电视原理与现代电视系统：第一章 电视基础知识

1、电视原理与现代电视系统概 述电视发展的过程 电视的作用电视的未来 人类进入文明社会以后发明了文字，用于记载事件并使其得以流传，但文字的表现能力有限，不能直观的反映出历史瞬间。 于是就出现了对画面的各种记录方法，由于生产力和科技水平的局限，古代只能使用绘画的办法来直观的记录画面，这种方法需要耗费较长的时间，而且不能实时的反映出情况的变化，还会受到绘画者的水平、偏好、倾向的影响，真实度不够。 1839年，法国画家达盖尔发明了世界第一台可携式照相机，标志着人类社会进入了影像时代。 但是人们没有满足，他们还希望照片“动”起来，可以连续的记录影像资料。 1880年法国生理学家马莱伊发明第一台摄像机，人类

2、终于实现了用时间跨度记录画面的梦想。 随着摄像技术的发展，这种需要占用专门场地播放的方式越来越不能满足大众的观看要求，于是智慧的人类有发明了一个可以在家中观看影片的机器电视。纵观电视的发展，可归纳为三个阶段： 机械黑白电视、电子黑白电视、电子彩色电视。机械黑白电视阶段 1848年，意大利的卡赛里发明了化学电传真系统，率先实现了用电的方法在阿米昂与巴黎之间进行远距离传送画面的奇迹。 随后，各国科学家们迫不及待的想实现“用电的方法看到远处活动景象的愿望”。 1875年，乔治.卡瑞（George Carey）在波士顿提出了一套将图像分为栅格形式的电视系统。 1884年11月 6日， 德国电气工程师尼

3、普科夫首先取得了机械电视用扫描盘发明专利。这是一种光电机械扫描圆盘。每幅画面有24行扫描线，图像相当模糊。 这是世界电视史上的第一个专利。专利中描述了电视工作的三个基本要素： 1. 把图像分解成像素，逐个传输。 2. 像素的传输逐行进行。 3. 用画面传送运动过程时，许多画面快速逐一出现， 在眼中这个过程融合为一。这是以后所有电视技术发展的基础原理，甚至今天的电视仍然是按照这些基本原则工作的。 此后，光电管、阴极射线管、真空二极管、三极管的发明为电视的诞生奠定了坚实的基础。 1900年，在巴黎举行的世界博览会上第一次使用了电视这个词。可是最简单最原始的机械电视，是在许多年以后才出现的。1920

4、1930年间，许多科学家提出并实验了用机械扫描方法实现图象信号的发送与接收的方案。故称此时为“机械黑白电视阶段”。 在机械电视的研制方面，做出卓越贡献的是苏格兰人贝尔德，他于1925年10月25日获得了电视传送的第一张真人图片，也就诞生了世界上第一台机械黑白电视机。 根据“尼普科夫圆盘”进行了新的研究工作，发明了机械扫描式电视摄像机和接收机。被称为“电视之父” 英国发明家。1925年制造出机械电视系统。 根据“尼普科夫圆盘”进行了新的研究工作，发明了机 械扫描式电视摄像机和接收机。被称为“电视之父”电子电视的兴起 从20世纪2030年代，机械电视研究的同时，电子技术也开始迅猛的发展。美籍俄国科

5、学家弗拉基米尔科斯马佐利金在这方面做出了重大贡献。 1929年，他试制成功了电子电视系统和电视显像管。 1931年，又研制成功了电子摄像管，并于1933年取得 了光电摄像管的专利。可以把光图像变成电信号，为真正的电子电视奠定了基础。在此期间，美国的电视研究者之一，法恩斯沃恩于1927年取得了电子电视系统的专利。 1906年德国制造的第一台电子电视图像接收机。 弗拉基米尔科斯马佐利金随着电子技术在电视上的应用，电视开始走出实验室，进入公众生活之中，成为真正的信息传播媒介。 1936年电视业获得了重大发展。这一年的11月 2日，英国广播公司在伦敦郊外的亚历山大宫，播出了一场颇具规模的歌舞节目。这台

6、完全用电子电视系统播放的节目，场面壮观，气势宏大，给人们留下了深刻的印象。 当时用的是英国的休恩伯格研制的405行、每秒50帧的隔行电子扫描系统。此系统用的光电摄像管是在英国的麦吉尔领导下研制成功的。当时播放的电视图像的清晰度远远超过了机械扫描的电视，至此，电子黑白电视时代就开始了。 19391945年，由于第二次世界大战的爆发，延缓了电子电视的发展，当时，只有英、美、苏等少数国家建立了电子黑白电视系统。直到50年代初，世界各国才开始普及电子黑白电视。我国于1956年开始筹建电视系统，1957年研制出第一套黑白电视射机，1958年生产出了第一台黑白电视机，即天津产的“北京牌”电视机仅有5个频道

7、的电子管黑白电视机。 1946年美国第一次播出黑白电视。图为50年代电视节目录制现场。 彩色电视的普及 彩色电视的研究始于1925年，当时佐利金、贝尔德等人都从事过这方面的研究，并做出了一定的贡献。因为2030年代重点是电子黑白电视的研究，所以彩色电视机的研究主要在4050年代才开始蓬勃发展。 1954年彩色电视试播成功。图为现代电视导播控制中心。 1951年美国试播了一种与黑白电视不兼容的场顺序制彩色电视机，没有得到推广。1953年美国联邦通信委员会（FCC）批准了NTSC兼容制彩色电视，并于1954年正式开播，从此开始了彩色电视广播时代。1956年法国提出SECAM制。1960年联邦德国提

8、出PAL制。NTSC、PAL、SECAM并列为当今世界上三大彩色电视广播制式。 数字技术、网络技术、信息技术以及智能化技术等高新技术的迅猛发展，带来了广泛而深刻的影响。其中数字技术的普及是信息领域最大的一次技术革命。 广播电视领域也发生了巨大变化，数字电视、高清晰度电视、网络、卫星以及计算机等技术的发展，大大提高了广播电视节目的技术质量、制作能力和工作效率，扩展了频道资源、拓宽了业务能力，开创了有线、卫星和地面电视的新体系和新局面，给广播电视带来了一场深刻地变革和前所未有的发展机遇。模拟彩色电视制式三大制式的相似性和不兼容性：略模拟电视制式的缺陷： 1、亮度分辨率不足 2、色度分辨率不足 3、

9、亮色互串 4、电视信号的时间利用率不充分 5、电视信号的幅度利用率不充分。 6、声音信号只有单声道。 7、高度比不适合人的视觉特性。改良电视制式的发展：略数字电视与高清晰度电视数字电视的发展大致分为三个阶段： 1，个别电视设备的数字化阶段。始于70年代。 2，全功能数字电视演播室阶段。始于80年代。 3，数字视频广播阶段。始于90年代中期。高清晰度电视发展的两个阶段第一阶段，模拟高清晰度电视阶段。第二阶段，数字高清晰度电视阶段。现在的数字电视包括标准清晰度数字电视和高清晰度数字电视。图像水平清晰度大于500线)、高清晰度数字电视(图像水平清晰度大于800线，即HDTV 电视技术的特点：快速发展

10、模拟、数字电视并存各种制式群雄并起各类设备争奇斗艳 多学科综合（物理学、生理学、数学、电子电 路、计算机、 信号处理、通信技术）深入日常生活，可见可感构思奇巧、实现精到 有助于实现知识的贯穿和系统概念的建立 本书内容简介： 本书先讨论了黑白电视与彩色电视的基本工作原理，并结合了电视技术的发展，分析并讨论了广播电视、有线电视、数字电视及高清晰度电视等现代电视系统的组成、原理及设计特点。第一章 电视基础知识第二章 彩色电视制式与彩色电视信号第三掌 广播电视系统第四章 电视接受系统电路分析第五章 有线电视系统第一章 电视基础知识 电视的定义： 就是根据人的视觉特性，经电子扫描，用电的 方法来传送活动

11、图像的技术。图11 无线电语音广播原理图 1.1 电子扫描 无线电语音广播的工作原理： 电视广播分类： 开路（无线）即无线电视广播系统 双工器用于两台不同频的发射机共用一付天线，避免使用合路器所带来功率损失，并防止大功率发射机相互影响，同时还能抑制输出信号谐杂波。 闭路（有线）： 传输电视信号由同轴电缆完成。(不向空间辐射电磁波，优点：高质量、宽带性、保密性和安全性)通信系统的基本组成框图：结论： 无线电广播系统是一个通信系统信息源收信装置发送设备信道接收设备噪声源1.1.1 像素的概念 1像素 图像处理系统中，组成画面的细小单元称为像素。像素亮度既是空间（二维）函数，同时又是时间函数。04/

12、02/2006标签: 大东坪山 错过了春种，昨天在大东坪山田头遇见一位对土地有特殊情感的岁老者，走过松软细小的田坎,看人们劳作。2图像帧 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。 3并行传输 （无法实现） 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） 按顺序传输，特点： 第一是要求传送速度快。 第二是传送要准确。收发双方应同步工作并行传输的说明： 根据人眼的细节分辨力，一幅图像要比较清晰，至少要有40万以上的像素，即需40万个信道 。 不经济，也不可能。 发送端接收端5顺序转换的实现 扫描

13、 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。1.1.2 光电与电光变换 只要速度足够快，人眼感觉图像就是完整和连续的。扫描方向：自上而下帧(或场)扫描 从左至右行扫描。 扫描方式：逐行、隔行扫描，50次/S 扫描的作用：转换为单值函数。 1摄像管与光电转换(构成) 图15 光电转换原理示意图 2显像管与电光转换(构成) 显像管内电子束偏转 摄像管： 光电转换特性可近似认为是线性的； 显像管： 电光转换特性则是非线性的。 显像管的显示亮度(以Bd表示)与其栅、阴极间电压(以 表示)的次方成正比例,即:失真：电视系统中重现亮度与摄取亮度之间存在着由于 引起的非线性失真。

14、(1-1)为保持重现图像与原景像亮度成正比,则需在摄像端预先将图像信号电压开次方,即式中, 代表摄像电压, 为摄像亮度, 为比例常数。经预失真校正(常称为校正),重现亮度 则为1.1.3 电子扫描 图像的分解与重现： 将一副图像上各象素的明暗变化转换为顺序传送的相应的电信号，以及将这些顺序传送的电信号再重新恢复为一副重现图像的过程。 逐行扫描： 由于在图17所示的锯齿波电流作用下,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。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。 2逐行扫描 右手定则：判断磁场方向。左手定则：判断电子束的受力

15、方向。行偏转线圈：形成的磁场是垂直方向的。场偏转线圈：形成的磁场是水平方向的。磁场的强弱与通过电流大小有关。而磁场方向则与电流方向有关。 隔行扫描场扫描电流图 fH=1/TH =1/(TH S+ THR )fV=1/TV =1/(TV S+ TVR )(行)正程扫描： 当流过行偏转线圈的锯齿波电流从a变到c时，电子束从荧光屏的最左边移到荧光屏的最右边，称其完成一行的正程扫描。（行）逆程扫描： 当锯齿波电流从c变到e时，电子束从荧光屏的最右边返回到荧光屏的最左边，称其完成一行的逆程扫描。正程扫描和逆程扫描波形的区别：略。场正程扫描、行逆程扫描：略。行扫描基本参数行正程扫描时间: THS行逆程扫描

16、时间: THRTHR THS行扫描周期TH = THS+THR行扫描频率fH = 1/TH场正程扫描时间: TVS场逆程扫描时间: TVRTVR TVS场扫描周期TV = TVS+TVR场扫描频率fV = 1/TV场扫描基本参数行场扫描关系为获得有效的扫描光栅，电子束水平方向运动速度应远大于垂直方向的运动速度；即： fH fV 设每场扫描行数为Z，则：TVZTH fHZ fV 即场周期是行周期的整数倍。扫描行数越多，图像越清晰。假设： 1，若只在行偏转线圈中有电流： 2，若只在场偏转线圈中有电流： 图18 光栅形状(a)只有行扫描; (b)只有场扫描; (c)行、场扫描同时存在 3隔行扫描 逐

17、行扫描的不利因素： 帧频与场频相等，理论分析可以得出，电视图像信号的最高频率约为12M Hz，视频信号的带宽相当宽，会使设备复杂化，电视频道数目减少。改进措施：隔行扫描。 隔行扫描： 就是在每帧扫描行数仍为625行不变的情况下,将每帧图像分为两场来传送,这两场分别称为奇场和偶场。奇数场传送1,3,5,奇数行;偶数场传送2,4,6,偶数行。 奇数行扫描（奇数场）一帧图象分两次扫描 偶数行扫描（偶数场）隔行扫描重现图像示意每场扫描行数 312.5行每帧扫描行数 625行即: 按隔行扫描方式，要求黑白电视信号带宽为：f = 6 MHz 好处：信号带宽降低了一倍。注意：1、要求每帧扫描的总行数为奇数。

18、2、整个画面的变化是按场频重复的，但就每行而 言，每秒重复25次，近看有闪烁感。 （实际系统中回扫线被消隐掉了）实线表示扫描的正程，虚线表示扫描逆程期间的回扫线 6扫描电流的非线性对显示图像的影响扫描正程对电流的要求： 1，电流线性良好。 2，流过偏转线圈的锯齿波电流还应有足够的幅 度。a) 线性扫描，图像无失真b) 行扫描非线性失真，产生左伸、右缩的非线性失真c) 场扫描非线性失真，产生上拉、下压的非线性失真 行、场扫描电流幅度不足时同样会产生失真。 隔行扫描场扫描电流图 fH=1/TH =1/(TH S+ THR )fV=1/TV =1/(TV S+ TVR ) 1.1.4 我国广播电视扫

19、描参数 (教材上没有，注意笔记) 扫描方式：隔行扫描。 行频 fH ：15625Hz；场频 fV ：50 Hz（帧频25 Hz）行周期TH：64s场周期TV：20ms行正程时间THS：52s场正程时间TVS：18.4 ms行逆程时间THR：12s场逆程时间TVR：1.6 ms每帧扫描行数Z：625行每帧显示行数Z/：575行每场扫描行数：312.5行每场显示行数：287.5行 3图像信号的带宽 图像信号最低频率：直流。 图像信号的最高频率：图像细节相当于一个像素，与一个扫描点相当图像信号的带宽计算图行扫描正程时电子束扫过每个象素的时间： td=THS/N。1.2 黑白全电视信号主体信号： 图像

20、信号称为主体信号。辅助信号： 复合同步信号、复合消隐信号、槽脉冲和均衡 信号，这些信号属于辅助信号。全电视信号： 主体信号和辅助信号统称为全电视信号。 1.2.1 主体信号：图像信号图像信号： 是由摄像管将明暗不同的景像转变而得的 电信号。正极性图像信号： 若图像最亮时，对应的电压信号幅 度最高，此信号 称为正极性图像信号。负极性图像信号： 若图像最暗时，对应的电压信号幅 度最大，此信号 称为负极性图像信号。 (a)正极性亮度递减信号; (b)负极性亮度递减信号; (c)一般的负极性图像信号 单极性信号： 信号的平均值总是在零值以上或零值以下的一定范围内变化，不会同时跨越零值上、下两个区域，这

21、一特性又可称为单极性含直流。 具有直流成分，其数值确定了图象的背景亮度，是单极性信号。 对于一般活动图像，相邻两行或相邻两帧信号间具有较强的相关性，信号差别极小，可近似认为是周期信号。图像信号特点：2图像信号的基本参量(亮度、对比度和灰度)发光强度： 光源发光的功率称为发光强度。单位有两种：烛光（Candle Power c）: 1c是指 标准蜡烛发出的光。(是用鲸脑油制成，重1/6磅)坎德拉（Candle cd）: 1cd 就是“全辐射体”加温到铂金的熔点（2024K）时从1 表面面积上发出的光的 1/60 在实用中可认为： 1 c = 1 cd 光通亮： 是每秒中内光流量的度量，其单位是流

22、明（lm）.流明： 是指与1 cd 的光源相距单位距离，与入射光相垂 直的单位面积上每秒钟流经的光流量叫 1 lm。亮度：亮度表示发光面的明亮程度。（同样的发光强度面积越小亮度越大）单位有两种：A 组： 是以每单位面积上的发光强度来表示。亮度的单位 是尼特 (nit)或熙提(sb),它们之间的关系是: 由于 1 , 所以 1sb= nitB组： 使用流明为单位。 亚熙提： 1流明/ 朗伯 L : 1 朗伯 亚熙提 换算关系： 1 尼特 3.14 亚熙提 对亮度的说明： 1，电视图像的亮度取决于电视图像信号的平均直 流分量，改变电视图像信号的直流成分，可以 改变其亮度。 2，电视图像的亮度一般都

23、低于原景物的亮度，考 虑到人眼的适应性，只要适当地降低环境亮 度来观看，同样可获得较为满意地亮度感觉。对比度K ：是客观景物最大亮度Bmax与最小亮度Bmin之比。 K=Bmax/Bmin对对比度的说明： 重现图像的对比度与原景物的对比度接近相等。灰度： 即亮度级差或称亮度层次。它反映电视系统所能 重现的原图像明、暗层次的程度。系统的灰度级： 接收系统经调整后在重现图像中能加以区分的从 黑到白的层次数，称其为该系统具有的灰度级。说明： 实际上，电视系统重现图像，由于受到显象管发 光亮度的限制，不可能达到客观景物的实际亮 度，但只要能反映客观景物的对比度和灰度即可。 122 辅助信号 1.复合同

24、步信号 不同步造成的影响：略。 不同步的分类： 扫描频率相同，起始相位不同。 扫描频率不同。 复合同步信号： 将行、场同步信号称为复合同步信号。收发扫描必须严格同步复合同步信号待传送图像收、发端扫描相差半行收、发端扫描相差半场行、场不同相：2复合消隐信号 回扫线的出现及其消除。 行、场消隐脉冲： 消除行场逆程回扫线的消隐脉冲分别称为 行、 场消隐脉冲。 复合消隐脉冲（信号）： 行、场消隐脉冲合称为复合消隐脉冲。消除回扫线行、场扫描的逆程期间3槽脉冲和均衡脉冲原因：在场逆程期间行就可能失步槽脉冲： 在场同步脉冲上加开几个槽，并使槽脉冲的后沿(即上升沿)恰好对应于应该出现原行同步脉冲的前沿位置行场

25、同步信号的分离： 微分与积分电路的组合。见图。 隔行扫描对场同步脉冲的检测造成的影响：略。 问题的解决办法： 加入均衡脉冲。 均衡脉冲的定义：略。无均衡脉冲积分器输出 （实际系统中回扫线被消隐掉了）实线表示扫描的正程，虚线表示扫描逆程期间的回扫线有均衡脉冲积分器输出正极性信号全电视信号波形组成：图像信号、复合行同步与场同步信号、复合行消隐与场消隐信号、槽脉冲信号、均横脉冲信号。通常也称为视频信号。1.2.3 黑白全电视信号同步信号顶的幅值电平：100%黑色电平和消隐电平幅度：75%白色电平幅度：1012.5%图像信号电平介于白色与黑色电平之间黑白全电视信号 2全电视信号的频谱 频谱： 就是电信

26、号的能量按频率分布的曲线。全电视信号的频谱： 应是它所包含的主体信号(图像信号)与辅助信号的频 谱之和。梳状滤波器： 频谱是不连续的，属离散形，形状象梳齿，故常称其 为梳状频谱，各谱线间有很大的间隙。原因说明： 略。 图119 图像信号的频谱 各群谱线间存在着很大空隙。 以行频及其谐波为中心的离散频谱。 图像信号的频谱特征 主要能量分布在低频端 辅助信号的频谱 小于6MHz的离散谱 结论：全电视信号有06MHz内离散分布的频谱结构。1.3 彩色的基本概念彩色电视： 根据人眼的视觉生理特性，利用电信号的方式，来实现彩色景像的分解、变换、传送和再现过程。1.3.1 彩色和光密不可分1可见光的特性

27、光的定义： 是一种以电磁波形式存在的物质。 可见光： 人眼可以看见的光叫看见光。 波长： 380 nm780nm的电磁波。 呈现的颜色： 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。 从电视角度看,可见光有如下特性: (1) 可见光的波长范围有限，它只占整个电磁波波谱 中极小的一部分。 不同波长的光呈现出的颜色各不相同，随着波长由长到短，呈现的颜色依次为：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。 只含有单一波长的光称为单色光；包含有两种 或两种以上波长的光称为复合光，复合光作用于人眼,呈现混合色。 太阳发出的白光中包含了所有的可见光，若把太阳辐射的一束光投射到棱镜上，太阳光会经过棱镜分解成一组按红、橙、黄、绿、青、蓝、紫

28、顺序排列的连续光谱。图123 太阳光的棱镜分解2物体的颜色 2、物体反射或透射的彩色光 与光源有关。来源：1、发光体所呈现的颜色不能从看到的颜色来判断光谱的分布： 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获得。 3，色温和标准光源(1) 色温的概念 以绝对黑体的加热温度定义的。绝对黑体： 是指既不反射也不透射完全吸收入射光的物体。重要特性： 它被加热时，将以电磁波的形式向外辐射能量， 其辐射波谱仅由温度决定。随着温度的增加， 辐射能量将增大，且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 色也随之变换。 例如，温度保持在2800 K时的钨丝灯泡

29、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，该白光的色温即为2854K。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：K。色温是表征光源波谱特性的参量。色温的定义： (2) 标准白光源 D 光源： 相当于白天平均照明光。色温为6500 K，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，色温为5500 K。它的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。这种光源在实际中是不存在的，是假想的光源。1. 相对视敏

30、曲线同一波长的光，当其强度不一样时，给人的亮度感觉是不相同的。对于相同强度而波长不同的光，给人的亮度感觉也是不相同的。实践证明： 人眼感到最亮的是黄绿色，最暗的是蓝绿色和紫色。1.3.2 视觉特性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()，则视敏函数为： K()= 1 /()用来衡量视觉对波长为的光的敏感程度。在明亮环境中，当=555nm时，有最大的视敏函数： Km=K(555)任意波长光的光谱光视效能K()与Km之比称为相对视敏度，用函数V()表示： V()= K(）/ Km 结论： 如果光的辐射功率相同而波长不同，则人眼的亮度感觉将按曲线规律变化。2. 人眼的亮度感觉 人眼能

31、感觉到的Bmax与Bmin的差别，及在不同环境亮度下对同一亮度所产生的主观亮度感觉。对亮度的说明：1，人的视觉范围很宽，但是人眼并不能同时感受到这样大的亮度范围。(视觉范围：人眼所能感觉到的量度范围)。2，在不同环境亮度下，人眼对同一亮度的主观感觉也是不同的。根据以上分析可以得出如下结论:(1) 人眼可以感觉到的亮度范围虽然相当宽，但当眼睛适应于某一平均亮度后，能分辨的亮度范围就比以主观感觉“亮”与“暗”为界的范围缩小了。 在不同的环境亮度下，同样的亮度，给人的主观亮度感觉却完全不同。 当人眼适应于不同的平均亮度后，可分辨的亮 度范围也不相同。 结论： 电视重现景物的亮度无需等于实际景物的亮度

32、；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。眼睛的构造眼睛可类比于一个摄像机。3. 人的色彩感觉光敏细胞的分类：杆状：灵敏度极高，主要靠它在低照度时辨别明暗， 但它对彩色是不敏感的。锥状： 即可辨别明暗，又可辨别彩色，白天的视觉过 程主要靠锥状细胞来完成，夜晚视觉则由杆状 细胞起作用。锥状细胞又分为三类： 红敏、绿敏和蓝敏。 如果某束光线只能引起某一种光敏细胞兴奋,而另外 两种光敏细胞仅受到很微弱刺激,我们感觉到的便是 某一种色光。例： 红敏细胞受到刺激，则感觉到的是红色。红绿敏细胞同时受到刺激，则产生的彩色感觉与由黄单色光引起的视觉

33、效果相同。研究光敏细胞的作用：略。1.3.3 彩色三要素和三基色原理1. 彩色三要素亮度：这里指彩色光作用于人眼引起的明暗程度 的感觉，用Y表示。色调：指彩色光的颜色类别。（对色调的说明）饱和度：指颜色的深浅程度，即颜色的浓度。对于 同一颜色的光，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。2. 三基色 混色定义：略。 混色的作用：略。 基色光： 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彩色，具 有这种特性的三个单色光叫基色光。 彩色电视中所采用的三基色为： 红色、绿色、和蓝色。 (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

34、者说自然界中的大多数 颜色都可以分解为三基色。 三基色原理： (1) 三基色必须是相互独立的,即其中任一种基色都 不能由另外两种基色混合而产生。(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。 (3) 三个基色的混合比例，决定了混合色的 色调和饱和度。三基色原理是对颜色进行分解与合成的重要原理：略。说明： 1，原则上三基色的选择不是唯一的，还可以有其它 的选择。 2，彩色光可用不同比例混合的三基色光束等效表 示，与用亮度、色度描述彩色光是同一事物的两 种不同表示形式。 3. 混色法 定义： 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。 分类： 相加混色和相减混色。（彩色电

35、视中用的是相加 混色） 绿黄青红绿蓝品红红光+绿光 = 黄光红光+蓝光 = 紫光(品光)绿光+蓝光 = 青光 红光+绿光+蓝光 = 白光 实现相加混色的方法：空间混色法。 时间混色法。 (3) 生理混色法。 4色度三角形 互补色：通常把相加后形成白色的两种颜色称为互补色。根据色度三角观察色调与饱和度。1.3.4 计色制及色度图计色制： 彩色同其它物理量一样，可以进行量度和计算，其量度会因所选三基色不同而有不同的量度系统。此系统称为计色制。色度图： 各种计色制对应的彩色光色度平面图称为色度图，它可以直观地、全面地说明彩色的量度及表示方法。1、配色实验F= R (R) + G (G) + B (B

36、) F : 表示待配色的彩色光的彩色量。（R）、(G)、 (B)： 分别为红、绿、蓝三基色的单位量。其中 1(R)= 1 lm, 1(G) = 4.5907 lm, 1 (B) = 0.0601 lm。R、G、B ： 分别代表三基色调节器的读数，亦称为三基色系数。图128 配色实验示意图 对于等能白光 , R = G = B = 1 , 即 FE白 = 1 (R) + 1 (G) + 1 (B)其光通量为 FE白= 11+1 4.5907 + 10.0601 = 5.6508lm 2. 计色制及色度图 ( 1 ) RGB 计色制及其色度图 以(R)、(G)、(B)为单位量,用配色方程进行彩色量

37、 度和计算的系统称为RGB计色制。 实际中,彩色的质的区别： 决定于色调和饱和度,即色度。色度与三基色系数 的比例有关。为此,引入三基色相对系数r、g、b。 令m = R + G + B , 则 r 、 g 、b 分别为：因为R、G、B三个色系数的比例关系与r、g、b的比例关系相同,所以它们都可以表示同一彩色的色度。计色制的意义： r、g、b三者之和为1,所以只要知道其中两个的值,就 可确定第三个的值。因此,只要选两个三基色相对系 数,就可用二维坐标表示各种彩色光的色度。谱色轨迹： 图中的舌形曲线称为谱色轨迹。对其图形说明：略。缺点：RGB色度图对有些颜色出现负坐标，即说明三色系数中有的为负，

38、这样就不能由相加混出所需颜色。XYZ 计色制及其色度图 XYZ 计色制所选的三基色单位量分别称为（X）、(Y)、(Z)，它们并不代表实际彩色，也不能通过物理三基色相混合而得到，只能由计算求得，故常称（X）、(Y)、(Z)为计算三基色。计算三基色具有如下特点: 可根据 F = X(X) + Y ( Y ) + Z ( Z ) 方程式配出实 际颜色,且三个色系数X、Y、Z均不为负。 规定系数Y在数值上等于彩色光的全部亮度,合成 光的色度仍由X、Y、Z三个系数的比值决定。 当 X = Y = Z 时,仍代表E白。 据以上各点,可求出两种计色制三基色单位量及三基色系数之间的对应关系。 (X) = 0.

39、4185 (R) - 0.0912 (G) + 0.0009 (B) (Y) = -0.1578 (R) + 0.2524 (G) + 0.0025 (B) (Z) = -0.0828 (R) + 0.0157 (G) + 0.1786 (B) X = 2.7690 R + 1.7518 G + 1.1300 B Y= 1.0000 R + 4.5907 G + 0.0601 B Z = 0.0000 R + 0.0565 G + 5.5943 B 类似地，这里也引入三基色相对色系数 x、y、z。设 X + Y + Z = m， 则x，y，z分别为:虽然 x + y + z = 1，同样x，y

40、，z中只有两个量是独立的，故可在 x-y 平面直角坐标系中描绘出图130所示的XYZ色度图,亦称CIE色度图。 图130 XYZ色度图 该色度图具有如下特点: 舌形曲线全部位于第一象限,所有的单色光都位于 舌形曲线上,舌形曲线称为谱色轨迹,它们的饱和 度均为100%,曲线旁注有单色光波长值。 舌形曲线上任一点与E白点的连线称为等色调线。 不在同一等色调线上的任意两点,表示了两种不同 的颜色,由这两种颜色组成的全部混合色都处在这 两点的连线上。 饱和度相同的彩色所对应的各点的连线称为等饱和度 线,见图中所注。 在谱色曲线内任取三点对应的彩色作基色(例如,图中 R1、G1、B1),则由此三基色混合

41、而成的所有彩色都包 含在以这三点为顶点的三角形内。 NTSC制式的亮度方程为 Y0.229RN十0.587GN十0.114BN PAL制式的亮度方程式为 Y0.222RP十0.707GP十0.071BP 6亮度方程 Y1.0000R十4.5907G十0.06015 B一般应用中 Y0.30R十0.59G十0.11B 。1.3.4 彩色图像的摄取与重现 彩色电视的任务：发送端：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彩 色图像.1彩色图像的摄取 由三基色原理知,要实现彩色电视发送,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。 分解： 通过分色光学系统(包括物镜、分色棱镜、反射镜等)及三个黑