电视原理 基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二讲,第,1,章,视觉特性与三基色原理,1,1,光的特性,人类视觉的产生过程？,光波人眼成像 光敏细胞、视神经 大脑视区 综合处理,第,1,章,视觉特性与三基色原理,1,1,光的特性,电视是根据人,眼视觉特性,以一定的信号形式,实时,传送活动景物的技术。,为了更好的学习电视原理，有必要先介绍,光的某些基本特性,。,1,电磁辐射波谱和功率分布,1,）光是什么？,2,）,什么叫可见光？,3,）不同波长的光呈现的颜色是否相同？,4,）单色光，复合光,电磁波形式存在的物质,人眼可以看到的光，波长范围,380 nm到,780nm,波长由长到短，颜色依次为：,红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,光谱辐射功率,：,指定波长处单位波长间隔内的辐射功率,2,光源,彩色感觉决定于什么？同一物体在不同光源照射下呈现的彩色相同么？,能从看到的颜色来判断光谱的分布么？,既决定于人眼对可见光谱中的不同成分有不同的视觉效果的功能，又决定于光源所含的光谱成分以及景物所反射（或透射）和吸收其中的某些成分的特性；,不能，因为虽然一定的光谱分布表现为一定的颜色，但同一颜色则可由不同的光谱分布而获得。例如，黄色可以由单一波长的黄光产生，也可以由两种波长不同的光,(,红光和绿光,),按一定比例混合而产生，二者给人的颜色感觉却是相同的。,2,光源,色源的种类？,发光的物体,：光源照射下，反射（或透射）一定的光谱成分和吸收其余部分呈现彩色；,不发光的物体,：自身的光谱功率分布，引起人眼一定的彩色。,3,色温和标准光源,为什么引入色温？,通常的照明光源，如太阳、日光灯、白炽灯泡等所发出的光虽然都笼统地称其为白光，但由于发光物质不同，它们的光谱成分相差很大，用它们照射相同物体时，呈现的颜色则相差较大。例如，白炽灯泡偏橙红（呈暖色调），而汞灯偏青蓝（呈冷色调）。为了,比较和区别各种光源的特性,，国际照明委员会,(CIE),规定了,A,、,B,、,C,、,D,、,E,等几种标准白色光源，并以基本参量“色温”予以表征。,3,色温和标准光源,什么叫色温？,色温是以完全辐射体（绝对黑体）的加热温度来定义的。所谓,绝对黑体,是指既不反射光、也不透射光，而完全吸收入射光的物体，被加热时的电磁波辐射波谱仅由温度决定。随着温度的增加，黑体辐射能量将增大，其功率波谱向短波方向移动。所以当温度升高时，不仅亮度增大，其发光颜色也随之变化。为了区分各种光源的不同光谱分布与颜色，可以用绝对黑体的温度来表征。,当绝对黑体在某一特定绝对温度下，所辐射的光谱与某光源的光谱具有相同的特性时，则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的色温,，单位以,K,表示。例如，温度保持在,2800 K,时的钨丝灯泡所发的白光，与温度保持在,2854K,的绝对黑体所辐射光的功率波谱基本一致，于是既称该白光的色温即为,2854K,。可见、,色温并非光源本身的实际温度，而是表征光源波谱特性的参量。,A,光源,：相当于,2800 K,钨丝灯所发的光。其色温为,2854K,。,它的光谱能量分布主要集中于波长较长的区域，因而,A,光源的光总带着橙红色。,B,光源,：相当于中午直射的太阳光。其色温为,4800 K,。,在实验室中可由特制的滤色镜从,A,光源中获得。,C,光源,：相当于白天的自然光。色温为,6774K,。,其波谱成分在,400,500nm,处较大，因此,C,光源的光偏蓝色。它被选作为,NTSC,制彩色电视系统的标准白光源。,D,光源,：相当于白天平均照明光。因其色温为,6500 K,，,故又称,D,65,光源。它被选作为,PAL,制彩色电视系统的标准白光源。,E,光源,：是一种理想的等能量的白光源，其色温为,5500 K,。,其光谱能量分布是一条平行于横轴的水平直线，在可见光波长范围内，各波长具有相同的辐射功率。采用这种光源有利于彩色电视系统中问题的分析和计算。这种光源在实际中是不存在的，是假想的光源。,1,2,人眼的视觉特性,1,2,1,眼睛的构造,角膜,光线从这里进入眼内,巩膜,起巩固及保护眼球的作用,虹膜,随不同种族有不同颜色,脉络膜,起遮光作用,瞳孔,借助虹膜的环状肌肉组织调节，控制进入眼睛内部的光通量,视网膜层,有大量光敏细胞组成，分杆体细胞与锥体细胞，前者指辨别明暗，后者能辨别光的强弱，又能辨别颜色，这些细胞与视神经末梢连接，汇集到视网膜上一点通向大脑，此点称盲点,晶状体,通常说的眼球，起透镜的作用，靠睫状肌调节，从而改变焦距,玻璃体,起保护眼睛的滤光作用,1,2,2,光的度量,1,）,辐射功率,v(,),为了确定人眼对不同波长光的敏感程度，可以在产生,相同亮度 感觉,的情况下，测出各种波长光的辐射功率,v(,),，,v(,),越大，说明该波长的光越不容易被人眼所感觉，反之人眼对它的敏感程度越高；,2,）,光谱光视效能,K(,),v(,),的倒数来衡量视觉对波长为,的光的敏感程度,，,Km=K(555),3,）,视觉光谱光视效率V(,),曲线,任意波长光的光谱光视效能,K(,),与,Km,之比称为光谱光视效率，用,V(,),表示,V(,)=K(,)/K(555)=,v(555)/,v(,),为得到相同的主观亮度感觉，在波长为,555nm,时，所需光的辐射功率最小，随着波长增大或减小，所需辐射功率不断增长，效能不断下降。,光的度量单位,发光强度,用符号,I,表示，单位坎,(,cd,),，是一光源在给定方向上 的发光强度，该光源发出频率为,540*10,12,Hz,的单色辐射，而且在此方向上的辐射强度为,1/683 W/,sr,。,光通量,按人眼光感觉来度量的辐射功率，用符号,(,v),表示，单位流明,(lm),，是发光强度为,1,坎的点光源，在某,1,球面度立体角内发射的光通量。,当,555nm,的单色光辐射功率为,1W,时，所产生的光通量,683lm,。在其他波长时，由于,V,(,),下降，相同的辐射功率所产生的光通量均随之下降。,合成光的光通量为各波长光的光通量之和,光亮度,用以表示发光面明亮程度 单位为坎,/,米,2,cd/m,2,用,Lv,表示。,光照度,单位勒,(,克斯,),，符号,lx 1,勒克斯等于,1,流明的光通量均匀分布于,1,平方米面积上的光照度。,注：,1,球面度,曲面对应的球面面积除以半径平方得到的数值，全球面对应的度数为,4pi,各种环境照度值：单位,lx,黑夜：,0.0010.02,；月夜：,0.020.3,；阴天室内：,550,；阴天室外：,50500,；晴天室内：,1001000,；,夏季中午太阳光下的照度：约为,10*9,次方；,阅读书刊时所需的照度：,5060,；家用摄像机标准照度：,1400,。,部分光源的亮度值：单位,cd/m,太阳：,1.5*10,9,；日光灯：（,510,）*,10,；月光（满月）：,2.5*10,；,黑白电视机荧光屏：,120,左右；彩色电视机荧光屏：,80,左右,1,2,3,亮度、彩色与立体视觉,1,、明暗视觉,明视觉过程主要由锥体细胞完成的，既产生明暗感觉又产生彩色感觉。当光线暗到一定程度时，只有杆体细胞起作用，人眼分辨不出光谱中的颜色。,2,、彩色视觉,彩色视觉是人眼的一种明视觉功能。为确切表示某一彩色光，采用,3,个基本参量：亮度（明度）、色调和饱和度（纯度）,亮度,，这里是指彩色光作用于人眼引起明暗程度的感觉，通常用,Y,来表示；亮度与色光的能量及波长的长短有关。,色调,，即彩色光的颜色类别。通常所说的红色、绿色、黄色等等就是指不同的色调。上面所说的不同波长的光所呈现的颜色不同，实际上就是指其色调不同。如果改变彩色光的光谱成分，就必然引起色调的变化。例如，在红光中混入绿光就会使人们感觉到色调变成黄色。至于彩色物体的色调，则取决于物体在光线照射下，所反射的光的光谱成分。不同光谱成分的反射光使物体呈现不同的色调。对于透光物体，其色调由透射光的波长决定。显然，彩色物体的色调也同样与照射它的光源有关。,饱和度,，是指颜色的深浅程度，即颜色的浓度。对于同一色调的彩色光，其饱和度越高，它的颜色就越深；饱和度越低，它的颜色就越浅。在某一色调的彩色光中掺入白光，会使其饱和度下降，掺入的白光越多，其饱和度就越低。,色调和饱和度合称为色度,。色度即说明彩色光颜色的类别，又说明了颜色的深浅程度。在彩色电视系统中，所谓传输彩色图像，实质上是传输图像像素的亮度和色度。,3,、立体视觉,形成双眼立体视觉的主要因素是双眼视差和辐辏。,双眼视差,是指人的两眼相距约为,58mm72mm,，同时观看同一物体，成像会出现差异，该信息送到大脑经处理后便形成立体感觉；,当被观看景物未能在左、右两眼相应点上成像时，看到的将是二重像，眼珠需做旋转运动，使景物在眼中的成像重合，该运动称为,辐辏,。,人眼视野很宽，水平约,220,度，垂直约,130,度,1,2,4,眼睛的视觉范围与视亮度,亮度感觉,，即包括人眼所能感觉到的最大亮度与最小亮度的差别及在不同环境亮度下对同一亮度所产生的主观明亮程度的感觉。,(1),人的视觉范围？是否能同时感受到这个范围？,很宽，能感受到的亮度范围大约从百分之几,cd/m2,到几百万,cd/m2(,但不能同时感受到这样大的亮度范围，当人眼适应了某一平均环境亮度之后，视觉范围就变得小多了。之所以如此，是因为人眼的感光作用有随外界光的强弱而自动调节的能力,),。,(2),什么叫对比度？,景物和图像中最大亮度与最小亮度的比值。在适当的平均亮度下，能分辨的最大亮度与最小亮度之比为,100:1;,当平均亮度很低时，这个比值只有,10:1,。,1,2,4,眼睛的视觉范围与视亮度,(3),在不同环境亮度下，人眼对同一亮度的主观感觉相同吗？,不同，在明亮的白天，如果有人在你身边打开手电筒，你可能毫无亮度明显增加的感觉；但若是漆黑的夜晚，即使离你较远有人划一根火柴，你也会感觉到光亮。实验表明，人眼察觉亮度变化的能力是有限的，且随着亮度,L,的增大，能觉察的最小亮度变化,L,min,也增大；但在相当大的亮度范围内，可察觉的最小亮度变化与相应亮度之比,(,Lmin,/,L,),却等于一个常数，称为费赫涅尔系数，,L,min,为可见度阈值。,综上所述，人眼的视亮度差别决定于相对亮度变化，视亮度增量,S,可用相对亮度增量来衡量，,S=,kL,/L,经积分得到视亮度,S=klnL+k0=klgL+k0,，表明视亮度与亮度,L,的对数成线性关系。,k=kln10,k0,k,均为常数。,视亮度与亮度的关系曲线,纵坐标单位为级,横坐标单位,cd/m,2,曲线表明人眼的视觉范围相当宽，但在实际条件下观看某一景物时，眼睛已适应于某一平均亮度，此时能分辨景物中各种不同亮度的视觉范围就小得多。,如上图,对适应于,C,点亮度条件下的人眼对,A,点的视亮度非常明亮；但对适应于,B,点亮度条件下的人眼对,A,点视亮度却是比黑还黑。由此可见，人眼在适应于某一平均亮度后，在较小的亮度范围内就可引起黑白的感觉。,上述特性告诉我们：电视重现景像的亮度无需等于实际景物的亮度；人眼不能觉察出的亮度差别，在重现景像时可不予精确复制，只要,保持重现图像的对比度,，就会有十分逼真的感觉。这给电视图象的传输与重现带来了极大的方便。,观看实况转播时，现场的亮度范围可能是,200cd/m220000cd/m2,，电视屏幕上的亮度范围仅有,2cd/m2200cd/m2,，但仍可获得真实的主观感觉，因为对比度同为,100,。,1,2,5,人眼的分辨力,人眼的分辨力,是指人在观看景物时人眼对景物细节的分辨能力。,(1),人眼黑白细节分辨力,人眼对被观察物体上能分辨的相邻最近两点的视角,的倒数称为人眼的分辨力或视觉锐度,用,D,表示人眼与图像之间的距离；,d,表示能分辨的相邻最近两点之间的距离；,表示人眼对该两点的视角，以分为单位，可导出：,=3438 d/D,，于是,分辨力等于,1/,。通常视角,为,11.5,。,(2),人眼彩色细节分辨力,人眼对彩色细节的分辨力远比对黑白细节的分辨力是低还是高？人眼对不同色调细节的分辨力是否相同？,低；对不同色调细节的分辨力也不相同；当在白色背景上能分辨出的黑色细节直径为,1mm,时，同样条件下，在红色背景上能分辨出绿色细节的直径就要增大到,2.5mm,，如果眼睛对黑白细节的分辨力定为,100%,，实验测得人眼对各种彩色细节的分辨力如下表：,人眼分辨景物彩色细节的能力很差，因此彩色电视系统在传送彩色图像时，黑白细节传送多一些，而彩色细节少一些。,(3),人眼饱和度分辨力,人眼能分辨出自然界中各种颜色具有不同的饱和度，但对不同颜色的饱和度变化却有不完全一样的灵敏度。在黄色区，人眼只能分辨出,4,级饱和度，而在红色、蓝色区域，灵敏度较高，可以分辨出,25,个等级。,1,2,6,视觉惰性与闪烁感觉,当一定强度的光突然作用于视网膜时，不能在瞬间形成稳定的视亮度，而有一个短暂的过渡过程；,随着作用时间的增大，视亮度由小到大，达到最大值后又降低到正常值；,在某些亮度下，最大视亮度比正常亮度大得多；,短暂的光刺激比较长时间的光刺激更加醒目（海上航标）；,图,1-14,1,2,6,视觉惰性与闪烁感觉,什么叫视觉惰性？,当一定强度的光突然作用于视网膜时，不能在瞬间形成稳定的视亮度，而有一个短暂的过渡过程。而当光消失后，视亮度也并不瞬间消失，而是按近似指数函数的规律逐渐减小，后者滞后于前者，人眼的这种视觉特性称为,视觉惰性,。,1,2,6,视觉惰性与闪烁感觉,什么叫临界闪烁频率？,如果人眼受周期性光脉冲照射，当重复频率不够高时，会产生一明一暗的闪烁感觉，如果将重复频率提高到某一定值以上，人眼就察觉不到是脉冲光源，形成均匀的不闪烁光源的感觉，把不引起闪烁感觉的光脉冲最低重复频率称为,临界闪烁频率,。,临界闪烁频率与很多因素有关，其中最主要的是光脉冲亮度，当亮度为,100cd/m2,时，临界闪烁频率为,45.8Hz,，随着亮度的提高，频率也将提高。,以上视觉特性是设计电视系统的重要依据，目前电视技术中广泛采用将一幅画面分成两场传送的“隔行扫描”方式，既可以克服大面积闪烁现象，又可以节省传输系统的频带宽度。,1,3,三基色原理与色度图,1,三基色原理,根据人眼的视觉特性，在彩色重现过程中，并不要求恢复原景物辐射（反射或透射）光的特性，而重要的是应获得与原景物,相同的彩色感觉；,人们可以只用几种颜色的光来仿造出大自然中大多数的彩色，而不必去追究这些彩色光的光谱成分；,与某一单色光相同的彩色感觉，可由具有不同光谱功率分布的色光的组合所引起。,1,3,三基色原理与色度图,1,三基色原理,人们在进行混色实验时发现：只要选取三种不同颜色的单色光按一定比例混合就可以得到自然界中绝大多数色彩，具有这种特性的三个单色光叫基色光，对应的三种颜色称三基色。彩色电视中所采用的三基色分别是,红色、绿色和蓝色,。三基色原理：,(1),三基色必须是相互独立的产生。即其中任一种基色都不能由另外两种基色混合而得到。,(2),自然界中的大多数颜色，都可以用三基色按一定比例混合得到；或者说中的大多数颜色都可以分解为三基色。,(3),三个基色的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度。,(4),混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和。,彩色电视要传送的是亮度不同、色调和色饱和度千差万别的彩色信息，有了三基色原理，我们只需要将要传送的颜色分解为三基色,(,红、绿、蓝,),，然后再分别以对应的一种电信号进行传送就可以了。,为了与黑白电视系统兼容，实际传送的是,亮度和色差,（表示色度）信号。,2,混色方法,把,三基色,按照不同的比例混合获得彩色的方法称为混色法。混色法有,相加混色,（光的合成，彩色电视用）和相减混色（染料合成）之分。,为了说明相加混色，可以将三束圆形截面积的红、绿、蓝单色光同时投射到白色屏幕上，呈现出一幅品字形三基色圆图。,绿,黄,青,红,绿,蓝,品红,相加混色的几种方法,：,(1),空间混色法,。,利用人眼空间细节分辨力差的特点，将三种基色光在同一平面的对应位置充分靠近，只要三个基色光点足够小且充分近，人眼在离开一定距离处将会感到是三种基色光混合后,所具有的颜色。这种空间混色的方法是同时制彩色电视的基础。,(2),时间混色法,。利用人眼的视觉惰性，顺序地让三种基色光出现在同一表面的同一处，当相隔的时间间隔足够小时，人眼会感到这三种基色光是同时出现的，具有三种基色相加后所得颜色的效果。这种相加混色方法是顺序制彩色电视的基础。,(3),生理混色法,。人的两眼同时分别观看不同颜色的同一彩色景像时，使之同时获得两种彩色印像，两种彩色印像在大脑中产生相加混色的效果。,3,RGB,计色制,（,1,）配色实验,为了根据三基色原理配出各种不同的彩色，首先选定三个基色，根据国际照明委员会所作统一规定，选,水银光谱中波长为,700nm,的红光为红基色光；波长为,546.1nm,的绿光为绿基色光；波长为,435.8nm,的蓝光为蓝基色光,。人眼对这三个基色光的光谱光效率值分别为,0.0041,，,0.9756,，,0.0173,。,由所选的三个基色光进行配色实验。,如图两块白板是人眼的视场分为两等分，在左半视场的屏幕上投射待配彩色光，右半视场屏幕上投射红、绿、蓝三基色光，调节,三基色光光通量的比例,，直至由三基色混合得到的彩色与待配彩色完全相同为止，从调节器刻度上就可得到红、绿、蓝三基色光的混合比例。,红、绿、蓝三个基色单位，分别用,R G B,表示，,调节器读数也按基色单位进行刻度；,当读数为,1 R,、,1G,、,1B,时，表示配出的彩色光为,等能白光,E,白,；,实验表明，配出等能白光的三个基色单位的光通量之比为,1,：,4.5907,：,0.0601,。,（,2,）,颜色方程与三刺激值,用,F,代表某一具有特色亮度和色度的彩色光，其,颜色方程,为,F=RR+GG+BB,其中,R,、,G,、,B,的比例关系决定了所配彩色光的色度，而,|F|,表示彩色光的光通量,。如果取1R,的光通量为,1lm,，则该色光的,光通量为,|F|=(R+4.5907G+0.0601B)lm,R,、,G,、,B,称为,三刺激值,；,RR,、,GG,、,BB,称为,F,色光的三色分量。,1931,年,CIE,作出规定，在明视觉与,2,度视场观察条件下，确定出混配等能单色辐射所需要的三基色单位量数值称为,光谱三刺激值,，即为混配出单位辐射功率、波长为,的单色光所需要的三刺激值，称为,光谱三刺激值,。,如,：,F(550)=0.02279R+0.21178G+(-0.00058)B,表示,0.02279,单位的红基色光、,0.21178,单位的绿基色光混配出的彩色与,0.00058,单位的蓝色光、若干单位波长为,550nm,的光混配出的彩色相同。,（,3,）,RGB,色度图,在只考虑彩色光的色度情况下，起决定作用的是三刺激值,R,、,G,、,B,的比例关系，而不是其数值大小。,设,m=R+G+B,r=R/m,g=G/m,b,=B/m,其中，,m,称为,色模,，代表某彩色光所含三基色单位的总量，,r,、,g,、,b,称为,色度坐标,，分别表示当规定所用三基色单位总量为,1,时，为配出某给定色度的彩色光所需要的,R G B,数值。,（,3,）,RGB,色度图,根据光谱三刺激值可求出光谱色中所有单色光的色度坐标，由于,3,个色度坐标之和等于,1,，用其中两个可以表示色度，绘出的平面图形（,RGB,色度图）如下：,如图：红基色,R,的色度坐标为,r=1,g=b=0,绿基色为,g=1,r=b=0,蓝基色为,r=0,g=0,b=1,等能白光,r=g=b=1/3,在,RGB,计色制中进行彩色合成计算，设两个彩色光,F1,和,F2,的颜色方程为：,F1=R1R+G1G+B1B,F2=R2R+G2G+B2B,F1,与,F2,合成的彩色光为：,F=F1+F2=(R1+R2)R+(G1+G2)G+(B1+B2)B,该式表明，合成色光所需各基色分量的三刺激值等于分别配出色光,F1,和,F2,所需该基色分量的三刺激值之和。,（,4,）麦克斯韦计色三角形,由三基色混合所产生的各种颜色，可以由计色三角形予以说明。该三角形直观地表示出三基色合成的色度关系。例如，,RG,边表示由红色与绿色合成所得的所有的颜色。此边的中点为黄色，说明红色与绿色相等时为黄色。同理，,RB,边的中点是品色,(,紫色,),，,GB,边的中点为青色，色度三角形重心位置,W,为白色。,三角形内任意一点到红绿蓝三顶点所对应的三边的距离为该点的色度坐标,r,g,b,（,4,）,麦克斯韦计色三角形,穿过,W,的任一条直线，连接三角形上的两个点，该两点所代表的颜色相加均得到白色。因此，通常把相加后形成白色的两种颜色称为互补色。例如，在色度三角形中，通过,W,点所连的红、青，绿、品，黄、蓝均互为补色。,色度三角形的三个顶点代表三基色。例如，,R,点所代表的颜色是纯红色，其饱和度为,100%,。沿着直线,RW,不断向,W,点移动，红色中的白色成分随之增加，颜色不断变淡，其饱和度不断下降，但色调并不改变。,例子,给定两种颜色光的颜色方程：,F1=2R+G+2B,F2=R+2G+B,分别求：每种颜色光和合成光的色度坐,标，并在麦克斯韦三角形中表示出来？,4,、,XYZ,色度系统,（,1,）,颜色方程与三刺激值,RGB,色度系统采用物理三基色，意义清楚，但使用起来却不方便，原因有：,在,RGB,色度图上不能表示出亮度，某彩色光的光通量仍需进行计算；,三刺激值有负值存在，用求和法进行计算时容易出差错。,4,、,XYZ,色度系统,（,1,）颜色方程与三刺激值,为了克服上述缺点，,CIE,规定了另一种坐标系,XYZ,色度系统,同,RGB,色度系统一样，选择新的三基色单位,计算三基色单位,X Y Z,，他们不代表实际的彩色，新的,颜色方程,为：,F=XX+YY+ZZ,其中，,X,、,Y,、,Z,为三刺激值,。,在选择,XYZ,色度系统的三基色单位时，满足,3,个条件：,当用它们配出实际彩色时，,3,个刺激值,X,、,Y,、,Z,均为正值,合成彩色光的亮度仅由,YY,一项确定，合成光的色度仍然由三刺激值的比值确定,当,X=Y=Z,时，仍代表等能白光,根据上述条件找出新的坐标系与,RGB,坐标系之间的关系，如下图：,2,）,XYZ,色度系统与,RGB,色度系统之间的转换关系,根据上图导出,XYZ,三刺激值与,RGB,三刺激值之间的关系,：,X=2.7689R+1.7518G+1.1302B,Y=1.0R+4.5907G+0.0601B,Z=0.0R+0.0565G+5.5943B,在,XYZ,色度系统中为配出单位辐射功率谱色光,F(,),所需要的,X Y Z,的数量，称其为,XYZ,色度系统的光谱三刺激值。,（,3,）,XYZ,色度图,同,RGB,色度系统，起决定作用的是三刺激值,X,、,Y,、,Z,的比例关系，而不是其数值大小，设,m=X+Y+Z,x=X/m y=Y/m z=Z/m,其中，,m,称为色模，代表某彩色光所含三基色单位的总量，,x,、,y,、,z,称为,XYZ,色度系统中的,色度坐标,，分别表示当规定所用三基色单位总量为,1,时，为配出某给定色度的彩色光所需要的,X Y Z,数值。根据光谱三刺激值可求出光谱色中所有单色光的色度坐标，由于,3,个色度坐标之和等于,1,，用其中两个可以表示色度，绘出的平面图形（,XYZ,色度图）如下，所有颜色坐标都在第,1,象限内：,（,3,）,XYZ,色度图,同,RGB,色度系统，起决定作用的是,三刺激值,X,、,Y,、,Z,的比例关系，而不是其数值大小，设,m=X+Y+Z,x=X/m y=Y/m z=Z/m,其中，,m,称为色模，代表某彩色光所含三基色单位的总量，,x,、,y,、,z,称为,XYZ,色度系统中的,色度坐标,，分别表示当规定所用三基色单位总量为,1,时，为配出某给定色度的彩色光所需要的,X Y Z,数值。根据光谱三刺激值可求出光谱色中所有单色光的色度坐标，由于,3,个色度坐标之和等于,1,，用其中两个可以表示色度，绘出的平面图形（,XYZ,色度图）如下，所有颜色坐标都在第,1,象限内：,应当指出：,X Y Z,只是计算量，不能用物理方法直接得到，所以只能通过计算来求得各三刺激值，可以先求出,RGB,色度系统的三刺激值,R G B,，然后再利用两个坐标系的相互转换关系求出,X Y Z,或,x y z,。,在,XYZ,色度系统中，也可以像,RGB,色度系统那样进行彩色光的相加合成计算。,对比,RGB,色度系统和,XYZ,色度系统,颜色方程或配色方程,三刺激值,色度坐标,光通量公式或亮度公式,1.4,彩色的重现,要想设计一个彩色电视系统，使,重现图像的彩色光的光谱成分与原景物光的光谱成分完全相同，在技术上是不可能实现的,;,但根据三基色原理，自然界中绝大多数的彩色都可通过混合调配的方法仿制出来，当我们在摄取景物时，用,3,个具有适当光谱响应曲线的摄像管分别取得代表,3,路彩色光分量的信号，经过适当处理与传送，在通过重现设备转换成按原比例混合的彩色光，就可以实现彩色景物的正确重现；,混配出的彩色与原色彩对人眼引起相同的彩色视觉。,1.4.1,显像三基色,彩色显像管是利用空间混色法来重现彩色的，以红、绿、蓝,3,种荧光粉所发出的非谱色光作为显像三基色光，不能直接采用,CIE,规定的标准光谱三基色,RGB,。原因有：,所选三基色在混色时，应获得尽可能多的色彩，在色度图中，显像三基色所构成的三角形面积要尽可能的大；,基色的亮度应足够大，需要寻找发光效率高，色彩鲜艳的荧光粉。,1,、显像三基色,的选择,折中考虑，牺牲一些重现色域，换取较高的重现彩色亮度。,图像重现色域见下图，三角形面积代表了由这些基色所能配出的彩色范围。,2,、三刺激值与亮度方程,（,1,）显像三刺激值,当由显像三基色以任意比例混合配出某彩色光时，,颜色方程为,Fe=,ReRe+GeGe+BeBe,，其中,Re,Ge,Be,称为显像三基色三刺激值,。,（,2,）亮度方程,亮度方程给出彩色光的亮度,Y,与三基色（,R,、,G,、,B,）,的关系式,Y,1.0000,R,十,4.5907,G,十,0,0601,B,在不同的彩色电视制式,(,后续章节介绍,),中，由于所选的标准白光和显像三基色,(,即显像管荧光粉对应的三个基色,),不同，导致亮度方程也互有差异。,以,C,白,光为标准白光源的,NTSC,制彩色电视制式的亮度方程为,Y,0.299,R,N,十,0.587,G,N,十,0.114,B,N,以,D,65,光为标准白光源的,PAL,制彩色电视制式的亮度方程式为,Y,0.222,R,P,十,0.707,G,P,十,0.071,B,P,（,2,）亮度方程,由于,NTSC,制彩色电视广播发展较早，大量的电视设备都是按它设计的，所以,PAL,制中没有采用自己的亮度方程，而是延用了,NTSC,的亮度方程式，使用了与,NTSC,制彩色电视相同的显像三基色（显像管）。为了书写方便，一般应用中，略去显像三基色下标，并被近似地写为,Y,0.30,R,十,0.59,G,十,0.11,B,导出此式的依据是用,NTSC,显像三基色,1Re 1Ge 1Be,相混配出光通量为,1lm,的白光,C,白。,3,色彩重现,彩色电视的现象过程是，用由三个视频信号分别控制的电子束激发三种荧光粉，从而发出具有一定比例关系的三种基色光，相混配出需要重现的彩色光。,因为人眼对重现景物的彩色具有真实感的条件是：,重现景物的对比度与色度分别和原景物的对比度与色度保持一致，并不需要重现相同的亮度与光谱分布,。也就是，只要,Re,Ge,Be,的比值与原景物,R0 G0 B0,的比值保持一致，就能产生重现彩色的真实感。,重点回顾,物理三基色,计算三基色,显像三基色,物理意义？,如何转换？,颜色方程？光通量公式或亮度公式？,第六讲第,2,章,电视传像基本原理,主要内容：图像的基础知识；电视传像；彩色图像的摄取与重现,重点：摄像机（光电转换）；显像管（电光转换）难点：光电转换原理；电光转换原理,第六讲第,2,章,电视传像基本原理,2.1,电视传像基本知识,电视广播有开路（无线）与闭路（有线）之分。开路系统即无线电视广播系统，其原理与语音广播系统类似,，,它除了要传送伴音信号外、还要传送图像信号，其原理框图如图,1-2,所示。,第,2,章,电视传像基本原理,发送端,：由光电转换设备,(,摄像机,),将,图像光信号转变为电信号,(,称为视频信号,),，再经过一系列加工处理，然后调制到图像载频上而形成高,频射频图像信号。同时，将,伴音信号,调制到伴音载频上形成高频射频伴音信号，与高频图像信号共用一副天线发射出去。,接收端,：电视接收天线将,高频图像及伴音信号,一起接收下来，并,还原出图像信号和伴音信号,。利用图像信号由显象管重现原图像，而伴音信号则经扬声器恢复出伴音。,2,1,1,像素的概念,1,什么叫像素？,一幅平面图像，根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，总可以看成是由许许多多的小单元组成。在图像处理系统中，这些组成画面的细小单元称为,像素,。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。,2,1,1,像素的概念,单个像素的亮度与哪些因素相关？,一幅黑白平面图像，表征它的特征参量是亮度。这就是说，组成黑白画面的每个像素，不但有各自确定的几何位置，而且它们各自还呈现着不同的亮度；又由于电视系统传送的是活动图像，因而每个在确定位置上的像素其亮度又随时间不断地变化着。,也就是说像素的亮度又是时间的函数。可见，,像素亮度既是空间（二维）函数，同时又是时间函数,。,2,图像帧（幅）,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,;,3,并行传输,（无法实现）,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,;,4,串行传输,（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。这种像素的串行传输具有两个特点：,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，并被接收方接收。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。,5,顺序转换的实现,扫描,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。扫描的过程和我们读书时视线从左到右、自上而下依次进行的过程类似。,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,。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。,扫描过程类似于读书过程，每个字相当于像素。,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。,2,1,2,电子扫描,的实现与,光电与电光变换,电视图像的传送，在发端是基于光电转换器件，在收端是基于电光转换器件，实现这两种转换的器件分别称为摄像管和显像管。,摄像管：光电转换；,显像管：电光转换。,1,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、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,一幅图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,。,电子枪,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,R,L,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,R,L,两端产生的压降也就较大，输出信号的电位也就越低。,负极性信号,2,显像管与电光转换,显像管是在接收端重现图像的电真空器件，主要由电子枪、荧光屏、偏转线圈等组成。,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。,2,1,3,彩色图像的摄取与重现,根据三基色原理，一幅彩色图像可以分解为三个基色图像，在发端将一幅欲传送的彩色图像分解为三幅基色图像信号，合用一个通道传送给接收端；接收端将收到的三个基色图像信号还原成原来的彩色图像。,1,彩色图像的摄取,要实现彩色电视发送，较实用的方法就是首先要将一幅彩色图像分解为红、绿、蓝三幅基色图像，以获得三基色信号电压,R,、,G,、,B(E,R,、,E,G,、,E,B,的简化写法,),。这可以通过分色光学系统,(,包括物镜、分色棱镜、反射镜等,),及三个黑白摄像系统来完成。,彩条图像的例子,2,彩色图像的重现,为了重现彩色图像，彩色电视接收机必须把收到的彩色全电视信号恢复成三基色电信号并还原成三基色图像，然后由显像管将其显示从而恢复原彩色图像彩色显像管与黑白显像管的最大区别在于它发射三个电子束，分别对应红、绿、蓝三个基色（扫描显像管屏面时分别发出红、绿、蓝三种基色光）。彩色荧光粉不是平涂在荧光屏上，而是按红、绿、蓝各一点组成的三色荧光点为一组，以品字形等排列方式布满屏面，荧光屏的后面设置有荫罩板。由荫罩板保证红、绿、蓝三个基色电子束分别轰击各自的基色荧光粉。,第七讲,第一章重点内容回顾；,第一章习题详细解答。,第八讲,内容,:,扫描方式，黑白全电视信号的构成,重点,:,扫描参数,扫描光栅和行,场电流,难点,:,隔行扫描的光栅和行场电流波形,将一幅图像上各像素相应的电信号，以及将这些顺序传送的电信号再重新恢复为一幅重现图像的过程即图像的分解与重现），都是通过电子扫描来实现的。,摄像管与显像管中，电子束按一定规律在靶面上或荧光屏面上运动，即可完成,摄像与显像的扫描过程,。,通过扫描和光电转换，可以把反映图像亮度的空间、时间函数转变成用时间函数表示的电信号。,2,2,电视扫描原理,1,电子束偏转的基本原理,电子扫描是通过,电子束在偏转磁场的作用下发生偏转而实现的。,当,装在摄像管或显像管的外面的,偏转线圈中通过电流时，会产生,偏转磁场，磁场的方向取决于流过线圈的电流方向。电子束垂直穿过磁场时，在磁场力的作用下要发生偏转，其偏转方向遵从左手定则。若偏转线圈中电流方向改变，则电子束的偏转方向也发生改变；偏转线圈中的电流为零则电子束不偏转，射向荧光屏的中央。因此，,流过偏转线圈中电流的幅度和方向，决定着偏转线圈中磁场的强弱和方向，最终决定了电子束偏转角度的大小和方向,。,2,逐行扫描,当线圈偏转中分别流过行、场锯齿波扫描电流时就会产生相应的垂直方向与水平方向的偏转磁场，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。,在锯齿波电流作用下，电子束产生自左向右、自上而下，一行紧挨一行的运动，因而称其为逐行扫描。,隔行扫描场扫描电流图,f,H,=1/,T,H,=1/(,T,H t,+,T,Hr,),f,V,=1/,T,V,=1/(,T,V t,+,T,Vr,),隔行扫描场扫描电流图,3,隔行扫描,所谓隔