现代电视技术

现代电视技术学时：38教材：电视原理（第六版和第五版）俞斯乐主编，国防工业出版社参考书：电视接受技术，徐守堂主编，西安电子科大出版社。电视新技术-原理、器件、系统和设计，李桂笭主编，电子工业出版社考试组成：开卷考试70%+平时成绩30%

教材：内容多，细。而学时少，一部分内容可以自学或了解，开拓视野。此教材便于自学。内容：第一章——第三章，第四章部分，第五章——第六章，增加了部分新内容。电视技术有许多引深的分支：图象处理，计算机视觉等。大作业的要求交作业截止日期：2011年11月11日交作业邮箱：tv2010hit@163.com大作业交流平台：网易博客/大作业内容：修改后公布

概述第一章：第一章视觉特性与三基色原理1.1光的特性1.2人眼的视觉特性1.3三基色原理与色度图1.4彩色的重现第二章：电视传像的基本原理2.1电视系统组成原理2.2电视扫描原理2.3电视图像的基本参量2.4视频图像信号

第三章彩色电视制式3.1彩色电视制式概述３.２NTSC制3.3PAL制3.4SECAM制第四章电视新技术概论概述4.1卫星电视广播4.2数字电视4.3共用天线电视（CATV）系统

4.4电视多工广播4.5立体电视4.6会议电视和多媒体技术的应用4.7交互式电视4.8手机电视CMMB 第五章电视信号的形成、处理与记录5.1数字演播室系统5.2彩色电视摄像机

5.3图像信号的处理

5.4彩色电视信号编码器5.5模拟电视射频信号的形成

5.6模拟电视同步信号的形成5.7电视信号的录放原理第六章电视信号接收原理

6.1模拟电视信号的接收

6.2高、中频电视信号的处理6.3模拟电视机视频电视信号的处理6.4电视图像的同步、扫描与显示6.9平板显示原理现代电视技术概述

一、电视技术是20世纪人类最伟大的发明之一1．电视是人类进行信息传播变革中影响最大的研究成果电视是大众传媒的主要载体，它声像并茂、色彩兼备，远距离传送，不受文化、年龄的限制，面向社会，深入家庭，成为最具活力的大众传播工具。它兼容了电影、戏剧、雕塑、音乐、绘画、建筑、舞蹈、文学等各类空间艺术形式和时间艺术之所长，通过电子编辑手段对各门艺术进行再加工、再创造，具有灵活性和综合性。电视已形成了独特的“电视文化”，在某种程度上改变了人们的思想观念和生活方式。

人们通过电视，可以得到与世界、与社会的某种联系，可以得到新的信息、新的知识，对根本不可能亲历的事件可以目睹，对终身难以涉足的异域可以一览无余。人们在电视发展过程中，对电视文化褒奖的同时，也时时抨击它带来的消极影响。如对电视商业化倾向的批判，对电视中大量暴力、色情节目和镜头的批判，对电视使人们远离书籍、报刊的批判，对电视降低人与人之间进行交流和沟通的批判等等。电视魅力、魔力和威力，令人们又爱它又恨它。在电视时代，观众时刻面临着理性与感性的考验：是否打开电视机；打开电视机看什么；能否果断关上电视机。

2．电视技术是科学技术最先进研究成果的集合体电视技术是20世纪先进的电子科学技术的一项重大成果。作为以昂贵的电子设备为载体的大众传播媒介，电视技术的发展速度在很大程度上取决于国家的工业化水平和社会的经济状况。现代电视技术集电子学、大规模集成电路、光学、电磁学、材料科学、卫星技术、数字信号处理、色度学、人类视觉科学等多学科成果于一身的综合性技术。他的进步和发展不仅依赖于这些学科的进步和发展，同时还极大的推动着这些学科的进步和发展。电视技术产业已经成为国民经济中的支柱产业之一。电视已伴随人类进入了21世纪，并将继续发挥它的巨大作用

二、电视技术的发展历程

1．电视的诞生

1883年圣诞节（一说为1884年），德国电气工程师尼普柯夫（P.Nipkow）用他发明的“尼普柯夫圆盘”使用机械扫描方法，作了首次发射图像传送的实验。每幅画面有24行扫描线，图像相当模糊。

1908年，英国肯培尔.斯文顿、俄国罗申克夫提出电子扫描原理，奠定了近代电视技术理论基础。

1923年，美籍俄国人兹沃尔金（V.K.Zworykin）发明静电积贮式摄像管，后来又发明电子扫描式显像管，这是近代电视摄像术的先驱。在1929年11月18日，Zworykin示范他的全部电子电视接收器。

1939年前后使用电视显象管和摄像管

1925年，英国的贝尔德（J.L.Baird），根据“尼普科夫圆盘”进行了新的研究工作，发明机械扫描式电视摄像机和接收机。当时画面分辨率仅30行扫描线，扫描器每秒只能5次扫过扫描区，画面本身仅有2英寸高、1英寸宽。1926年，贝尔德向英国报界作了一次播发和接收电视的表演，开创了电视技术研究的先河。

1927～1929年，贝尔德通过电话电缆首次进行机电式电视试播，并进行短波电视试验，英国广播公司开始试验播发电视节目。

1936年11月2日是一个值得纪念的日子，位于英国市郊的亚历山大宫的英国广播公司电视台开始正式播出。这是世界上第一座正式开播的电视台，人们把这一天作为电视事业的开端。英国正式开播的电视在开始时仍为机电系统，4个月后被电子系统取代。

1941年，美国国家电视标准委员会确定美国的电视技术标准为每秒30帧、每帧525行。（就每帧行数和场频来说，现行电视标准主要有525行/60帧和625行/50帧两种）同年7月1日，美国联邦通信委员会正式批准建立美国第一座电视台全国广播公司的纽约WNBT电视台。

RCATRK91939(美国)

2．电视图像的彩色化电视也同电影一样，经历了一个由黑白到彩色的发展过程，美国是世界上最早播出彩色电视节目的国家。

1953年，美国国家电视制式委员会提出NTSC（NationalTelevisionSystemCommittee）制。1954年美国全国广播公司、哥伦比亚广播公司，采用NTSC制式首次播出彩色电视节目。日本、加拿大分别于1957、1966年采用同一制式播出。1956年，法国提出SECAM（SEquentialCouleurAvecMemoire）制。1960年，联邦德国提出PAL（PhaseAlternationLine-by-Line）制。为便于转播和交换节目，各国曾多次讨论统一电视制式问题，但由于政治及经济等方面的原因，始终未能达成一致。于是，国际上便形成了3种彩色电视制式同时并存的局面。

彩色电视机在哪国使用必须符合该国的黑白体制、彩色制式及频道划分，还要注意电源标准（有110伏/60赫与220伏/50赫之分），这样才能保证接收机安全可靠地接收到良好的彩色图像和伴音。目前世界上采用PAL制的国家最多。中国所采用的电视制式为PAL/D，国家标准为：每帧扫描625行，每秒25帧。

3．卫星广播电视的出现1962年，美国发射“电星一号”通信卫星，进行了横跨大西洋的电视节目传送实验，这是一颗低轨道卫星，使用起来受到许多限制。1963年，美国发射了世界第一颗同步通信卫星“同步二号”。1964年，国际通信卫星组织的第一颗商用通信卫星“国际通信卫星一号”启用，使世界正式进入了卫星通信时代，国际间进行电视节目的传送和转播成为现实。1969年7月20日阿波罗11号的整个登月过程就是通过卫星传送49个国家，有7.2亿人同时收看到了这个节目。

2008年6月9日，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号乙”运载火箭，成功将“中星9号”广播电视直播卫星送入太空。“中星9号”采用法国阿尔卡特宇航公司SB4100系列成熟商用卫星平台，是一颗大功率、高可靠、长寿命的电视卫星。该卫星发射时的重量达到4500公斤，总功率约11000瓦，设计寿命15年。“中星9号”原计划和中国航天科技集团制造的东方红四号平台电视直播卫星一起构建中国第一代电视卫星直播系统，但由于“鑫诺二号”出现技术故障成为太空垃圾，“中星9号”取代“鑫诺二号”成为中国第一颗广播电视卫星直播卫星。

“中星9号”采取不加密方式传输节目，主要针对偏远的、看不到电视听不到广播的农村地区，利用“中星9号”直播卫星，全国98%以上的居民可以不经媒介传输，使用直径0.35米至0.6米的圆形天线，就能直接收听、收看广播电视节目和实现卫星宽带互联网业务。“中星9号”直播卫星的最大优点就是使用的“锅”小了，但也不可能在室内，行走运动的车船上都可以方便地看卫星电视,部分强信号地区甚至可能用0.25米的天线收到。

中星9号直播卫星机顶盒，采用ABS-S标准，免费接收，不使用加密卡，但是不能接收其他频率和标准的卫星电视节目。直播卫星“村村通”机顶盒，按照GY/T233-2008《直播卫星综合解码接收机进网技术条件和测量方法》，对符合ABS-S调制技术规范的信号进行正确解调。“正常”可以接受40多套中央和地方的电视节目。

4．高清晰度电视(HDTV)与数字电视(HDTV)

电视已深入了我们的日常生活，成了我们日常生活的一部分，但是我们日常观看的电视画面同电影(35mm)相比还显得很粗糙，这是因为目前构成电视画面的像素较少的缘故。因而，人们又开发研制出了高清晰度电视（HDTV）。高清晰度电视的“高清晰度”指与现行电视相比，其水平和垂直两个方向的图象分辨率都要求提高一倍以上，使用大屏幕显示器近距离观看时，图象细腻逼真，无闪烁和粗糙感，并配以数字环绕音响伴音。凡是曾欣赏过HDTV视听效果的人们，无一例外会感叹“这才是真正的家庭影院系统”！

高清晰度电视与普通电视不同的是，它采用了16:9的宽屏幕。普通电视的宽高比围4:3（或5:4），这是沿袭16毫米电影的屏幕宽高比的结果。但研究表明，大屏幕画面的宽高比以更宽些为好。日本的研究数据也表明，最好是5:3，但为了同宽屏幕电影的宽高比一致，世界各国都用16:9，这相当于5.33:3。现在HDTV采用16:9的宽高比作为世界标准。为了增加构成画面的像素提高图像的清晰度，HDTV的扫描行数已达到或超过1125行，它是美、日现行电视制式NTSC的525扫描行、我国现行的电视制式PAL的625扫描行的二倍左右，而且每行扫描的像素也要增加2.5倍。我国HDTV标准为1920×1080i，每帧图像有207万个像素。

5、数字电视系统关键技术a、数字电视的信源编解码技术视频编解码技术数字电视尤其数字高清晰度电视与模拟电视相比，在实现过程中，最为困难的部分就是对视频信号的压缩。在1920×1080显示格式下，数字化后的码率在传输中高达995Mbit/s，这比现行模拟电视的传输信息量大得多。因而数字电视的图像不能象模拟电视的图像那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。

视频编码技术主要功能是完成图像的压缩，使数字电视的信号传输量由995Mbit/s减少为20～30Mbit/s音频编解码技术

与视频编解码相同，音频编解码主要功能是完成声音信息的压缩。声音信号数字化后，信息量比模拟传输状态大得多，因而数字电视的声音不能象模拟电视的声音那样直接传输，而是要多一道压缩编码工序。

中国方面，中国的数字音视频编解码标准工作组制定了面向数字电视和高清激光视盘播放机的AVS标准。该标准据称具有自主知识产权，与MPEG-2标准完全兼容，也可以兼容MPEG-4AVC/H.264国际标准基本层，其压缩水平据称可达到MPEG-2标准的2-3倍，而与MPEG-4AVC相比，AVS更加简洁的设计降低了芯片实现的复杂度。

b、数字电视的复用系统

数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一。从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信道编码及调制。接受端与此过程正好相反。

c、数字电视的信道编解码及调制解调

数字电视信道编解码及调制解调的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力，通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上，为发射做好准备。

数字传输的常用调制方式：

正交振幅调制(QAM)：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。

键控移相调制(QPSK)：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。

残留边带调制(VSB)：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。

编码正交频分调制(COFDM)：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播

6、数字电视新技术的引入与应用

a、数字内容保护数字版权管理(DigitalRightsManagement，以下简称DRM)通过加密数字内容和附加信息来判断用户是否有权使用该内容，以确保内容只对那些已经获得授权的用户开放使用。由于缺乏统一的标准，DRM技术的进一步推广受到阻碍，不过随着越来越多的公司逐渐认识到保护知识产权的重要性，DRM技术将得到突飞猛进的发展

b、MHP中间件通过MHP中间件与浏览器技术确定符合当前数字电视机交互式需要的应用规范框架，随着机顶盒操作系统的日渐统一，MHP进入应用状态的条件已经具备。

c、IPv6IPv4技术还没有很好地解决传输服务质量的问题。在现有条件下，只能对可能会导致传输质量下降的一些参数做出明确的界定，并找出相互之间的量化关系，确定最优配置参数。同时可以考虑在适当范围内部署IPv6网络，通过IPv6技术很好地解决IP视音频数据的传输质量保证机制。

·IPv6就是能够无限制地增加IP网址数量、拥有巨大网址空间和卓越网络安全性能等特点的新一代互联网。（IPv4地址资源面临枯竭，我国仅有3000多万个IP地址）

地址空间巨大：IPv6地址空间由IPv4的32位扩大到128位，2的128次方形成了一个巨大的地址空间。采用IPV6地址后，未来的移动电话、冰箱等信息家电都可以拥有自己的IP地址。

·地址层次丰富分配合理：IPv6的管理机构将某一确定的TLA分配给某些骨干网的ISP，然后骨干网ISP再灵活地为各个中小ISP分配NLA，而用户从中小ISP获得IP地址。

·实现IP层网络安全：IPv6要求强制实施因特网安全协议IPSec，并已将其标准化。IPSec支持验证头协议、封装安全性载荷协议和密钥交换IKE协议，这3种协议将是未来Internet的安全标准。

无状态自动配置：IPv6通过邻居发现机制能为主机自动配置接口地址和缺省路由器信息，使得从互联网到最终用户之间的连接不经过用户干预就能够快速建立起来。

d、网格网格是动态多机构虚拟组织中的资源共享和协同问题解决，网格虚拟出空前的超级计算机并正在成为下一代Internet的发展方向。在数字电视应用中，通过构建视频数据网格，将视频点播、视频会议、视频广播和视频监控几类主要应用在同一个平台上融合实现，它用网格中间件将内容提供商、硬件提供商、服务提供商等粘合在一起，将分布在各地的设施和内容虚拟成一个整体，并在本地甚至全国范围内进行节目共享和视频调度，按照就近的原则为千家万户提供高质量的视频服务。

7.云电视“云电视”就是一个微型电脑，可上网、QQ聊天、微博、玩3D游戏、看3D电影，甚至实现高清多媒体通话。通过“云端”的大容量云存储硬盘（存有海量的信息、视频、音乐等多媒体资料），可实现用户完美的互动点播。

7.1视频云计算应用背景面临几个时代背景：第一是三网融合加速推进，第二是作为电台、电视台的媒体机构在全面的向媒体运营进行转变，全国的广电机构都做了相应的部署和安排第三是全国范围内的全台网应用不断地深入，省级和一些地市电视台全台网的建设和应用已经相对比较普及，而且全台网的投入也越来越大，

第四是高清的发展和3D的发展，电视媒体视频质量越来越高，对于生产、制播、管理资源的消耗越来越大，对计算的要求也越来越高，高清和3D的发展某种意义上也呼唤着新的计算模式和基础架构的提供方式。

7.2云计算实施的难点，第一是技术成熟度，云计算相关的技术，比如说虚拟化技术，资源池管理技术。第二是相关的标准规范问题，全台网的建设2006、2007年有了白皮书的指导，相当于形成了一系列的标准和规范，大家也在共同遵循，2007年到现在已经四年时间过去了，新的三网融合全媒体运营新的环境下全台网的体系结构也提出了更高的要求，先前实践的标准和规范也不能完全满足现在的行业发展需要，尤其现在引入了云计算的理念和技术

。第三是系统的安全问题，某种意义上来说采用池化的管理，采用云计算相关的技术，在一定程度上提高了系统的健壮性，采用池化之后所有的工作站和服务器，包括计算资源、网络资源在数据中心里进行统一的部署，典型的数据中心架构，里面有几十台、成百上千台计算资源。但安全问题就更加严重了。

7.3国产电视品牌集体“上云端”抢市场创维,海信,海尔等都在积极行动。

第一章视觉特性与三基色原理1.1光的特性1.1.1电磁辐射和可见光谱

波长在380～780nm范围内的电磁波能够使人眼产生颜色感觉，称为可见光。可见光在整个电磁波谱中只占极小的一段。可见光谱的波长由780nm向380nm变化时，人眼产生的颜色感觉依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫7色。一定波长的光谱呈现的颜色称为光谱色。太阳光包含全部可见光谱，给人以白色感觉。光谱完全不同的光，人眼有时会有相同的色感。用波长540nm的绿光和700nm的红光按一定比例混合可以使人眼得到580nm黄光的色感。

物体分为发光体和不发光体。发光体的颜色由它本身发出的光谱所确定，如白炽灯发黄和荧光灯发白，各自有其特定的光谱色。不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照射光的反射、透射特性有关。红旗反射太阳光中的红色光、吸收其他颜色的光而呈红色；绿叶反射绿色的光、吸收其他颜色的光而呈绿色；白纸反射全部太阳光而呈白色；黑板能吸收全部太阳光而呈黑色。绿叶拿到暗室的红光下观察成了黑色，这是因为红光源中没有绿光成分，树叶吸收了全部红光而呈黑色

1.1.1电磁辐射和可见光谱1.1.2光源色源：不发光体发光体1.色温：在彩色电视系统中，用标准白光作为照明光源。为了便于对标准白光进行比较和计算，用绝对黑体的辐射温度——色温表示光源的光谱性能。

绝对黑体也称全辐射体，是指不反射、不透射，完全吸收入射辐射的物体。它对所有波长辐射的吸收系数均为1。绝对黑体在自然界是不存在的，其实验模型是一个中空的、内壁涂黑的球体，在其上面开了一个小孔，进入小孔的光辐射经内壁多次反射、吸收，已不能再逸出到外面，这个小孔就相当于绝对黑体。

绝对黑体所辐射的光谱与它的温度密切相关。绝对黑体的温度越高，辐射的光谱中蓝色成分越多，红色成分越少。光源的色温是这样定义的：光源的可见光谱与某温度的绝对黑体辐射的可见光谱相同或相近时，绝对黑体的温度称为该光源的色温，单位以绝对温度开氏度(K)表示。例如：一个钨丝灯泡的温度在2800K时发出的白光，与2854K的绝对黑体所辐射的白光功率波谱相一致，称该白光的色温为2854K。色温不是光源的实际温度，而是表征其光谱特性的参量。

1.1.2光源2.标准照明体和标准光源A光源B光源C光源D65光源E光源

常用的标准白光有A、B、C、D65和E光源5种，它们的光谱分布如图1-2所示。

(1)A光源色温为2854K的白光，光谱偏红，相当于充气钨丝白炽灯所产生的光。

(2)B光源色温为4874K的白光，近似中午直射的太阳光。

(3)C光源色温为6774K的白光，相当于白天的自然光。它是NTSC制彩色电视白光标准光源。

(4)D65光源色温为6504K的白光，相当于白天的平均光照。它是PAL制彩色电视的白光标准光源。

(5)E光源色温为5500K的等能量白光(E白)。它是为简化色度学计算所采用的一种假想光源，实际并不存在。电视演播室卤钨灯光源的色温为3200K，有体积小、亮度高、寿命长、色温稳定等优点。

1.2人眼的视觉特性1.2.1眼睛的构造

光敏细胞：杆状细胞和锥状细胞，与视神经末梢连接，通向大脑。杆状细胞：视网膜边缘，灵敏度高，低照度时分辨明暗，对彩色不敏感，夜晚时起主要作用。锥状细胞：视网膜中心，可以分辨光的强弱和颜色，白天时起主要作用。1.2.2光的度量1.视觉光谱光视效率V（λ）曲线视觉灵敏度（视敏度）：波长不同的可见光光波，给人的颜色感觉不同，亮度感觉也不同，人眼对不同波长光的灵敏度是不同的。人眼的灵敏度因人而异，同一个人眼睛的灵敏度也随年龄和健康状况有所变化，所以采用统计方法，用许多正常视力的观察者来做实验，取其平均值。

经过对各种类型人的实验进行统计，国际照明委员会推荐标准视敏度曲线(也称相对视敏函数曲线)如图中的V（λ）曲线所示。图中曲线表明具有相等辐射能量、不同波长的光作用于人眼时，引起的亮度感觉是不一样的。可以看出人眼最敏感的光波长为555nm，颜色是草绿色，这一区域颜色，人眼看起来省力，不易疲劳。在555nm两侧，随着波长的增加或减少，亮度感觉逐渐降低。在可见光谱范围之外，辐射能量再大，人眼也是没有亮度感觉的。1.2.2光的度量 光度学中的几个度量单位

1.光通量光通量是按人眼的光感觉来度量的辐射功率，用符号φ表示。其单位名称为流明(lm)，当λ＝555nm的单色光辐射功率为1W时，产生的光通量为683lm，或称1光瓦。在其他波长时，由于相对视敏度V(λ)下降，相同辐射功率所产生的光通量随之下降。

40W的钨丝灯泡输出的光通量为468lm，发光效率为11.7lm/W；40W的日光灯可以输出2100lm的光通量，发光效率为52.5lm/W；电视演播室卤钨灯发光效率可达80～100lm/W。2.光照度光照度E，单位勒(克斯),符号为lx。勒(克斯)等于1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的光照度。为了对光照度单位勒有个大概的印象，下列数据可供参考：室外晴天光照度约为10000勒，多云约为500勒，傍晚约为50勒，月光约为10-1勒，黄昏约为10-2勒，星光约为10-4勒。1.2.3亮度、彩色与立体视觉1.明暗视觉白天明视觉夜晚暗视觉

2.彩色视觉人眼视网膜上有大量的光敏细胞，按形状分为杆状细胞和锥状细胞，杆状细胞灵敏度很高，但对彩色不敏感，人的夜间视觉主要靠它起作用，因此，在暗处只能看到黑白形象而无法辨别颜色。锥状细胞既可辨别光的强弱，又可辨别颜色，白天视觉主要由它来完成。关于彩色视觉，科学家曾做过大量实验并提出视觉三色原理的假设，认为锥状细胞又可分成三类，分别称为红敏细胞、绿敏细胞、蓝敏细胞

它们各自的相对视敏函数曲线分别为图所示的

VR（λ）、VG（λ）、VB（λ），其峰值分别在580nm、540nm、440nm处。图中VB（λ）曲线幅度很低，已将其放大了20倍。三条曲线的总和等于相对视敏函数曲线V（λ）。三条曲线是部分交叉重叠的，很多单色光同时处于两条曲线之下，例如600nm的单色黄光就处在VR（λ）、VG（λ）曲线之下，所以600nm的单色黄光既激励了红敏细胞，又激励了绿敏细胞，可引起混合的感觉。

当混合红绿光同时作用于视网膜时，分别使红敏细胞、绿敏细胞同时受激励，只要混合光的比例适当，所引起的彩色感觉，可以与单色黄光引起的彩色感觉完全相同。不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的，产生的彩色视觉各异，人眼因此能分辨出五光十色的颜色。电视技术利用了这一原理，在图像重现时，不是重现原来景物的光谱分布，而是利用三种相似于红、绿、蓝锥状细胞特性曲线的三种光源进行配色，在色感上得到了相同的效果。

3彩色三要素描述一种色彩需要用亮度、色调和饱和度三个基本参量，这三个参量称为彩色三要素。亮度反映光的明亮程度。彩色光辐射的功率越大，亮度越高，反之亮度越低。不发光物体的亮度取决于它反射光功率的大小。若照射物体的光强度不变，物体的反射性能越好，物体越明亮，反之越暗。对于一定的物体，照射光越强，物体越明亮，反之越暗。

色调反映彩色的类别，例如红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色。发光物体的色调由光的波长决定，不同波长的光呈现不同的色调，不发光物体的色调由照明光源和该物体的吸收、反射或透射特性共同决定。

色饱和度反映彩色光的深浅程度。同一色调的彩色光，会给人以深浅不同的感觉，深红、粉红是两种不同饱和度的红色，深红色饱和度高，粉红色饱和度低。饱和度与彩色光中的白光比例有关，白光比例越大，饱和度越低。高饱和度的彩色光可加白光来冲淡成低饱和度的彩色光。饱和度最高称为纯色或饱和色。谱色光就是纯色光，其饱和度为100%。饱和度低于100%的彩色称为非饱和色，日常生活中所见到的大多数彩色是非饱和色。白光的饱和度为0。色饱和度和色调合称为色度，它表示彩色的种类和彩色的深浅程度。

三度空间的纺锤形颜色立体图在水平圆形剖面上：不同的色调和不同的饱和度

3.立体视觉双眼立体视觉：主要因素有双眼视差和辐辏，使同一物体在视网膜上的成像有立体视觉。单眼立体视觉：主要因素有单眼运动视差、线性透视、睫状肌调节、添加阴影等。计算机视觉（视觉机器人）：仿生学，模仿眼睛的视觉，确定前面物体的距离、大小、性质。传感器、图像识别、记忆和判断。3D电视发展迅速，以前红蓝眼镜，现在为液晶眼镜。2D-3D技术需求旺盛。我们实验室在做这方面的研究，感兴趣的同学可以报名参加。保研的优先。

1.2.4眼睛的视觉范围视觉范围是指人眼感受亮度的范围。它与眼睛的适应能力有关（包括瞳孔调节和视觉细胞本身的调节）。对比度：景物和图像中最大亮度Lmax与最小亮度Lmin的比值。用C表示。C=Lmax/LminC＝10，（人眼在平均亮度很低时）C＝1000（人眼在适当的平均亮度下）

1.2.5人眼的分辨力分辨力是指人眼在观看景物时对细节的分辨能力。对人眼进行分辨力测试的方法如图1-11所示，在眼睛的正前方放一块白色的屏幕，屏幕上面有两个相距很近的小黑点，逐渐增加画面与眼睛之间的距离，当距离增加到一定长度时，人眼就分辨不出有两个黑点存在，感觉只有一个黑点，这说明眼睛分辨景色细节的能力有一个极限值，我们将这种分辨细节的能力称为人眼的分辨力或视觉锐度。

图1-11人眼进行分辨力测试的方法D

分辨力定义：眼睛对被观察物上相邻两点之间能分辨的最小距离所对应的视角θ的倒数：分辨力=

如图1-11所示，用D表示眼睛与图像之间的距离，d表示能分辨的两点间最小距离，（θ以分为单位）

：

（1-1）

（1-2）

人眼的最小视角取决于相邻两个视敏细胞之间的距离。对于正常视力的人，在中等亮度情况下观看静止图像时，θ为1～1.5′。分辨力在很大程度上取决于景物细节的亮度和对比度，当亮度很低时，视力很差，这是因为亮度低时锥状细胞不起作用。但是亮度过大时，视力不再增加，甚至由于眩目现象，视力反而有所降低。此外，细节对比度愈小，也愈不易分辨，会造成分辨力降低。在观看运动物体时，分辨力更低。

彩色细节分辨力人眼对彩色细节的分辨力比对黑白细节的分辨力要低，例如，黑白相间的等宽条子，相隔一定距离观看时，刚能分辨出黑白差别，如果用红绿相间的同等宽度条子替换它们，此时人眼已分辨不出红绿之间的差别，而是一片黄色。实验还证明，人眼对不同彩色，分辨力也各不相同。如果眼睛对黑白细节的分辨力定义为100%，则实验测得人眼对各种颜色细节的相对分辨力用百分数表示如表1-2所示。

因为人眼对彩色细节的分辨力较差，所以在彩色电视系统中传送彩色图像时，只传送黑白图像细节，而不传送彩色细节，这样做可减少色信号的带宽，这就是大面积着色原理的依据。

1.2.6视觉惰性与闪烁感觉视觉惰性

实验证明，人眼的主观亮度感觉与客观光的亮度是不同步的。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主观亮度感觉，而是按近似指数规律上升；当亮度突然消失后，人眼的亮度感觉并不立即消失，而是按近似指数规律下降。人眼的亮度感觉总是滞后于实际亮度的，这一特性称为视觉惰性或视觉暂留。

图1-15(a)表示作用于人眼的光脉冲，图1-15(b)表示该光脉冲造成的主观亮度感觉，它滞后于实际的光脉冲。光脉冲消失后，亮度感觉还要一段时间才能消失。图1-15(b)中t1～t2就是视觉暂留时间。在中等亮度的光刺激下，视力正常的人视觉暂留时间约为0.1s。

图1-15人眼的视觉惰性

(a)作用于人眼的光脉冲亮度；(b)主观亮度感觉

人眼受到频率较低的周期性的光脉冲刺激时,会感到一亮一暗的闪烁现象，如果将重复频率提高到某个定值以上，由于视觉惰性，眼睛就感觉不到闪烁了。不引起闪烁感觉的最低重复频率，称为临界闪烁频率。临界闪烁频率与很多因素有关，其中最重要的是光脉冲亮度，随着光脉冲亮度的提高，临界闪烁频率也会提高。临界闪烁频率还与亮度变化幅度有关，亮度变化幅度越大，临界闪烁频率越高。人眼的临界闪烁频率约为46Hz。对于重复频率在临界闪烁频率以上的光脉冲，人眼不再感觉到闪烁，这时主观感觉的亮度等于光脉冲亮度的平均值。

1.3三基色原理与色度图1.3.1三基色原理

根据人眼的视觉特性，在电视机中重现图像时并不要求完全重现原景物反射或透射光的光谱成分，而应获得与原景物相同的彩色感觉。因此仿效人眼三种锥状细胞理论，可以任选三种基色，三种基色必须是相互独立的，任一种基色都不能由其他两种基色混合得到，将它们按不同比例进行组合，可得到自然界中绝大多数的彩色。

具有这种特性的三个单色光叫基色光，这三种颜色叫三基色。并总结出三基色原理：自然界中绝大多数的彩色可以分解为三基色，三基色按一定比例混合，可得到自然界中绝大多数彩色。混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定，混合色的亮度等于三种基色亮度之和。

因为人眼的三种锥状细胞对红光、绿光和蓝光最敏感，所以在红色、绿色和蓝色光谱区中选择三个基色按适当比例混色可得到较多的彩色。在彩色电视中，选用了红、绿、蓝作为三基色，分别用R、G、B来表示。国际照明委员会(CIE)选定了红基色的波长为700nm，绿基色的波长为546.1nm，蓝基色的波长为435.8nm。

三基色原理是彩色电视技术的基础，摄像机把图像分解成三基色信号，电视机又用三基色信号还原出原图像的色彩。三基色光相混合得到的彩色光的亮度等于三种基色亮度之和，这种混合色称为相加混色。将三束等强度的红、绿、蓝圆形单色光同时投射到白色屏幕上，会出现三基色的圆图，其混合规律如图1-16所示。

红色+绿色=黄色绿色+蓝色=青色蓝色+红色=紫色红色+绿色+蓝色=白色适当改变三束光的强度，可以得到自然界中常见的彩色光。红色+青色=白色绿色+紫色=白色蓝色+黄色=白色

当两种颜色混合得到白色时，这两种颜色称为互补色。红色与青色互为补色，绿色与紫色互为补色，蓝色与黄色互为补色。在彩色电视技术中，常用相加混色法有2种：空间混色法是同时将三种基色光分别投射到同一表面上彼此相距很近的三个点上，由于人眼的分辨力有限，能产生三种基色光混合的色彩感觉。空间混色法是同时制彩色电视的基础。时间混色法是将三种基色光轮流投射到同一表面上，只要轮换速度足够快，加之视觉惰性，就能得到相加混色的效果。时间混色法是顺序制彩色电视的基础。

2.相减混色法彩色印刷彩色胶片绘画

1.3.2RGB计色制1.配色实验红基色光：700nm绿基色光：546.1nm蓝基色光：435.8nm两块垂直的白色屏幕，对任何波长的光波能全反射。

基色单位：为了配出标准白光E白，使用的三个等量的基色光来混配，分别用[R],[G],[B]表示三基色单位。其光通量之比为1：4.5907：0.0601例如，当读数为1[R],1[G],1[B]时，表示配出的彩色光为标准白光E白。其光通量：等号的含义：可由…..混合配出

2.配色方程与色系数任意给定的彩色光F，其配色方程为：F=R[R]＋G[G]＋B[B]取1[R]的光通量为1lm，该色光的光通量为：这是RGB计色制的亮度公式R，G，B称为三色系数，R

[R],G[G],B[B]称为F光的三色分量

分布色系数：为混配出单位辐射功率、波长为λ的单色光所需要的三个基色光的单位数。分别用表示单色光的配色方程

混色曲线

对出现负值的理解：从配色实验理解

待配光=三个基色光相加负值时：待配光+负号光=正号光+正号光

3.RGB色度图归一化处理：m称为色模，是三基色单位的总量

相对色系数：可由分布色系数给出

色度的二维表示法：r---g直角坐标系，平面图，舌形曲线

红基色[R]的色度坐标(r,g,b)=(1,0,0)绿基色[G]的色度坐标(r,g,b)=(0,1,0)蓝基色[B]的色度坐标(r,g,b)=(0,0,1)E白色度坐标(r,g,b)=(1/3,1/3,1/