图像信号系统原理第1章

1、第一章第一章 电视基础知识电视基础知识 电视：用电子学的方法传送和重现活动图像的技术电视：用电子学的方法传送和重现活动图像的技术 。1-1电子扫描电子扫描 问题：怎样将图像信息变成电信号？问题：怎样将图像信息变成电信号？ 1.1.1 像素的概念像素的概念 将一幅图像分解为许多细小的局部单元，将这种将一幅图像分解为许多细小的局部单元，将这种小单元称为像素。即图像由像素排列而成，人眼通过小单元称为像素。即图像由像素排列而成，人眼通过像素之间视觉感受的差异来分辨图像信息。像素之间视觉感受的差异来分辨图像信息。 像素：组成一幅图像的基本单元，没有内部结构，只有像素：组成一幅图像的基本单元，没有内部结构

2、，只有确定的亮度和颜色。确定的亮度和颜色。 例：图像与像素例：图像与像素实物的像素趋于无穷小。实物的像素趋于无穷小。 一幅图像的像素为有限大，有限多。一幅图像的像素为有限大，有限多。 一帧图像：一帧图像：一幅平面图像上所有像素的集合。一幅平面图像上所有像素的集合。 图像的像素越小，像素密度越大，图像清晰图像的像素越小，像素密度越大，图像清晰度越高，包含的信息量越多。可见，像素的概念度越高，包含的信息量越多。可见，像素的概念可描述图像所载的信息量。可描述图像所载的信息量。 静止平面图像：静止平面图像： 每个像素的视觉特征（亮度和色彩）不随时每个像素的视觉特征（亮度和色彩）不随时间变化，只与其所在

3、的空间位置有关，可表示为间变化，只与其所在的空间位置有关，可表示为二维空间函数：二维空间函数： ),(yxfY 活动平面图像：每个像素的视觉特征都可随时间变化，即活动平面图像：每个像素的视觉特征都可随时间变化，即 ),(tyxfY 静止图像的传送：静止图像的传送：传送过程中，两边的开关必须密切配合。传送过程中，两边的开关必须密切配合。 按顺序将所有像素的特征信息传送一遍按顺序将所有像素的特征信息传送一遍 上述传送图像的方法称为上述传送图像的方法称为“扫描扫描” 活动图像的传送：活动图像的传送： 为使传送的信号能不失真地还原出原图像，要求为使传送的信号能不失真地还原出原图像，要求1/T 大大于像

4、素变化最大频率的于像素变化最大频率的2倍（奈奎斯特定理）。倍（奈奎斯特定理）。 要控制每个像素独立地随时间变化是很困难的，因为不可要控制每个像素独立地随时间变化是很困难的，因为不可能对每一个像素建立一个信号传送通道。如果每一个像素有能对每一个像素建立一个信号传送通道。如果每一个像素有一个信号传送通道，每个通道需要有一套转换和还原系统。一个信号传送通道，每个通道需要有一套转换和还原系统。 如果采用扫描抽样的方式获得图像信息，就可以只用一个如果采用扫描抽样的方式获得图像信息，就可以只用一个信号通道，如果要求信息不损失地传送，在抽样时就需要满信号通道，如果要求信息不损失地传送，在抽样时就需要满足足“

5、奈奎斯特定理奈奎斯特定理”。如果传送一帧的时间为。如果传送一帧的时间为 T，则，则 T 为对为对一个像素信号的一个像素信号的“抽样时间抽样时间”。 抽样和扫描传送的图像具有间断性，而实际要求在图抽样和扫描传送的图像具有间断性，而实际要求在图像还原时是连续变化的。像还原时是连续变化的。根据人眼特性进行的传送方案根据人眼特性进行的传送方案人眼对亮度感觉的出现和消失有一个滞后时间人眼对亮度感觉的出现和消失有一个滞后时间（暂留时间），约（暂留时间），约0.05s 0.2s，只要两幅间断图像的，只要两幅间断图像的间隔时间小于这个时间，人眼就会感到画面是连续的，间隔时间小于这个时间，人眼就会感到画面是连续

6、的，变化的也是连续的，不会有间断的感觉。变化的也是连续的，不会有间断的感觉。 因此抽样时间因此抽样时间 T 可由暂留时间来确定，而不用可由暂留时间来确定，而不用奈奎斯特定理。奈奎斯特定理。 视觉惰性：视觉惰性：只要按扫描的顺序还原每个像素，只要抽样速度只要按扫描的顺序还原每个像素，只要抽样速度足够快，人眼就能感觉到正常的活动图像。足够快，人眼就能感觉到正常的活动图像。活动图像还原的真实感活动图像还原的真实感 当图像变化过快时，人眼对快速变化图像细节当图像变化过快时，人眼对快速变化图像细节的分辨能力下降，人眼看到的是不清晰的图像。如的分辨能力下降，人眼看到的是不清晰的图像。如果按奎斯特定理传送完

7、整的图像信息，人眼看到的果按奎斯特定理传送完整的图像信息，人眼看到的图像仍是不清晰的。图像仍是不清晰的。 因此，当图像变化过快时，在抽样时间不变时，因此，当图像变化过快时，在抽样时间不变时，信息的传送率下降，故信息传送虽不完整，但并不信息的传送率下降，故信息传送虽不完整，但并不对视觉的真实感产生影响。对视觉的真实感产生影响。1.1.2 光电与电光变换光电与电光变换1、摄像管与光电转换、摄像管与光电转换 摄像管：是将光信号转换成电信号的器件，由光学摄像管：是将光信号转换成电信号的器件，由光学 成像系统、光电靶、电子扫描系统组成。成像系统、光电靶、电子扫描系统组成。 电源电源 E、负载、负载 R、

8、光电靶、电子束、阴极形成一个回路，光电、光电靶、电子束、阴极形成一个回路，光电靶相当于一个电阻，其大小与电子束打击处的光照强度有关。靶相当于一个电阻，其大小与电子束打击处的光照强度有关。 阴极射线管阴极射线管Cathode Ray Tube (CRT)2、显像管与电光转换、显像管与电光转换 显像管：是将电信号还原成图像信号的器件，由电子枪、荧显像管：是将电信号还原成图像信号的器件，由电子枪、荧 光屏、电子偏转扫描系统组成。光屏、电子偏转扫描系统组成。 显像管因电子束打显像管因电子束打击荧光粉而发光。击荧光粉而发光。 电子束的强弱由图像电信号控制，打到电子束的强弱由图像电信号控制，打到荧光屏上发

9、出可见光，电子束的扫描由偏荧光屏上发出可见光，电子束的扫描由偏转系统控制，并与摄像管的扫描同步。转系统控制，并与摄像管的扫描同步。 1.1.3 电子扫描电子扫描 电子束偏转控制器：偏转线圈电子束偏转控制器：偏转线圈 行行(水平水平)偏转：使电子束在水平方向上往复运动。偏转：使电子束在水平方向上往复运动。 场场(竖直竖直)偏转：使电子束在竖直方向上往复运动。偏转：使电子束在竖直方向上往复运动。 行偏转线圈：产生竖直方向的磁场线，线圈中电流用行偏转线圈：产生竖直方向的磁场线，线圈中电流用iH 表示，电子束偏转的大小由表示，电子束偏转的大小由iH的大小决定。的大小决定。 场偏转线圈：产生水平方向的磁

10、场线，线圈中电流用场偏转线圈：产生水平方向的磁场线，线圈中电流用iV 表示，电子束偏转的大小由表示，电子束偏转的大小由iV的大小决定。的大小决定。 扫描线圈扫描线圈 行偏转线圈行偏转线圈场偏转线圈场偏转线圈磁场磁场当当 iH 0、iV = 0 时，只有一条水平亮线时，只有一条水平亮线 ( iH在一定范围内变化在一定范围内变化) 当当 iH =0、iV 0时，只有一条竖直亮线时，只有一条竖直亮线 ( iV在一定范围内变化在一定范围内变化) 当当 iH 0、iV 0时，则产生一行行的扫描线时，则产生一行行的扫描线光栅。光栅。 扫描光栅扫描光栅1、逐行扫描、逐行扫描 扫描行的顺序与像素行的顺序相同。

11、扫描电流扫描行的顺序与像素行的顺序相同。扫描电流波形为锯齿波。波形为锯齿波。 电子扫描规定和要求电子扫描规定和要求 1、图像在扫描正程期间显示，在逆程期间，电、图像在扫描正程期间显示，在逆程期间，电子束截止，没有电子打到荧光屏上。子束截止，没有电子打到荧光屏上。 2、THS THR，TVS TVR3、扫描电流波形的正程要求为直线、扫描电流波形的正程要求为直线 当扫描正程波形不是直线时，将产生图像的当扫描正程波形不是直线时，将产生图像的失真，称为非线性失真。失真，称为非线性失真。 4、当扫描电流幅度不足时，将产生图像的压缩失真。、当扫描电流幅度不足时，将产生图像的压缩失真。 非线性失真非线性失真

12、无失真无失真失真失真压缩失真压缩失真行扫描电流幅度小行扫描电流幅度小场扫描电流幅度小场扫描电流幅度小2、闪烁效应闪烁效应 实验指出，当传送图像画面的频率低于实验指出，当传送图像画面的频率低于 46.8HZ时，人眼会感到画面的亮度是闪烁的。时，人眼会感到画面的亮度是闪烁的。 为了克服闪烁效应，电影将为了克服闪烁效应，电影将 24 帧帧/秒的每一帧连续出秒的每一帧连续出现两次，使画面的频率变为现两次，使画面的频率变为 48幅幅 / 秒，从而消除了闪烁。秒，从而消除了闪烁。 电视为了克服闪烁效应，将场扫描频率提高到电视为了克服闪烁效应，将场扫描频率提高到50Hz以上。这对逐行扫描将带来较大的问题。以

13、上。这对逐行扫描将带来较大的问题。3、一帧电视图像的像素、一帧电视图像的像素 人眼在垂直方向上视觉的范围约为人眼在垂直方向上视觉的范围约为30，但清晰的区，但清晰的区域只有域只有15。因此屏幕的高度应与人眼的夹角为。因此屏幕的高度应与人眼的夹角为15，屏幕，屏幕距人眼的距离约为屏幕高度的距人眼的距离约为屏幕高度的45倍。倍。 正常人的眼睛最小分辨角为正常人的眼睛最小分辨角为(视敏角视敏角)12，因此，因此人眼能分辩的最大行数为人眼能分辩的最大行数为 行6005 . 115065 . 115我国电视规定：每帧扫描我国电视规定：每帧扫描625行行 每帧扫描有每帧扫描有575行在场扫描的正程中，行在

14、场扫描的正程中，50行在逆程中。行在逆程中。 按屏幕宽高比为按屏幕宽高比为 4 / 3 计算，一帧的像素为：计算，一帧的像素为： 575 575 4/3 = 44 104 个个 4、 图像信号带宽图像信号带宽我国电视规定：为克服闪烁效应，每秒扫描我国电视规定：为克服闪烁效应，每秒扫描 50 场场 设图像为最细的棋盘格，即像素按黑白相间排设图像为最细的棋盘格，即像素按黑白相间排列，则图像电信号的最高频率为：列，则图像电信号的最高频率为： 44 104 50 / 2 =11MHZ 即如果用即如果用 50帧帧 / 秒，则需要秒，则需要11MHZ的频率带宽。的频率带宽。将产生两个方面的问题：设备复杂；

15、频率资源利用将产生两个方面的问题：设备复杂；频率资源利用率低。率低。 如果电视的拍摄是如果电视的拍摄是25帧帧/秒，要让模拟电视信号秒，要让模拟电视信号每一帧重复一次是很困难的。每一帧重复一次是很困难的。 棋盘格图像信号棋盘格图像信号信号波形信号波形理想波形理想波形实际波形实际波形两个像素占一个周期两个像素占一个周期T 5、 隔行扫描隔行扫描隔隔行扫描：将每帧扫描分为两场，第一场扫描像素的奇行扫描：将每帧扫描分为两场，第一场扫描像素的奇数行；第二场扫描像素的偶数行。则每一场数行；第二场扫描像素的偶数行。则每一场扫描扫描312.5行。行。 场扫描频率仍为场扫描频率仍为50HZ，因每场扫描行数减少

16、一半，因每场扫描行数减少一半，故电信号的频率可降低一半，使得最高频率为故电信号的频率可降低一半，使得最高频率为5.5 MHZ，我国规定为我国规定为 6 MHZ。 (1) 行扫描频率行扫描频率 隔行扫描使一帧图像分为两场传送，也分两场显隔行扫描使一帧图像分为两场传送，也分两场显示示(重现重现)，则行扫描频率为，则行扫描频率为fH = 625 25 = 312.5 50 =15625 HZ(2) 奇数行扫描奇数行扫描 隔行扫描要求两场的扫描线要均匀嵌套，给具体的电隔行扫描要求两场的扫描线要均匀嵌套，给具体的电子扫描增加了复杂性，因此要求：每帧的行数为奇数。子扫描增加了复杂性，因此要求：每帧的行数为

17、奇数。 设一帧为设一帧为5行，每场行，每场2.5行行 奇数场和偶数场的场扫描电流波形相同。奇数场和偶数场的场扫描电流波形相同。 (3) 偶数行扫描偶数行扫描设一帧为设一帧为6行，每场行，每场3行行 奇数场和偶数场的场扫描电流波形不一样。要产奇数场和偶数场的场扫描电流波形不一样。要产生这样的电流波形是困难的，因此每帧扫描行数不采生这样的电流波形是困难的，因此每帧扫描行数不采用偶数行。用偶数行。 (4) 扫描参量扫描参量我国电视规定：我国电视规定： 行周期：行周期：TH=64 s，正程，正程THS=52 s，逆程，逆程THR=12 s； 场周期：场周期：TV=20ms，正程，正程THS=18.4m

18、s，逆程，逆程THR=1.6ms； 每帧每帧625行，正程行，正程575行，逆程行，逆程50行。行。 每场每场312.5行，正程行，正程287.5行，逆程行，逆程25行。行。 1-2 黑白全电视信号黑白全电视信号全电视信号：全电视信号： 主体信号主体信号图像信号图像信号 辅助信号辅助信号复合同步信号、复合消隐信号、槽脉冲信号复合同步信号、复合消隐信号、槽脉冲信号 1.2.1 主体信号主体信号图像信号图像信号 1、图像信号及其特征、图像信号及其特征 图像信号：从摄像管获得的电信号图像信号：从摄像管获得的电信号亮度信号亮度信号 灰度：介于黑白之间的亮度层次。灰度：介于黑白之间的亮度层次。 规定：亮

19、度信号在全电视信号最大幅度的规定：亮度信号在全电视信号最大幅度的10%75%之间。之间。 亮度信号亮度信号亮度信号的特征：亮度信号的特征： (1) 含直流、单极性含直流、单极性 (2) 相邻两行或相邻两帧信号有很强的相关性。相邻两行或相邻两帧信号有很强的相关性。 2、光度学基本概念、光度学基本概念(1) 光辐射功率光辐射功率 设有一个光源，在波长为设有一个光源，在波长为 附近单位波长范围内的辐射功率附近单位波长范围内的辐射功率为为 ，则在，则在 +d 内的辐射功率为内的辐射功率为 ，总辐射功率为，总辐射功率为 ede0deE 在在E 的大小一定的情况下，人眼感觉到的亮度并不确的大小一定的情况下

20、，人眼感觉到的亮度并不确定。定。E 是一个与人眼特性无关的量。是一个与人眼特性无关的量。 人眼对光源的明亮感觉还与光源的能量分布在那些波人眼对光源的明亮感觉还与光源的能量分布在那些波长范围有关。人眼只有在可见光范围内才有长范围有关。人眼只有在可见光范围内才有“亮度亮度”感觉。感觉。 (2) 光见度函数光见度函数 ( )人眼对不同波长光波的灵敏度函数。人眼对不同波长光波的灵敏度函数。 在辐射功率相同的情况下，设人眼最敏感的，波长为在辐射功率相同的情况下，设人眼最敏感的，波长为555 nm 的黄绿色光的敏感度为的黄绿色光的敏感度为100%，用其余波长的敏感，用其余波长的敏感度与度与555 nm 的

21、黄绿色光的敏感度的比率得出的黄绿色光的敏感度的比率得出 ( )。 在人眼中有两种感光细胞：在人眼中有两种感光细胞：杆状杆状(圆柱圆柱)细胞：灵敏度高，用于感受弱光，无色彩感觉细胞：灵敏度高，用于感受弱光，无色彩感觉锥状锥状(圆锥圆锥)细胞：灵敏度低，用于感受强光，有色彩感觉细胞：灵敏度低，用于感受强光，有色彩感觉 因此相对视敏曲线有两条，分别对应明暗视觉。用因此相对视敏曲线有两条，分别对应明暗视觉。用 ( )表示光见度函数，则有表示光见度函数，则有 0 ( )1。 (3) 光通量光通量 F 定义：定义： dedF)(为光波长在为光波长在 +d 内的光通量内的光通量(光辐射通量光辐射通量) ，总

22、光通量为，总光通量为 0)(deFe为光波长在为光波长在 +d 内的辐射功率内的辐射功率 光通量的单位：光通量的单位：流明（流明（lumen, lm） 对可见光以外的电磁波，无论辐射功率有多大，光通对可见光以外的电磁波，无论辐射功率有多大，光通量都为零。光通量与人眼的特性有关，相同的光通量表示量都为零。光通量与人眼的特性有关，相同的光通量表示视觉的亮度感觉相同。因此，可用光通量对可见光的亮度视觉的亮度感觉相同。因此，可用光通量对可见光的亮度进行计量。进行计量。 当当 =555nm时，时，F= E， 是比率常数。当辐射功率是比率常数。当辐射功率E的单位为的单位为 “瓦特瓦特” 时，时， = 68

23、5。因此对单一波长的光。因此对单一波长的光有有 F = 685 ( ) E （当（当 = 555 nm 时，时，1W = 685 lm） (4) 发光强度发光强度 I 对一点光源，设其在某一方向上对一点光源，设其在某一方向上 d 立体角内的光立体角内的光通量为通量为 dF，则，则 定义：定义： ddFI称为该方向上的发光强度称为该方向上的发光强度 发光强度的单位为：坎得拉（发光强度的单位为：坎得拉（candela、烛光、烛光、cd） 1cd = 1 lm / rad 是光度学中的基本单位。是光度学中的基本单位。 最初规定：将鲸鱼油制成直径最初规定：将鲸鱼油制成直径7/8英寸，英寸，1/6磅，点

24、燃后，每磅，点燃后，每小时消耗小时消耗 0.01714 磅时，在某一方向的发光强度为磅时，在某一方向的发光强度为 1 个单位，称个单位，称为为 1 烛光，这样的蜡烛称为标准烛。后来改用标准电灯，在烛光，这样的蜡烛称为标准烛。后来改用标准电灯，在1967年规定了用铂制成的绝对黑体在年规定了用铂制成的绝对黑体在 2042K 和和101.325帕大气压下，面帕大气压下，面积为积为1.6667 106m2，在法线方向上的发光强度为，在法线方向上的发光强度为1 cd。 (5) 亮度亮度 B 对一面光源，单位面积在与法线为对一面光源，单位面积在与法线为 角的方向上的角的方向上的发光强度为：发光强度为： d

25、dSFddSdIBcoscos2称为发光亮度称为发光亮度 亮度的单位：亮度的单位：尼特尼特(nit) 1nit=1cd/m2 熙提熙提(stilb) 1sb=1cd/cm2 当当B与与 cos 无关时，称为余弦辐射体。余弦辐射体从无关时，称为余弦辐射体。余弦辐射体从各方向上看来都是一样的亮。太阳看起来是一个圆盘，而各方向上看来都是一样的亮。太阳看起来是一个圆盘，而不是一个球体，说明太阳的边缘与中心一样的亮，所以太不是一个球体，说明太阳的边缘与中心一样的亮，所以太阳是一个余弦辐射体。阳是一个余弦辐射体。 (6) 照度：落到单位面积上的光通量称为照度照度：落到单位面积上的光通量称为照度定义：定义：

26、 dSdFA称为照度。称为照度。 照度的单位；勒克斯照度的单位；勒克斯(lux) 1 lux=1 lm/m2教室的照度要求是教室的照度要求是20100 lux。 (7) 一些自然数据一些自然数据在地球大气层外看到的太阳在地球大气层外看到的太阳 1.9 109 nit在地面看到的太阳在地面看到的太阳 1.5 109 nit超高压水银灯超高压水银灯(人造小太阳人造小太阳) 1.2 109 nit钨白炽灯钨白炽灯 (0.51.5) 107 nit距太阳为距太阳为75 角的明朗天空角的明朗天空 1.5 103 nit阳光照明的白雪阳光照明的白雪 3 104 nit地球上所看到满月的表面地球上所看到满月

27、的表面 2.5 103 nit无月的夜空无月的夜空 104 nit人眼感觉最弱的发光物人眼感觉最弱的发光物 106 nit一般一般CRT电视所能达到的亮度电视所能达到的亮度 300 nit例：氦氖激光的亮度例：氦氖激光的亮度波长波长 = 632.8 nm，功率，功率 E =102W，发散角，发散角 = 1 m rad由视敏曲线得由视敏曲线得 ( )=0.24，光束直径，光束直径 d =1 mm光通量：光通量： F=6850.24 102 =1.644 lm发光强度：发光强度：I = F/ = 1.644 / ( 2 ) = 52.3 104 cd发光亮度：发光亮度：B = I / S = 52

28、.3 104 / (0.25 d 2) = 6.66 1011nitB 是地面上看到太阳亮度的是地面上看到太阳亮度的 444 倍。倍。3、图像信号的基本参量、图像信号的基本参量图像亮度：一幅图像的平均亮度，由图像电信号的直流成分决图像亮度：一幅图像的平均亮度，由图像电信号的直流成分决定。只要改变图像电信号的直流成分，就可以改变定。只要改变图像电信号的直流成分，就可以改变电视的亮度。因此，电视机有一个亮度调整。电视的亮度。因此，电视机有一个亮度调整。 对比度：在一幅图像中的最大亮度与最小亮度之比。对比度：在一幅图像中的最大亮度与最小亮度之比。 定义：定义： minmaxBBK 称为对比度称为对比

29、度 当电视的对比度接近真实景物的对比度时，人眼就当电视的对比度接近真实景物的对比度时，人眼就会有真实的感觉，会有真实的感觉，K 值过大人眼感到不舒服，过小则感值过大人眼感到不舒服，过小则感到不真实。到不真实。K一般取一般取 3040。 人眼的亮度感觉：人眼的亮度感觉：人眼所能感觉到的亮度范围人眼所能感觉到的亮度范围 10-6106 nit 在不同的亮度环境下，人眼分辨亮度的范围不同。因为在不同的亮度环境下，人眼分辨亮度的范围不同。因为人眼的瞳孔大小可以调节，在瞳孔大小确定时，有确定人眼的瞳孔大小可以调节，在瞳孔大小确定时，有确定的亮度分辨范围，而瞳孔大小是由环境亮度所控制的。的亮度分辨范围，而

30、瞳孔大小是由环境亮度所控制的。 对同一个光源，当环境较亮时，会感到其亮度较小，当对同一个光源，当环境较亮时，会感到其亮度较小，当环境亮度较暗时，会感到其亮度较大。环境亮度较暗时，会感到其亮度较大。 当环境较亮时，瞳孔较小，进入的光通亮减少，当当环境较亮时，瞳孔较小，进入的光通亮减少，当环境亮度较暗时进入的光通亮增多。环境亮度较暗时进入的光通亮增多。 主观亮度主观亮度无论何种波长的光，在何种环境下，只要进入眼睛无论何种波长的光，在何种环境下，只要进入眼睛的光通量相同，就有相同的亮度感觉。人眼对亮度的感的光通量相同，就有相同的亮度感觉。人眼对亮度的感觉并不是光源的发光亮度。因此，把人眼的亮度感觉称

31、觉并不是光源的发光亮度。因此，把人眼的亮度感觉称为为“主观亮度主观亮度”。 环境亮度会影响电视图像的对比度，令环境亮度会影响电视图像的对比度，令BD为环境为环境亮度，则亮度，则 DDBBBBKminmax当当BD= 0时，时，K 最大，当最大，当BDBmax时，时，K1 最小。最小。 灰度：灰度：亮度的级差和层次，反映亮度从亮到暗的逐渐变亮度的级差和层次，反映亮度从亮到暗的逐渐变化的中间状态。化的中间状态。 一般电视台可发送一般电视台可发送10个等级的灰度阶梯信号，但对个等级的灰度阶梯信号，但对电视机只要求达到电视机只要求达到 6 级灰度就可看到好的图像。级灰度就可看到好的图像。 灰度不能进行

32、直接的调整，但可以通过亮度和对比度灰度不能进行直接的调整，但可以通过亮度和对比度的配合调整而达到最佳。的配合调整而达到最佳。 1.2.2 辅助信号辅助信号在扫描逆程期间传送的，使图像能够正常还原的信号。在扫描逆程期间传送的，使图像能够正常还原的信号。 1. 复合同步信号复合同步信号 为实现与摄像管的同步，在电子扫描的逆程期为实现与摄像管的同步，在电子扫描的逆程期间加入场、行的同步信号间加入场、行的同步信号复合同步信号复合同步信号 如果行、场不同步，就不正常还原图像。如果行、场不同步，就不正常还原图像。 行同步脉冲：行同步脉冲： 在逆程期间宽为在逆程期间宽为4.7 s、幅度为、幅度为25%的脉冲

33、。的脉冲。 场同步脉冲：场同步脉冲： 在逆程期间宽为在逆程期间宽为160 s、幅度为、幅度为25%的脉冲。的脉冲。 如果是行扫描频率不同，则图像扭曲甚至完全看不出原如果是行扫描频率不同，则图像扭曲甚至完全看不出原来的图形。如果是场扫描频率不同，则图像上下跑动。来的图形。如果是场扫描频率不同，则图像上下跑动。 2、复合消隐信号、复合消隐信号消隐信号：在逆程期间使电子束截止的脉冲信号。消隐信号：在逆程期间使电子束截止的脉冲信号。行消隐信号：宽为行消隐信号：宽为12 s、幅度为、幅度为75%的脉冲。的脉冲。场消隐信号：宽为场消隐信号：宽为1612 s、幅度为、幅度为75%的脉冲。的脉冲。 在场逆程结

34、束时加一个行逆程在场逆程结束时加一个行逆程 复合同步信号复合同步信号 这是在场扫描逆程附近的负极性图像信号的波形，上下这是在场扫描逆程附近的负极性图像信号的波形，上下两波形的行同步脉冲错开了两波形的行同步脉冲错开了0.5TH，表明奇偶场扫描线的嵌，表明奇偶场扫描线的嵌套。而场同步脉冲却是对齐的，表示奇偶场的时间相同。但套。而场同步脉冲却是对齐的，表示奇偶场的时间相同。但是在场同步脉冲期间却失去了行同步，是在场同步脉冲期间却失去了行同步，3、槽脉冲和均衡脉冲、槽脉冲和均衡脉冲槽脉冲：在场同步脉冲上开出宽为槽脉冲：在场同步脉冲上开出宽为4.7 s的槽，以使在场的槽，以使在场 同步期间获得行同步信号

35、。同步期间获得行同步信号。 均衡脉冲：在场同步脉冲前后均衡脉冲：在场同步脉冲前后2.5TH内，每内，每0.5TH设置一个设置一个 宽为宽为2.35 s的脉冲和在场同步脉冲上开出宽为的脉冲和在场同步脉冲上开出宽为 4.7 s的槽。的槽。 在场同步脉冲上开槽，实现在场同步脉冲内也有行同步在场同步脉冲上开槽，实现在场同步脉冲内也有行同步信号。由于行同步是脉冲的上升沿有效，因此槽脉冲的后信号。由于行同步是脉冲的上升沿有效，因此槽脉冲的后沿为有效沿。沿为有效沿。槽脉冲槽脉冲复合同步信号分离复合同步信号分离用幅度分离的办法可将同步信号与图像信号分开。用幅度分离的办法可将同步信号与图像信号分开。 利用鉴相器

36、（或微分型单稳态触发器）即可直接用带有利用鉴相器（或微分型单稳态触发器）即可直接用带有槽脉冲的复合同步信号实现对行扫描振荡电路的频率和相位槽脉冲的复合同步信号实现对行扫描振荡电路的频率和相位进行控制。进行控制。 复合同步信号通过一个积分电路，场同步脉冲因为较复合同步信号通过一个积分电路，场同步脉冲因为较宽就会被分离出来。宽就会被分离出来。 均衡脉冲均衡脉冲为了使奇偶场的光栅能很好的嵌套，增加了均衡脉冲。为了使奇偶场的光栅能很好的嵌套，增加了均衡脉冲。在场同步脉冲前后在场同步脉冲前后2.5TH内，每内，每0.5TH设置一个宽为设置一个宽为2.35 s的脉的脉冲和在场同步脉冲上开出宽为冲和在场同步

37、脉冲上开出宽为4.7 s的槽。增加均衡脉冲后，的槽。增加均衡脉冲后，在场同步脉冲及其前后在场同步脉冲及其前后2.5TH中，每中，每0.5TH就有一个脉冲，就有一个脉冲， 1.2.3 黑白全电视信号黑白全电视信号1. 全电视信号波形全电视信号波形 全电视信号：将图像信号，同步、消隐、槽脉冲和均全电视信号：将图像信号，同步、消隐、槽脉冲和均衡脉冲信号组合起来的电视信号。衡脉冲信号组合起来的电视信号。 图像信号占据扫描正程期间，辅助信号占据扫描逆程期间。图像信号占据扫描正程期间，辅助信号占据扫描逆程期间。 在逆程中，除有在逆程中，除有7.5行为场同步、槽脉冲和均衡脉行为场同步、槽脉冲和均衡脉冲占据外

38、，另外还有冲占据外，另外还有17.5行是空的，在这一部分可以加行是空的，在这一部分可以加入一些有用的信号，如图文电视信号。入一些有用的信号，如图文电视信号。 2、全电视信号的频谱、全电视信号的频谱 (1) 静止图像在竖直方向无变化的情况静止图像在竖直方向无变化的情况 当图像信号在竖直方向无变化时，每一行的信号都相当图像信号在竖直方向无变化时，每一行的信号都相同，信号在时域是以同，信号在时域是以TH为周期的连续信号，则在频域是以为周期的连续信号，则在频域是以fH为基频的线状谱，谱线幅度随谐波次数增高而变小。为基频的线状谱，谱线幅度随谐波次数增高而变小。 (2) 静止图像在竖直方向有变化的情况静止

39、图像在竖直方向有变化的情况 当图像信号在竖直方向有变化时，这时的时域信号是：当图像信号在竖直方向有变化时，这时的时域信号是：周期为周期为TV的连续信号对周期为的连续信号对周期为 TH 的连续信号的调制。则在的连续信号的调制。则在频域是在竖直方向无变化信号的频谱中每条谱线的两边产生频域是在竖直方向无变化信号的频谱中每条谱线的两边产生许多上下边频线。这些边频线以许多上下边频线。这些边频线以 fV 为基频。为基频。 (3) 活动图像的情况活动图像的情况 当图像活动时，由于图像不会变化很快，相邻场的差当图像活动时，由于图像不会变化很快，相邻场的差异很小，图像仍然有较接近异很小，图像仍然有较接近TV的周

40、期性，因此频谱结构与的周期性，因此频谱结构与静止图像类似，但谱线变密，甚至形成连续谱。静止图像类似，但谱线变密，甚至形成连续谱。 (4) 频带宽度频带宽度 图像信号频带宽度为图像信号频带宽度为 0 6MHz 其它周期性脉冲其它周期性脉冲频带频带宽度为宽度为 0 3/ ， 为脉冲宽度。为脉冲宽度。 对均衡脉冲对均衡脉冲 3/ 1.28 MHz。 ( =2.35 10-6s) 因此黑白全电视信号频谱：在因此黑白全电视信号频谱：在06MHz内，具有等间内，具有等间距的谱线群结构，每个谱线群所占的宽度小于距的谱线群结构，每个谱线群所占的宽度小于2KHz。 1-3 彩色的基本概念彩色的基本概念图像除有亮

41、度视觉特征外，还有彩色视觉特征。图像除有亮度视觉特征外，还有彩色视觉特征。 1.3.1 彩色和光彩色和光 1、可见光的特性、可见光的特性 波长：波长：0.380.78 m 颜色：人眼对不同波长有不同的感觉。颜色：人眼对不同波长有不同的感觉。 单光色：单一波长可见光的颜色，如红橙黄绿青蓝紫。单光色：单一波长可见光的颜色，如红橙黄绿青蓝紫。 对多种波长光的混合，人眼只能感觉到一种对多种波长光的混合，人眼只能感觉到一种颜色，称为混合色。混合色光通过棱镜或光颜色，称为混合色。混合色光通过棱镜或光栅后被分解为单色光，称为光谱。栅后被分解为单色光，称为光谱。 混合色：混合色： 光谱可以决定颜色，但不能用光

42、谱来描述颜色，光谱可以决定颜色，但不能用光谱来描述颜色，因为同样的颜色可以有不同的光谱。因为同样的颜色可以有不同的光谱。 2、物体的颜色、物体的颜色 光源的颜色由其光谱成分所决定，不发光的物体光源的颜色由其光谱成分所决定，不发光的物体的颜色则由其反射（透射）光的光谱所决定。的颜色则由其反射（透射）光的光谱所决定。 3、色温和标准光源、色温和标准光源 (1) 色温的概念色温的概念 对入射光全部吸收的物体（不透射也不反对入射光全部吸收的物体（不透射也不反射），但绝对黑体会辐射电磁波，其辐射射），但绝对黑体会辐射电磁波，其辐射的电磁波谱仅由其温度决定，而与材料的的电磁波谱仅由其温度决定，而与材料的种

43、类无关。种类无关。 绝对黑体：绝对黑体：色温：色温： 表征光源的波谱特性，是光源与绝对黑体进行辐射表征光源的波谱特性，是光源与绝对黑体进行辐射谱比较时决定的一个参量。当某光源的辐射光谱与谱比较时决定的一个参量。当某光源的辐射光谱与绝对黑体在某特定温度下的辐射谱相同时，则绝对绝对黑体在某特定温度下的辐射谱相同时，则绝对黑体的这一特定温度就称为该光源的色温。黑体的这一特定温度就称为该光源的色温。 (2) 标准光源标准光源 人们以光源的种类来定义和规定人们以光源的种类来定义和规定“白光白光”，由于，由于光源的不同，国际照明委员会光源的不同，国际照明委员会(CIE)规定了规定了A、B、C、D、E几种标

44、准白光。几种标准白光。 A光源：光源：2800K钨丝发光，色温为钨丝发光，色温为2854K。B光源：中午直射的太阳光，色温为光源：中午直射的太阳光，色温为4800K。C光源：白天的自然光，色温为光源：白天的自然光，色温为6800K。D光源：白天平均照明光，色温为光源：白天平均照明光，色温为6500K。E光源：一种理想白光源，色温为光源：一种理想白光源，色温为5500K。 1.3.2 人眼的彩色感觉人眼的彩色感觉 人眼中的锥状细胞有三种，其视敏点分别在红、绿、蓝人眼中的锥状细胞有三种，其视敏点分别在红、绿、蓝三色中。即对同一种波长的光进入人眼后，三种锥状细胞感三色中。即对同一种波长的光进入人眼后

45、，三种锥状细胞感觉到的亮度不同，传递给大脑的信号强度也不同，大脑根据觉到的亮度不同，传递给大脑的信号强度也不同，大脑根据三个信号的强度比率确定是什么颜色。三个信号的强度比率确定是什么颜色。 当多种波长的光进入人眼当多种波长的光进入人眼后，也只产生三个信号送到大后，也只产生三个信号送到大脑，如果其强度比与某单色光脑，如果其强度比与某单色光相同，则大脑将产生与该单色相同，则大脑将产生与该单色光相同的颜色感觉。因此，大光相同的颜色感觉。因此，大脑只能感觉到颜色，而不能判脑只能感觉到颜色，而不能判断是单色光还是混合色光。断是单色光还是混合色光。 1.3.3 彩色三要素和三基色原理彩色三要素和三基色原理

46、1、彩色三要素：描述彩色的三个参量、彩色三要素：描述彩色的三个参量 亮度：彩色光引起的明暗感觉亮度：彩色光引起的明暗感觉 色调：彩色光的颜色类别色调：彩色光的颜色类别 饱和度：彩色颜色的深浅（彩色的浓度）饱和度：彩色颜色的深浅（彩色的浓度） 2、三基色：三种相互独立的彩色、三基色：三种相互独立的彩色 通常为红、绿、蓝。不能由其中两个混合出另外一个。通常为红、绿、蓝。不能由其中两个混合出另外一个。 色度色度3、三基色原理：、三基色原理：(1) 三基色是相互独立的三基色是相互独立的 (2) 大多数彩色可由三基色混合而得到，同时也能分解为三基色。大多数彩色可由三基色混合而得到，同时也能分解为三基色。

47、 (3) 三基色的混合比例决定了混合色的色调和饱和度三基色的混合比例决定了混合色的色调和饱和度 (4) 三基色的亮度迭加得到混合色的亮度。三基色的亮度迭加得到混合色的亮度。 只要三基色的三个亮度值一确定，混合色的亮度、色只要三基色的三个亮度值一确定，混合色的亮度、色调和饱和度就被确定。因此，三基色的三个亮度也是确定调和饱和度就被确定。因此，三基色的三个亮度也是确定彩色的三个参量，并可与彩色三要素的三个参量间进行转彩色的三个参量，并可与彩色三要素的三个参量间进行转换。换。 4、混色方法：、混色方法： 用三基色混合出其它彩色用三基色混合出其它彩色 (1) 相加混色法：用基色光叠加获得彩色相加混色法

48、：用基色光叠加获得彩色 例：红例：红+绿绿=黄；红黄；红+蓝蓝=紫紫(品品)；绿；绿+蓝蓝=青青 红红+绿绿+蓝蓝=白白 这里称青、紫、黄为三补色。因为有这里称青、紫、黄为三补色。因为有 红红+青青=绿绿+紫紫=蓝蓝+黄黄=白白 用青、紫、黄三色光混合，有用青、紫、黄三色光混合，有青青+紫紫 = 绿绿+蓝蓝+红红+蓝蓝 = 白白+蓝蓝 = 浅蓝浅蓝紫紫+黄黄 = 红红+蓝蓝+红红+绿绿 = 白白+红红 = 浅红浅红黄黄+青青 = 红红+绿绿+绿绿+蓝蓝 = 白白+绿绿 = 浅绿浅绿青青+紫紫+黄黄 = 绿绿+蓝蓝+红红+蓝蓝+红红+绿绿 = 白白可见，三补色相加也混合出白色。可见，三补色相加也

49、混合出白色。 (2) 相减混色法：相减混色法： 用白光与三补色的差来获得其它彩色用白光与三补色的差来获得其它彩色例：白例：白黄黄=蓝；白蓝；白紫紫=绿；白绿；白青青=红红 当白光照射在颜料上时，当分别被吸收了青、紫、黄当白光照射在颜料上时，当分别被吸收了青、紫、黄后，就分别产生了红、绿、蓝。因此，红、绿、蓝三种后，就分别产生了红、绿、蓝。因此，红、绿、蓝三种颜料意味着能分别吸收青、紫、黄三色光。颜料意味着能分别吸收青、紫、黄三色光。红红+绿绿=黄黄 红红+蓝蓝=紫紫(品品) 绿绿+蓝蓝=青青 红红+绿绿+蓝蓝=黑黑 青青+紫紫+黄黄=黑黑 (3) 空间混色法：空间混色法：三基色在空间上非常靠近

50、，使人眼不能分三基色在空间上非常靠近，使人眼不能分辨而产生混色。辨而产生混色。 混色混色 单色单色 混色混色 混色混色 单色单色 混色混色(4) 时间混色法：时间混色法： 三基色不同时出现，利用人眼的视觉暂三基色不同时出现，利用人眼的视觉暂留效应进行混色。留效应进行混色。 (5) 生理混色法：因两眼观察的颜色不同而产生混色。生理混色法：因两眼观察的颜色不同而产生混色。 5、色度三角形：、色度三角形：由三基色产生的所有彩色可用一个三角形来表示。由三基色产生的所有彩色可用一个三角形来表示。 1.3.4 计色制及色度图计色制及色度图计色制：由三基色及其单位所决定的彩色计量系统计色制：由三基色及其单位

51、所决定的彩色计量系统 色度图：与计色制对应的色度平面图色度图：与计色制对应的色度平面图 任一彩色光可由色调和饱和度来描述。因此，一种彩任一彩色光可由色调和饱和度来描述。因此，一种彩色需要两个参量来表示，即可用一平面坐标图进行描述。色需要两个参量来表示，即可用一平面坐标图进行描述。 人眼能分辨的彩色数人眼能分辨的彩色数218种，即大于种，即大于18bit的彩色。的彩色。伪彩色：显示的彩色小于伪彩色：显示的彩色小于18bit。真彩色：显示的彩色大于真彩色：显示的彩色大于18bit。1、配色实验、配色实验当三基色确定后，就可通过实验来确定各种彩色当三基色确定后，就可通过实验来确定各种彩色光的三基色混

52、合比率。光的三基色混合比率。 令三基色为令三基色为R、G、B，其单位为，其单位为(R)、(G)、(B)。 设三基色的光通量分别为设三基色的光通量分别为R(R)、G(G)、B(B)，则所，则所配色的光通量为配色的光通量为 F = R (R) + G (G) +B (B) 称为配色方程称为配色方程 令当令当R = G = B=1 时，时，F= FE白白= (R)+(G)+(B)，由实验得出：，由实验得出： 当当 R = 700nm， G = 546.1nm， B = 435.8nm 时，有时，有 (R) = 1 lm，(G) = 4.5907lm，(B) = 0.0601lm，FE白白=5.650

53、8 lm。 一种未知彩色作为待配色，用三基色的混合产生出相同一种未知彩色作为待配色，用三基色的混合产生出相同的彩色，在配色过程中就获得了一组的彩色，在配色过程中就获得了一组R、G、B 的值，用这的值，用这组组R、G、B值就可以描述该彩色。值就可以描述该彩色。 2、计色制和色度图、计色制和色度图(1) RGB计色制和色度图计色制和色度图 以以(R)、(G)、(B)为单位，为单位，R、G、B为计量值的彩色量度系为计量值的彩色量度系统称为统称为RGB计色制。计色制。 这里这里(R)、(G)、(B) 和和 R、 G、 B为确定值，而为确定值，而R、G、B 的一组值对应一种彩色。的一组值对应一种彩色。

54、对任意一种彩色，令对任意一种彩色，令 m =R + G +B，r =R / m，g =G / m，b =B / m，r + g + b=1则配色方程为则配色方程为 F = mr(R) + g(G) + b(B)= mr(R) + g(G) + (1rg)(B) 当当 r、g 确定后，有确定后，有F m，即光通量与，即光通量与m成正比，当成正比，当 m 变化时，光通量发生变化，而三基色的比例不变，即变化时，光通量发生变化，而三基色的比例不变，即 R : G : B = mr : mg : mb = r : g : b 彩色的亮度由彩色的亮度由 m 决定，而色度由决定，而色度由 r、g、b 中的两

55、个决定。中的两个决定。 取取 r、g 组成的平面直角坐标，将已知的彩色范围作组成的平面直角坐标，将已知的彩色范围作出，所得图形称为出，所得图形称为 RGB 色度图，色度图， 色度图色度图 其中，其中，(1,0)、(0,1)、(0,0)为三为三基色，成为色度基色，成为色度三角形的三个顶三角形的三个顶点。点。 色谱轨迹色谱轨迹 舌形区域舌形区域关于色度图的讨论关于色度图的讨论1、所有单色光彩色形成一舌形曲线，称为色谱轨迹、所有单色光彩色形成一舌形曲线，称为色谱轨迹。2、舌型区域内一个点代表人眼能感觉到的一种颜色。、舌型区域内一个点代表人眼能感觉到的一种颜色。3、舌型区域表示了人眼能感觉的所有彩色。

56、彩色的种类、舌型区域表示了人眼能感觉的所有彩色。彩色的种类是无限多的。是无限多的。4、在、在 r、g 小于零区域的彩色不能通过配色实验由三小于零区域的彩色不能通过配色实验由三基色混色得到。基色混色得到。6、色度图反映了人眼彩色光范围上的感觉特性。当把两、色度图反映了人眼彩色光范围上的感觉特性。当把两种彩色放在一起比较时，人眼能分辨差别很小的彩色。种彩色放在一起比较时，人眼能分辨差别很小的彩色。5、只要在待配色一边再曾加两个基色光源、只要在待配色一边再曾加两个基色光源R、B，就可，就可通过配色实验得到通过配色实验得到r、g小于零区域彩色的配色系数值。小于零区域彩色的配色系数值。(2) XYZ计色

57、制和色度图计色制和色度图取三基色取三基色XYZ，其单位光通量分别为，其单位光通量分别为(X)、(Y)、(Z)。对任意的一个彩色对任意的一个彩色 F 有配色方程：有配色方程：F = X (X) + Y (Y) +Z (Z)其中其中X、Y、Z为为 XYZ 计色制的配色系数计色制的配色系数三基色三基色 XYZ 的色度可以在的色度可以在 RGB 色度图上选取。色度图上选取。取取 Y=F； (X) + (Y) +(Z)=1；当当 X=Y=Z 时，时， Y = FE白白 ；)()()()()()()()()()()()(BBGGRRZBBGGRRYBBGGRRXZZZYYYXXXZZZYYYXXXrmRr

58、mRrmR; 在在RGB色度图上取色度图上取(X)、(Y)、(Z)三点，形成一个三角形，三点，形成一个三角形，将舌形区域包含在其中，由配色方程将舌形区域包含在其中，由配色方程 (1)(2)令令则则)()()()()()()()()()()()(BbmGgmRrmZBbmGgmRrmYBbmGgmRrmXZZZZZZYYYYYYXXXXXXZZZYYYXXXgmGgmGgmG;ZZZYYYXXXbmBbmBbmB;)()()()()()()()()(BGRSBGRbgrbgrbgrmZmYmXZZZYYYXXXZYX)()()()()()()()()()()()(BbGgRrmZBbGgRrmY

59、BbGgRrmXZZZZYYYYXXXX(3)(4)其中其中ZZZYYYXXXbgrbgrbgrS改写成矩阵形式改写成矩阵形式S由由RGB色度图上色度图上(X)、(Y)、(Z)三点的坐标确三点的坐标确定定 )()()()()()(BBGGRRZZYYXXF 以以(X)、(Y)、(Z)为新计色制三基色的单位光通量，为新计色制三基色的单位光通量，XYZ为量值系数，则对任意彩色仍有配色方程为量值系数，则对任意彩色仍有配色方程 )()()()()()()()()(1BGRBGRBGRSZmYmXmmZmYmXSSZmYmXmZYXZYXZYX(5)其中其中11SS SZmYmXmBGRZYX则有则有

60、(6)由(4)得由由 SZmYmXmBGRZYX有有 1SBGRZmYmXmZYX两边取转置得两边取转置得 BGRSBGRSZmYmXmTTZYX11(7)1111TEZYXSFmmm白(8)ZYXmmm,被确定，则被确定，则(X)、(Y)、(Z)被被(3)式确定。式确定。 当当 X=Y=Z = FE白白时，有时，有R = G = B =1。则。则 当当 S 确定后，由确定后，由(7)式可得式可得 R、G、B 与与X、Y、Z的关系：的关系： 令令 m =X+Y+Z，x =X/m，y =Y/m，z =Z/m，x + y + z =1，则，则以以 xy 直角坐标作出直角坐标作出 XYZ 计色制的色