏转，从而实现电子束的程度扫描。的程度扫描。 图 光栅外形(a)只需行扫描; (b)只需场扫描; (c)行、场扫描同时存在 图 偏转线圈构造表示图(a)行偏转线圈; (b)场偏转线圈2. 隔行扫描隔行扫描 所谓隔行扫描所谓隔行扫描,就是在每帧扫描行数仍就是在每帧扫描行数仍为为625行不变的情况下行不变的情况下,将每帧图像分为两场来将每帧图像分为两场来传送传送,这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传这两场分别称为奇场和偶场

5、。奇数场传送送1,3,5,奇数行奇数行;偶数场传送偶数场传送2,4,6,偶数行。偶数行。 图 隔行扫描光栅及电流波形(a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形 第一场第一场(奇场奇场),从左上角开场按从左上角开场按11,33,顺序扫描顺序扫描,直直到最下面的中点到最下面的中点a为止为止,合计合计 行行,完成了第一场正程扫描。完成了第一场正程扫描。 第二场第二场(偶场偶场),扫描从扫描从a点开场点开场,先完成第一场扫描留下的先完成第一场扫描留下的半行半行a11行的扫描行的扫描,接着完成接着完成22,44,等偶数行的扫描。等偶数行的扫描。 扫描 n将图象转变成顺序传送的电信号的过程

6、，在将图象转变成顺序传送的电信号的过程，在电视技术中称为扫描。电视技术中称为扫描。n1：行扫描：自左到右的扫描：行扫描：自左到右的扫描.n2：场扫描：自上而下的扫描：场扫描：自上而下的扫描.n L=fL(x,y,t) x=x1(t) y=y1(t) n L=fLx1(t),y1(t),t uL=f(t)n电视扫描曾经把图象信息在空间行和时电视扫描曾经把图象信息在空间行和时间场上离散化了，但在一定间隔外观看间场上离散化了，但在一定间隔外观看仍能构成延续的觉得。仍能构成延续的觉得。 光和电的转换原理n一、摄像一、摄像n电子枪的组成：灯丝、阴极、电子枪的组成：灯丝、阴极、n 控制栅极、加速极和聚焦极

7、。控制栅极、加速极和聚焦极。n光电靶的等效电路光电靶的等效电路CnRnR1C1视频信号CEcc电源R 同时制彩电传送 RGBEREGEB镜头分色系统红绿蓝信号处理与传送ER0EG0EB0EREGEB彩色显像管1/1/1/ 彩色显像管EREGEB电子枪偏转线圈荧光屏彩色图像的重现同时投影混色法红管绿管蓝管银幕投影管 电视扫描原理n一、逐行扫描n一行紧跟一行的扫描方式。n TvtTvriviH 隔行扫描 n一、隔行扫描的提出一、隔行扫描的提出n1：定义、是将一帧电视图像分成两场进展扫描从：定义、是将一帧电视图像分成两场进展扫描从上到下为一场。上到下为一场。n帧频帧频=25Hz 场频场频=50Hz

8、n帧周期帧周期=40 ms 场周期场周期=20msn2：隔行扫描的缺陷：隔行扫描的缺陷n1行间闪烁效应行间闪烁效应,n2并行景象并行景象,n3“锯齿景象锯齿景象. 隔行扫描光栅n9111112345678101112345678910aa135791113579aa246810246810a图 隔行扫描光栅及电流波形(a)每帧光栅;(b)行扫描电流波形;(c)场扫描电流波形 n 第一场第一场(奇场奇场),从左上角开场按从左上角开场按11,33,顺序扫描顺序扫描,直到最下面的中点直到最下面的中点a为止为止,合计合计 行行,完成了第一场正程扫描。完成了第一场正程扫描。n 第二场第二场(偶场偶场),

9、扫描从扫描从a点开场点开场,先完成第先完成第一场扫描留下的半行一场扫描留下的半行a11行的扫描行的扫描,接着接着完成完成22,44,等偶数行的扫描。等偶数行的扫描。 (a)正极性亮度递减信号;(b)负极性亮度递减信号;(c)普通的负极性图像信号 (a)复合同步信号复合同步信号;(b)复合消隐信号复合消隐信号; (c)复合同步与复合消隐信号复合同步与复合消隐信号(a)分别电路原理图分别电路原理图; (b)各点波形各点波形(a)复合同步信号复合同步信号;(b)积分输出波形积分输出波形;(c)加有平衡脉冲的加有平衡脉冲的复合同步信号复合同步信号;(d)加有平衡脉冲后加有平衡脉冲后的积分器输出波形的积

10、分器输出波形 扫描的同步n一、扫描的同步一、扫描的同步n什么是同步：是指接纳什么是同步：是指接纳端与发射端的扫描点有端与发射端的扫描点有一一对应的几何位置。一一对应的几何位置。n二、消隐脉冲与复合同二、消隐脉冲与复合同步脉冲步脉冲n为了使扫描逆程光栅不为了使扫描逆程光栅不显示消隐，需求参显示消隐，需求参与行、场消隐脉冲，使与行、场消隐脉冲，使扫描逆程期间电子被截扫描逆程期间电子被截止。这时的图像信号电止。这时的图像信号电平称为消隐电平。平称为消隐电平。n同步同步发射极接纳极AABBCC 视频系统n摄像系统摄像系统视频放大器视频放大器扫描高压电路扫描高压电路同步分别电路同步分别电路同步机同步机扫

11、描电路扫描电路高压高压扫描电流扫描电流视频信号扫描电流扫描电流同步脉冲同步脉冲同步脉冲同步脉冲消隐脉冲消隐脉冲视频信号视频信号同同步步脉脉冲冲复合同步和前后开槽脉冲复合同步和前后开槽脉冲开槽场同步脉冲与平衡脉冲奇数场偶数场H2、5HH/2H/2第三节电视图像的根本参数n一、电视图像的根本特征：图像尺寸与几何外形；一、电视图像的根本特征：图像尺寸与几何外形；图像对比度与亮度的层次；图像的色度；图像的明图像对比度与亮度的层次；图像的色度；图像的明晰度；图像的延续性。晰度；图像的延续性。n二、电视系统的一系列目的和规范二、电视系统的一系列目的和规范n扫描参量的选择帧频、场频、行频、扫描行数；扫描参量

12、的选择帧频、场频、行频、扫描行数；系统通频带的选取；系统通频带的选取；n系统系统 校正系数确实定；校正系数确实定；n系统各种非线性失真系数确实定；系统各种非线性失真系数确实定；n彩色电视制式确实定；彩色电视制式确实定；n荧光粉色度坐标与基准白确实定。荧光粉色度坐标与基准白确实定。 图像的几何特征 n常见的几种失真常见的几种失真方式方式n行线性失真行线性失真n场线性失真场线性失真n枕形失真枕形失真n桶形失真桶形失真nS形扭曲失真形扭曲失真n图形和波形在图形和波形在P60DminHmaxHminDmax图像的延续性与场频确实定n选择场扫描频率时要思索不出现光栅闪烁、不易选择场扫描频率时要思索不出现

13、光栅闪烁、不易受干扰、传送活动图像时有延续觉得、图像信号受干扰、传送活动图像时有延续觉得、图像信号占用频带不应太宽。占用频带不应太宽。fc=algLm+b(Lm是光脉是光脉冲宽度冲宽度n人眼的临界闪烁频率与许多要素有关：人眼的临界闪烁频率与许多要素有关：n屏幕亮度、图像内容的变化、观看条件以及荧屏幕亮度、图像内容的变化、观看条件以及荧 光粉的余辉时间。光粉的余辉时间。n场频场频fv和电源任务频率和电源任务频率f=50HZ有关。有关。扫描电流与重现图像的关系扫描电流与重现图像的关系(a)线性扫描线性扫描,图像无失真图像无失真;(b)行扫描非线性行扫描非线性,产生左伸、右缩的非线性失真产生左伸、右

14、缩的非线性失真;(c)场扫描非线性场扫描非线性,产生上拉、下压的非线性失真产生上拉、下压的非线性失真扫描行数及有关参数确实定1n一：明晰度与分解力一：明晰度与分解力n图象明晰度是客观觉得到的图象细节的明晰程度。图象明晰度是客观觉得到的图象细节的明晰程度。n电视系统的分解力是电视系统传送图象细节的才干。电视系统的分解力是电视系统传送图象细节的才干。n标称分解力标称分解力- 用扫描行数来表示电视系统的分解力。用扫描行数来表示电视系统的分解力。n二：垂直分解力二：垂直分解力n它取决于系统沿图象垂直方向所能分解的像素数，它与扫它取决于系统沿图象垂直方向所能分解的像素数，它与扫描行数有关，但小于扫描行数

15、描行数有关，但小于扫描行数.n有效行数为有效行数为Z1-n垂直分解力垂直分解力M=KeKi1-Z n Ki为隔行因子为隔行因子Ki=0.60.7nKe=0.76扫描行数及有关参数确实定2n三：程度分解力三：程度分解力n 沿着图象程度方向电视系沿着图象程度方向电视系统所能分解的像素数。统所能分解的像素数。nN=KKe1-Z K表示为幅型比表示为幅型比n四：图象信号的最高频率四：图象信号的最高频率-电视通道的频带宽度电视通道的频带宽度nfmax=Kke(1-)/(1-)fvZn=0.18 =0.08n视频带宽视频带宽=6MHZ。K(f)f06MHZtd 扫描行数Z确实定nfmax=Kke(1-)/

16、(1-)fvZn扫描行数愈多扫描行数愈多,图像被分解的像素愈多图像被分解的像素愈多,图像愈精细明图像愈精细明晰晰,但是信号带宽愈宽但是信号带宽愈宽,将导致在一定波段的电视频道将导致在一定波段的电视频道的数目减少的数目减少,同时将导致电视设备复杂化同时将导致电视设备复杂化.n=3438h/DM(分分) min=11.5nMmax=3438h/D=573nZmax=Mmax/0.7=819nfmax=10MHZ 我国采用我国采用Z=625行行 n行频行频fH=fFZ=25625=15625(HZ) 视频图像信号n它是指经扫描、光它是指经扫描、光电转换过程由光像转变成的电电转换过程由光像转变成的电信

17、号，或再经过校正和线性组合等处置过程而构成信号，或再经过校正和线性组合等处置过程而构成的视频信号。的视频信号。n一：黑白图像信号一：黑白图像信号n摄像时经过电子扫描，图象上下不同明暗程度的像摄像时经过电子扫描，图象上下不同明暗程度的像素分布就变成了按时间顺序陈列的强弱不同的电信素分布就变成了按时间顺序陈列的强弱不同的电信号电压或电流所以电视图像信号是一系列的电号电压或电流所以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正比例，它是一脉冲，其电平大小与像素的亮度成正比例，它是一方向性，只需正值没有负值，但是它有正极性方向性，只需正值没有负值，但是它有正极性和负极性。和负极性。黑白图像信

18、号的波形tt(t)tu(t)黑黑灰灰 白灰 白00阴极高压控制栅极加速极e偏转线圈2.全电视信号的频谱全电视信号的频谱 所谓频谱所谓频谱,就是电信号的能量按频率分布的曲线。全电就是电信号的能量按频率分布的曲线。全电视信号的频谱视信号的频谱,应是它所包含的主体信号应是它所包含的主体信号(图像信号图像信号)与辅助信与辅助信号的频谱之和。号的频谱之和。 归纳起来归纳起来,图像信号的频谱具有如下特征图像信号的频谱具有如下特征: (1)以行频及其谐波为中心以行频及其谐波为中心,组成梳齿状的离散频谱。组成梳齿状的离散频谱。 (2)随着行频谐波次数的增高随着行频谐波次数的增高,谱线幅度逐渐减小。谱线幅度逐渐

19、减小。 (3)实际证明实际证明,无论是静止或活动图像无论是静止或活动图像,围绕行谱线分布的场围绕行谱线分布的场频谐波次数不大于频谐波次数不大于20(即图中即图中m20)。按。按m=20计算计算,各谱线群所占各谱线群所占频谱宽度仅为频谱宽度仅为2mfv=202050=2kHz,相邻两主谱线间距为相邻两主谱线间距为15.625kHz,可见各群谱线间存在着很大的空隙。可见各群谱线间存在着很大的空隙。 黑白图像信号频谱n当是当是A图时图时nE(t)= Cnejnn当是当是B图时图时nE(t)= 请看书请看书P72n从电视图象信号的频谱分从电视图象信号的频谱分析来看，其能量主要分布析来看，其能量主要分布

20、在以行频及其各次谐波频在以行频及其各次谐波频率为中心的较窄范围内，率为中心的较窄范围内，余下较大的空间可利用来余下较大的空间可利用来传送彩色信息。传送彩色信息。ABfnfH(n+1)fH (n+2)fH(n+3)fH亮度信号、色差信号及其组成原理n在摄像端由彩色图象转变为三基色在摄像端由彩色图象转变为三基色信号输出；在显像端又由三基色信信号输出；在显像端又由三基色信号重现彩色图象。号重现彩色图象。n一：恒定亮度原理一：恒定亮度原理n重现图象的亮度只由传送亮度信息重现图象的亮度只由传送亮度信息的亮度信号来确定的亮度信号来确定n二：大面积着色原理二：大面积着色原理n从人眼对亮度细节和色度细节的分从

21、人眼对亮度细节和色度细节的分辨力不同出发，彩色电视系统在传辨力不同出发，彩色电视系统在传送彩色景物时，可以只传送一个粗送彩色景物时，可以只传送一个粗线条大面积的彩色图像并配以线条大面积的彩色图像并配以亮度细节。亮度细节。n三：混合高频原理三：混合高频原理n在接纳端所恢复的三基色信号也只在接纳端所恢复的三基色信号也只包含较低的频率分量，它们的高频包含较低的频率分量，它们的高频部分用同一亮度的高频部分来补充部分用同一亮度的高频部分来补充规定规定摄像机显像管传输R0G0RGBB0景物R0G0B0YR-YB-YfKf)06MHZ1.5MHZ 亮度信号和色差信号1n彩色和黑白的兼容性满足以下条件：彩色和

22、黑白的兼容性满足以下条件：n1：必需传送一个与黑白电视一样的亮度信号，：必需传送一个与黑白电视一样的亮度信号，并坚持与黑白电视信号一样的频带宽度。并坚持与黑白电视信号一样的频带宽度。n2：需求传送两个代表色度的信号根据恒定亮：需求传送两个代表色度的信号根据恒定亮度原理；它们不含有亮度信息；度原理；它们不含有亮度信息；n3：在传输黑白图像时，三个基色信号相等，：在传输黑白图像时，三个基色信号相等，R=G=Bn根据根据2，这时两个代表色度的信号等于零，这时两个代表色度的信号等于零n4：代表色度的两个信号是相互独立的：代表色度的两个信号是相互独立的n5：三个基色信号与三个传输信号之间的转换：三个基色

23、信号与三个传输信号之间的转换关系要简单关系要简单 亮度信号和色差信号2n Y=0.30R+0.59G+0.11B nR-Y=R-(0.30R-0.59G-0.11B)=0.70R-0.59G-0.11B (1)nB-Y=B-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R-0.59G+0.89B (2)nG-Y=G-(0.30R+0.59G+0.11B)=-0.30R+0.41G-0.11B (3) n(R-Y)=-0.59/0.30(G-Y)-0.11/0.30(B-Y)n(B-Y)=-0.30/0.11(R-Y)-0.59/0.11(G-Y)n(G-Y)=-0.30/0.59(R-Y)

24、-0.11/0.59(B-Y)n由于G-Y信号数值较小，作为传输信号对改善信噪比不利。n R Yn G R-Yn B B-Y 亮度信号和色差信号3n在接纳端在接纳端nR-Y+Y=RnG-Y+Y=GnB-Y+Y=Bn用信号表示式来阐明恒用信号表示式来阐明恒定亮度和高频混合原理定亮度和高频混合原理n假设显像管的转换特性假设显像管的转换特性是线形的，传输系统亦是线形的，传输系统亦是线形的，那么摄像断是线形的，那么摄像断不要进展不要进展校正，校正，Y=Y0，正确反映原景，正确反映原景物的亮度物的亮度nPag75fMHZ1MHZfMHZK(f)K(f)1MHZ6色差信号带宽00视频信号带宽 规范彩条信号1n规范彩条信号规范彩条信号n它是由彩色信号发生器产生的一种电信它是由彩色信号发生器产生的一种电信号，它可以在接纳机或监视器屏幕上显号，它可以在接纳机或监视器屏幕上显示出八条等宽的竖条。示出八条等宽的竖条。n它有两种命名法它有两种命名法n1：二数码命名法：二数码命名法n2：四数码命名法：四数码命名法n100-0-100-0 第一和第二数字分别表第