第一節(jié) 圖像顯示原理與電視信號

1、 模擬模擬電視基礎電視基礎 1第一節(jié)第一節(jié) 圖像顯示原理與電視信號圖像顯示原理與電視信號主主 要要 內內 容容一、電視廣播過程一、電視廣播過程二、光電轉換二、光電轉換三、顯像原理三、顯像原理四、隔行掃描四、隔行掃描五、掃描技術參數(shù)五、掃描技術參數(shù) 模擬模擬電視基礎電視基礎 2電視廣播的一般過程電視廣播的一般過程 電視臺電視臺圖象和伴音轉換成低頻電信號（攝像機）圖象和伴音轉換成低頻電信號（攝像機） 電視機電視機還原圖像、伴音還原圖像、伴音高頻信號高頻信號光電轉換光電轉換低頻信號低頻信號景景 物物調調 制制天線發(fā)射天線發(fā)射發(fā)發(fā) 射射 端：端：低頻信號低頻信號天線接收天線接收高頻信號高頻信號還原顯示

2、還原顯示解解 調調接接 收收 端：端： 模擬模擬電視基礎電視基礎 3 象素：組成圖像細小的點子，使構成圖像的基本單元。 掃描：將圖像轉變成順序傳送的電信號過程。 視敏角：人眼所在的點與被觀測的兩個點所形成的最小夾角。 模擬模擬電視基礎電視基礎 4圖像的串行傳輸 第一是要求傳送速度快。傳送時間小第一是要求傳送速度快。傳送時間小于視覺暫留時間，重現(xiàn)圖像才會連續(xù)于視覺暫留時間，重現(xiàn)圖像才會連續(xù)無跳動。無跳動。 第二是傳送要準確。即收發(fā)雙方應第二是傳送要準確。即收發(fā)雙方應同同步步工作。工作。 模擬模擬電視基礎電視基礎 5AdBLCD =d / L =(D/ N ) /L（弧度）（弧度）=57.3*60

3、 D/ N L (分）分） =1.5 則則 N 573線線水平行數(shù)水平行數(shù)N = 4/3 N 833垂直分解力（垂直分解力（ N ) 一幅畫面一幅畫面象素象素數(shù)：約數(shù)：約52萬萬一、畫面分解：畫面分解： 模擬模擬電視基礎電視基礎 6電信號輸出電信號輸出物物 透鏡透鏡電子槍電子槍偏轉偏轉聚焦聚焦光電靶光電靶二、光電轉換：二、光電轉換：光電靶：光照后，電阻率變小光電靶：光照后，電阻率變小電子槍任務：發(fā)射均勻高速電子束電子槍任務：發(fā)射均勻高速電子束聚焦線圈的作用：電子束上靶時會聚成細點聚焦線圈的作用：電子束上靶時會聚成細點偏轉線圈的作用：使電子束發(fā)生偏轉偏轉線圈的作用：使電子束發(fā)生偏轉 模擬模擬電視

4、基礎電視基礎 7光電轉換CCD：charge coupled device 電荷耦合器件電荷耦合器件MOS：金屬氧化物半導體：金屬氧化物半導體 模擬模擬電視基礎電視基礎 8MOS電容器的剖面圖P 型硅電子勢阱電極（珊極）光氧化硅 模擬模擬電視基礎電視基礎 9光電子轉換和電荷存儲 可見光通過透明電極在硅晶體內激發(fā)出電子空穴對，在耗盡區(qū)的電場作用下，空穴流入襯底，電子被收集到由MOS柵極形成的勢阱中，形成電荷包。勢阱中所捕獲的電荷數(shù)目的多少與該處光照的強弱成正比。 模擬模擬電視基礎電視基礎 10CCD的電荷轉移氧化硅V3V2V1電極P 型硅 模擬模擬電視基礎電視基礎 11三相驅動時鐘脈沖波形V1V

5、2V3t1t2t3t4T 模擬模擬電視基礎電視基礎 12CCD的電荷轉移氧化硅V3V2V1電極P 型硅t = t1V1V2V3t1t2t3t4T 模擬模擬電視基礎電視基礎 13CCD的電荷轉移氧化硅V3V2V1電極P 型硅t1tt2V1V2V3t1t2t3t4T 模擬模擬電視基礎電視基礎 14CCD的電荷轉移氧化硅V3V2V1電極P 型硅t = t3V1V2V3t1t2t3t4T 模擬模擬電視基礎電視基礎 15行間轉移面陣行間轉移面陣CCD器件的原理結構器件的原理結構遮光垂直移位寄存器水平移位寄存器輸出R1R2R3感光部分轉移柵單元隔離層 模擬模擬電視基礎電視基礎 16行間轉移面陣行間轉移面陣

6、CCD器件的原理器件的原理 場正程期間，感光部分按像素對景物分解，并存儲電荷。 場逆程期間，全部電荷轉移到右側垂直移位寄存器中。 下一場正程期間，上一場的電荷包一行一行轉移到水平移位寄存器中。 行逆程期間，向水平移位寄存器轉移一行電荷包。 行正程期間，電荷包從水平移位寄存器逐一輸出形成信號電流或電壓。 模擬模擬電視基礎電視基礎 17行間轉移型（IT） 特點：一個芯片上完成感光、存儲和讀出的功能。 優(yōu)點： 結構簡單，芯片面積小 每個獨立單元中的感光部分彼此獨立，可有較高的空間頻率 缺點： 為避免測漏光，總感光面積小，故靈敏度降低。 強光下產生“污染” 模擬模擬電視基礎電視基礎 18幀轉移型面陣C

7、CD器件的原理結構I1I2I3輸出R1R2R3S1S2S3單元隔離層成象區(qū)存儲區(qū)讀出寄存區(qū)遮光部分光照部分 模擬模擬電視基礎電視基礎 19幀間轉移型（FT） 場正程期間，感光區(qū)形成以電荷包形式存在的電子圖像。 場逆程期間，全部電荷從該光區(qū)轉移到存儲區(qū)。 下一場正程期間，感光區(qū)產生新的電子圖像，存儲區(qū)將上一場的電荷包逐行轉移到水平移位寄存器中。 模擬模擬電視基礎電視基礎 20幀間轉移型（FT） 優(yōu)點： 電極結構簡單易于制作 可以將像素做得更密集，有較高的分辨力 由于成象區(qū)全部進行光電轉換，因而靈敏度比較高 缺點： 芯片面積大 “拖尾”現(xiàn)象 模擬模擬電視基礎電視基礎 21FT CCD 中的垂直拖影

8、原理強光點成象區(qū)存儲區(qū)讀出寄存器 模擬模擬電視基礎電視基礎 22幀行間轉移型（FIT） 這種器件是在行間轉移型結構的傳感器與水平移位寄存器之間附加了場存儲區(qū)。 特點：垂直移位寄存器向場存儲區(qū)傳送電子的速度比行間轉移方式快，因而消除垂直拖尾現(xiàn)象。廣泛用于高檔廣播設備。 模擬模擬電視基礎電視基礎 23幀-行間轉移 光敏器遮光垂直移位寄存器遮光場存儲器遮光水平移位存儲器輸出成像區(qū) 模擬模擬電視基礎電視基礎 24幀行間轉移型（FIT） 場正程期間，感光區(qū)形成電荷包形式的電子圖像。 場逆程期間，電荷包從感光區(qū)轉移到垂直移位寄存器中，立即轉移到存儲區(qū)。 場正程期間，從存儲區(qū)向水平寄存器轉移。 模擬模擬電視

9、基礎電視基礎 25電視圖像顯示技術電視圖像顯示技術CRT顯示顯示液晶顯示液晶顯示LCD等離子顯示等離子顯示PDP 模擬模擬電視基礎電視基礎 26三、三、 CRT結構示意圖結構示意圖作用：將電信號還原成光圖像作用：將電信號還原成光圖像組成：玻璃外殼、電子槍、熒光屏組成：玻璃外殼、電子槍、熒光屏 模擬模擬電視基礎電視基礎 27 模擬模擬電視基礎電視基礎 28 (1)玻璃外殼 玻璃外殼又由玻璃管屏，玻璃管錐、玻璃管頸三部分組成。 a、早期管屏通常為球面形狀：寬、高比例為4:3。管屏的對角線尺寸來度量顯像管的尺寸（1英寸2.54cm） b、管錐的形狀為錐體：外壁涂有導電石墨層，內壁石墨層與高壓陽極相連

10、，外壁石墨層通過金屬彈簧片與電路中的“地”相連。 （2）熒光屏 在管屏的內壁涂有一層很薄的熒光粉，使管屏成為熒光屏，在電子束的高速轟擊下，熒光粉會發(fā)出白光(可R、G、B三基色光)。 模擬模擬電視基礎電視基礎 29（3）電子槍結構）電子槍結構 （3 3）電子槍組成）電子槍組成由燈絲、陰極、柵由燈絲、陰極、柵極、加速極（每一陽極）、聚焦極（第三陽極、加速極（每一陽極）、聚焦極（第三陽極）和高壓陽極（第二、四陽極）極）和高壓陽極（第二、四陽極）。 模擬模擬電視基礎電視基礎 30電子槍各電極作用電子槍各電極作用 燈絲燈絲：燈絲加上額定電壓后，就會產生電流而發(fā)熱。 燈絲的作用是烘烤陰極，使陰極發(fā)射電子。

11、 陰極陰極：作用是發(fā)射電子。 柵極柵極：改變柵陰電壓就可以控制電子束的強弱，從而控制熒光屏的發(fā)光程度。 加速極加速極：工作時它加有100V400V電壓，以對陰極發(fā)射的電子進行加速，使之向熒光屏運動。 聚焦極聚焦極：使電子束聚焦成直徑很小的細束。 高壓陽極高壓陽極：高壓陽極上加有1萬伏以上直流高壓，高壓陽極的作用是使電子束高速轟擊熒光屏。 模擬模擬電視基礎電視基礎 31顯像原理 管內有電子槍和熒光屏；管外有偏轉線圈（提供偏轉磁場，使電子束方向偏轉）。 圖像信號加在顯像管的控制柵極（或陰極），電子束受圖像信號的調制，另一方面，在偏轉磁場的控制下，電子束將從上到下一行行地掃描整個熒屏，對應的電子數(shù)撞

12、擊熒光屏的特定位置，熒光粉發(fā)光亮度與圖像信號大小成正比。這樣就將一幅畫面的電信號變成里一幅平面光學圖像。 模擬模擬電視基礎電視基礎 32負極性負極性調制信號調制信號圖像內容圖像內容正極性正極性調制信號調制信號 高電平對應亮點高電平對應亮點 低電平對應暗點低電平對應暗點2、負極性調制：、負極性調制：電信號的極性：電信號的極性：3、優(yōu)點：干擾呈現(xiàn)黑點；有利于保護熒光屏。、優(yōu)點：干擾呈現(xiàn)黑點；有利于保護熒光屏。 1、正極性調制：、正極性調制：低電平對應亮點低電平對應亮點高電平對應暗點高電平對應暗點 模擬模擬電視基礎電視基礎 331234512345123451、人眼惰性：、人眼惰性：0.1s 電視幀

13、頻：電視幀頻：25Hz，四、隔行掃描四、隔行掃描2、逐行掃描、逐行掃描順序掃描順序掃描3、隔行掃描：、隔行掃描：后掃后掃“偶數(shù)場偶數(shù)場”二場一幀，解決二場一幀，解決“閃爍閃爍”逐行掃描逐行掃描問題：閃爍問題：閃爍先掃先掃“奇數(shù)場奇數(shù)場”奇數(shù)場奇數(shù)場偶數(shù)場偶數(shù)場合成圖像合成圖像12345 模擬模擬電視基礎電視基礎 34 隔行掃描示意圖隔行掃描示意圖 模擬模擬電視基礎電視基礎 35行、場偏轉電流波形行、場偏轉電流波形 行掃描電流波形行掃描電流波形場掃描電流波形場掃描電流波形行正程：從左到右行正程：從左到右行逆程：從右到左行逆程：從右到左場正程：從上到下場正程：從上到下場逆程：從下到上場逆程：從下到

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場周期場周期20ms場正程場正程場逆程場逆程下 模擬模擬電視基礎電視基礎 36中心中心右左底頂ABCDEFGHIJKLMNOPQ正程逆程ABCDEFGHIIJKPLMNOQ 模擬模擬電視基礎電視基礎 37掃描電流非線性的影響 模擬模擬電視基礎電視基礎 38隔行掃描的優(yōu)點 將圖象信號帶寬減小一半，或者說，在畫面無閃爍的前提下，對于給定的通道頻帶，隔行掃描能以更多的行數(shù)分解圖象。 模擬模擬電視基礎電視基礎 39隔行掃描的缺點1.行間閃爍效應 每條掃描線的重復頻率是25赫茲，低于臨界頻率。隔行比越大，行間閃爍效應越明顯。2. 并行現(xiàn)象奇偶兩場光柵的鑲嵌情況不理想。它會使有效行數(shù)減少，影響圖象的分解力。3. 垂直邊沿鋸齒化當物體沿水平方向運動速度足夠大時，圖像的垂直邊沿會產生鋸齒現(xiàn)象。 模擬模擬電視