第一节 图像显示原理与电视信号

1、 模拟模拟电视基础电视基础 1第一节第一节 图像显示原理与电视信号图像显示原理与电视信号主主 要要 内内 容容一、电视广播过程一、电视广播过程二、光电转换二、光电转换三、显像原理三、显像原理四、隔行扫描四、隔行扫描五、扫描技术参数五、扫描技术参数 模拟模拟电视基础电视基础 2电视广播的一般过程电视广播的一般过程 电视台电视台图象和伴音转换成低频电信号（摄像机）图象和伴音转换成低频电信号（摄像机） 电视机电视机还原图像、伴音还原图像、伴音高频信号高频信号光电转换光电转换低频信号低频信号景景 物物调调 制制天线发射天线发射发发 射射 端：端：低频信号低频信号天线接收天线接收高频信号高频信号还原显示

2、还原显示解解 调调接接 收收 端：端： 模拟模拟电视基础电视基础 3 象素：组成图像细小的点子，使构成图像的基本单元。 扫描：将图像转变成顺序传送的电信号过程。 视敏角：人眼所在的点与被观测的两个点所形成的最小夹角。 模拟模拟电视基础电视基础 4图像的串行传输 第一是要求传送速度快。传送时间小第一是要求传送速度快。传送时间小于视觉暂留时间，重现图像才会连续于视觉暂留时间，重现图像才会连续无跳动。无跳动。 第二是传送要准确。即收发双方应第二是传送要准确。即收发双方应同同步步工作。工作。 模拟模拟电视基础电视基础 5AdBLCD =d / L =(D/ N ) /L（弧度）（弧度）=57.3*60

3、 D/ N L (分）分） =1.5 则则 N 573线线水平行数水平行数N = 4/3 N 833垂直分解力（垂直分解力（ N ) 一幅画面一幅画面象素象素数：约数：约52万万一、画面分解：画面分解： 模拟模拟电视基础电视基础 6电信号输出电信号输出物物 透镜透镜电子枪电子枪偏转偏转聚焦聚焦光电靶光电靶二、光电转换：二、光电转换：光电靶：光照后，电阻率变小光电靶：光照后，电阻率变小电子枪任务：发射均匀高速电子束电子枪任务：发射均匀高速电子束聚焦线圈的作用：电子束上靶时会聚成细点聚焦线圈的作用：电子束上靶时会聚成细点偏转线圈的作用：使电子束发生偏转偏转线圈的作用：使电子束发生偏转 模拟模拟电视

4、基础电视基础 7光电转换CCD：charge coupled device 电荷耦合器件电荷耦合器件MOS：金属氧化物半导体：金属氧化物半导体 模拟模拟电视基础电视基础 8MOS电容器的剖面图P 型硅电子势阱电极（珊极）光氧化硅 模拟模拟电视基础电视基础 9光电子转换和电荷存储 可见光通过透明电极在硅晶体内激发出电子空穴对，在耗尽区的电场作用下，空穴流入衬底，电子被收集到由MOS栅极形成的势阱中，形成电荷包。势阱中所捕获的电荷数目的多少与该处光照的强弱成正比。 模拟模拟电视基础电视基础 10CCD的电荷转移氧化硅V3V2V1电极P 型硅 模拟模拟电视基础电视基础 11三相驱动时钟脉冲波形V1V

5、2V3t1t2t3t4T 模拟模拟电视基础电视基础 12CCD的电荷转移氧化硅V3V2V1电极P 型硅t = t1V1V2V3t1t2t3t4T 模拟模拟电视基础电视基础 13CCD的电荷转移氧化硅V3V2V1电极P 型硅t1tt2V1V2V3t1t2t3t4T 模拟模拟电视基础电视基础 14CCD的电荷转移氧化硅V3V2V1电极P 型硅t = t3V1V2V3t1t2t3t4T 模拟模拟电视基础电视基础 15行间转移面阵行间转移面阵CCD器件的原理结构器件的原理结构遮光垂直移位寄存器水平移位寄存器输出R1R2R3感光部分转移栅单元隔离层 模拟模拟电视基础电视基础 16行间转移面阵行间转移面阵

6、CCD器件的原理器件的原理 场正程期间，感光部分按像素对景物分解，并存储电荷。 场逆程期间，全部电荷转移到右侧垂直移位寄存器中。 下一场正程期间，上一场的电荷包一行一行转移到水平移位寄存器中。 行逆程期间，向水平移位寄存器转移一行电荷包。 行正程期间，电荷包从水平移位寄存器逐一输出形成信号电流或电压。 模拟模拟电视基础电视基础 17行间转移型（IT） 特点：一个芯片上完成感光、存储和读出的功能。 优点： 结构简单，芯片面积小 每个独立单元中的感光部分彼此独立，可有较高的空间频率 缺点： 为避免测漏光，总感光面积小，故灵敏度降低。 强光下产生“污染” 模拟模拟电视基础电视基础 18幀转移型面阵C

7、CD器件的原理结构I1I2I3输出R1R2R3S1S2S3单元隔离层成象区存储区读出寄存区遮光部分光照部分 模拟模拟电视基础电视基础 19幀间转移型（FT） 场正程期间，感光区形成以电荷包形式存在的电子图像。 场逆程期间，全部电荷从该光区转移到存储区。 下一场正程期间，感光区产生新的电子图像，存储区将上一场的电荷包逐行转移到水平移位寄存器中。 模拟模拟电视基础电视基础 20幀间转移型（FT） 优点： 电极结构简单易于制作 可以将像素做得更密集，有较高的分辨力 由于成象区全部进行光电转换，因而灵敏度比较高 缺点： 芯片面积大 “拖尾”现象 模拟模拟电视基础电视基础 21FT CCD 中的垂直拖影

8、原理强光点成象区存储区读出寄存器 模拟模拟电视基础电视基础 22幀行间转移型（FIT） 这种器件是在行间转移型结构的传感器与水平移位寄存器之间附加了场存储区。 特点：垂直移位寄存器向场存储区传送电子的速度比行间转移方式快，因而消除垂直拖尾现象。广泛用于高档广播设备。 模拟模拟电视基础电视基础 23幀-行间转移 光敏器遮光垂直移位寄存器遮光场存储器遮光水平移位存储器输出成像区 模拟模拟电视基础电视基础 24幀行间转移型（FIT） 场正程期间，感光区形成电荷包形式的电子图像。 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。 场正程期间，从存储区向水平寄存器转移。 模拟模拟电视

9、基础电视基础 25电视图像显示技术电视图像显示技术CRT显示显示液晶显示液晶显示LCD等离子显示等离子显示PDP 模拟模拟电视基础电视基础 26三、三、 CRT结构示意图结构示意图作用：将电信号还原成光图像作用：将电信号还原成光图像组成：玻璃外壳、电子枪、荧光屏组成：玻璃外壳、电子枪、荧光屏 模拟模拟电视基础电视基础 27 模拟模拟电视基础电视基础 28 (1)玻璃外壳 玻璃外壳又由玻璃管屏，玻璃管锥、玻璃管颈三部分组成。 a、早期管屏通常为球面形状：宽、高比例为4:3。管屏的对角线尺寸来度量显像管的尺寸（1英寸2.54cm） b、管锥的形状为锥体：外壁涂有导电石墨层，内壁石墨层与高压阳极相连

10、，外壁石墨层通过金属弹簧片与电路中的“地”相连。 （2）荧光屏 在管屏的内壁涂有一层很薄的荧光粉，使管屏成为荧光屏，在电子束的高速轰击下，荧光粉会发出白光(可R、G、B三基色光)。 模拟模拟电视基础电视基础 29（3）电子枪结构）电子枪结构 （3 3）电子枪组成）电子枪组成由灯丝、阴极、栅由灯丝、阴极、栅极、加速极（每一阳极）、聚焦极（第三阳极、加速极（每一阳极）、聚焦极（第三阳极）和高压阳极（第二、四阳极）极）和高压阳极（第二、四阳极）。 模拟模拟电视基础电视基础 30电子枪各电极作用电子枪各电极作用 灯丝灯丝：灯丝加上额定电压后，就会产生电流而发热。 灯丝的作用是烘烤阴极，使阴极发射电子。

11、 阴极阴极：作用是发射电子。 栅极栅极：改变栅阴电压就可以控制电子束的强弱，从而控制荧光屏的发光程度。 加速极加速极：工作时它加有100V400V电压，以对阴极发射的电子进行加速，使之向荧光屏运动。 聚焦极聚焦极：使电子束聚焦成直径很小的细束。 高压阳极高压阳极：高压阳极上加有1万伏以上直流高压，高压阳极的作用是使电子束高速轰击荧光屏。 模拟模拟电视基础电视基础 31显像原理 管内有电子枪和荧光屏；管外有偏转线圈（提供偏转磁场，使电子束方向偏转）。 图像信号加在显像管的控制栅极（或阴极），电子束受图像信号的调制，另一方面，在偏转磁场的控制下，电子束将从上到下一行行地扫描整个荧屏，对应的电子数撞

12、击荧光屏的特定位置，荧光粉发光亮度与图像信号大小成正比。这样就将一幅画面的电信号变成里一幅平面光学图像。 模拟模拟电视基础电视基础 32负极性负极性调制信号调制信号图像内容图像内容正极性正极性调制信号调制信号 高电平对应亮点高电平对应亮点 低电平对应暗点低电平对应暗点2、负极性调制：、负极性调制：电信号的极性：电信号的极性：3、优点：干扰呈现黑点；有利于保护荧光屏。、优点：干扰呈现黑点；有利于保护荧光屏。 1、正极性调制：、正极性调制：低电平对应亮点低电平对应亮点高电平对应暗点高电平对应暗点 模拟模拟电视基础电视基础 331234512345123451、人眼惰性：、人眼惰性：0.1s 电视帧

13、频：电视帧频：25Hz，四、隔行扫描四、隔行扫描2、逐行扫描、逐行扫描顺序扫描顺序扫描3、隔行扫描：、隔行扫描：后扫后扫“偶数场偶数场”二场一帧，解决二场一帧，解决“闪烁闪烁”逐行扫描逐行扫描问题：闪烁问题：闪烁先扫先扫“奇数场奇数场”奇数场奇数场偶数场偶数场合成图像合成图像12345 模拟模拟电视基础电视基础 34 隔行扫描示意图隔行扫描示意图 模拟模拟电视基础电视基础 35行、场偏转电流波形行、场偏转电流波形 行扫描电流波形行扫描电流波形场扫描电流波形场扫描电流波形行正程：从左到右行正程：从左到右行逆程：从右到左行逆程：从右到左场正程：从上到下场正程：从上到下场逆程：从下到上场逆程：从下到

14、上左行周期行周期64 s行正程行正程行逆程行逆程右上场周期场周期20ms场正程场正程场逆程场逆程下 模拟模拟电视基础电视基础 36中心中心右左底顶ABCDEFGHIJKLMNOPQ正程逆程ABCDEFGHIIJKPLMNOQ 模拟模拟电视基础电视基础 37扫描电流非线性的影响 模拟模拟电视基础电视基础 38隔行扫描的优点 将图象信号带宽减小一半，或者说，在画面无闪烁的前提下，对于给定的通道频带，隔行扫描能以更多的行数分解图象。 模拟模拟电视基础电视基础 39隔行扫描的缺点1.行间闪烁效应 每条扫描线的重复频率是25赫兹，低于临界频率。隔行比越大，行间闪烁效应越明显。2. 并行现象奇偶两场光栅的镶嵌情况不理想。它会使有效行数减少，影响图象的分解力。3. 垂直边沿锯齿化当物体沿水平方向运动速度足够大时，图像的垂直边沿会产生锯齿现象。 模拟模拟电视