電視原理與接收技術(shù)全套課件教學(xué)教程整本書(shū)電子教案全書(shū)教案課件匯編

編著電視原理與接收技術(shù)

彩色與視覺(jué)特性

第1章

內(nèi)容提要

本章介紹與電視有關(guān)的基本知識(shí)，主要內(nèi)容包括光的性質(zhì)、人眼的視覺(jué)特性、色度學(xué)的基本原理。知識(shí)要點(diǎn)

可見(jiàn)光譜的波長(zhǎng)范圍；

同色異譜現(xiàn)象

物體的顏色；

標(biāo)準(zhǔn)光源；

光通量和光照度；人眼的視覺(jué)靈敏度、彩色視覺(jué)、分辨力和視覺(jué)惰性；

彩色三要素和三基色原理；

標(biāo)準(zhǔn)色度圖和亮度公式。教學(xué)建議

電視中的許多重要概念都在本章引入，必須給予足夠的重視。要求了解可見(jiàn)光譜的波長(zhǎng)范圍，了解同色異譜的現(xiàn)象。掌握物體的顏色及其與照射光的關(guān)系，這是本章難點(diǎn)。了解標(biāo)準(zhǔn)光源，了解光通量和光照度。熟悉人眼的視覺(jué)靈敏度、彩色視覺(jué)、分辨力和視覺(jué)惰性。熟悉彩色三要素和三基色原理，掌握三基色圓圖。了解標(biāo)準(zhǔn)色度圖，掌握亮度公式。建議學(xué)時(shí)數(shù)為3學(xué)時(shí)

目錄

1.1光的性質(zhì)

1.2人眼的視覺(jué)特性

1.3色度學(xué)

1.1光的性質(zhì)

1.1.1可見(jiàn)光譜

1.1.2物體的顏色

1.1.3標(biāo)準(zhǔn)光源

1.1.4

光的度量單位

光是一種電磁輻射。電磁輻射的波長(zhǎng)范圍很寬，按波長(zhǎng)從長(zhǎng)至短的順序排列是無(wú)線電波、紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、X射線和宇宙射線等。圖1-1是電磁波按波長(zhǎng)的順序排列，稱(chēng)作電磁波譜。波長(zhǎng)在380～780nm范圍內(nèi)的電磁波能夠使人眼產(chǎn)生顏色感覺(jué)，稱(chēng)為可見(jiàn)光?？梢?jiàn)光在整個(gè)電磁波譜中只占極小一段，可見(jiàn)光譜的波長(zhǎng)由780nm向380nm變化時(shí)，人眼產(chǎn)生顏色感覺(jué)依次是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7色。一定波長(zhǎng)的光譜呈現(xiàn)的顏色稱(chēng)為光譜色。太陽(yáng)光包含全部可見(jiàn)光譜，給人以白色感覺(jué)。1.1.1可見(jiàn)光譜

光譜完全不同的光，人眼有時(shí)會(huì)有相同的色感。用波長(zhǎng)540nm的綠光和700nm的紅光按一定比例混合可以使人眼得到580nm黃光的色感。這種由不同光譜混合出的光給人眼相同色感的現(xiàn)象叫同色異譜。

105圖1-1電磁輻射波譜頻率（Hz）波長(zhǎng)（m）10101015102010253×1033×10-73×10-23×10-123×10-17無(wú)線電波紅外線紫外線X射線宇宙射線紅橙黃綠青藍(lán)紫780nm380nm可見(jiàn)光

1.1.2物體的顏色物體分為發(fā)光體與不發(fā)光體。發(fā)光體的顏色由它本身發(fā)出的光譜所確定，白熾燈發(fā)黃、熒光燈發(fā)白有其特定的光譜色。不發(fā)光體的顏色與照射光的光譜和不發(fā)光體對(duì)照射光的反射、透射特性有關(guān)。紅旗反射太陽(yáng)光中的紅色光、吸收其它顏色的光而呈紅色；綠葉反射綠色的光、吸收其它顏色的光而呈綠色；白紙反射全部太陽(yáng)光而呈白色；黑板能吸收全部太陽(yáng)光而呈黑色。綠葉拿到暗室的紅光下觀察成了黑色是因?yàn)榧t光源中沒(méi)有綠光成分，樹(shù)葉吸收了全部紅光而呈黑色。綠色遮陽(yáng)鏡只能透射綠光，人戴上綠色遮陽(yáng)鏡后看白紙和綠葉呈綠色，看紅旗呈黑色。

1.1.3標(biāo)準(zhǔn)光源物體顏色受到光源的影響。在彩色電視系統(tǒng)中，用標(biāo)準(zhǔn)白光作為照明光源。為便于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)白光進(jìn)行比較和計(jì)算，用絕對(duì)黑體的輻射溫度——色溫表示光源的光譜性能。絕對(duì)黑體也稱(chēng)全輻射體，是指不反射、不透射、完全吸收入射輻射的物體。它對(duì)所有波長(zhǎng)輻射的吸收系數(shù)均為1。絕對(duì)黑體在自然界是不存在的，其實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪且粋€(gè)中空的、內(nèi)壁涂黑的球體，在其上面開(kāi)了一個(gè)極小的小孔，進(jìn)入小孔的光輻射經(jīng)內(nèi)壁多次反射、吸收，已不能再逸出到外面，這個(gè)小孔就相當(dāng)于絕對(duì)黑體。

絕對(duì)黑體所輻射的光譜與它的溫度密切相關(guān)。絕對(duì)黑體的溫度越高，輻射的光譜中藍(lán)色成分越多，紅色成分越少。光源的色溫是這樣定義的：光源的可見(jiàn)光譜與某溫度的絕對(duì)黑體輻射的可見(jiàn)光譜相同或相近時(shí)，絕對(duì)黑體的溫度稱(chēng)為該光源的色溫，單位以絕對(duì)溫度開(kāi)氏度(K)表示。色溫與光源的實(shí)際溫度無(wú)關(guān)，彩色電視機(jī)熒光屏的實(shí)際溫度為常溫，而其白場(chǎng)色溫是6500K。常用的標(biāo)準(zhǔn)白光有A、B、C、D和E光源5種；它們的光譜分布如圖l-2所示。圖1-2標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜分布700600500400波長(zhǎng)/nm相對(duì)功率波譜/%20015010050CABD65BCD65AA光源：色溫為2854K的白光，光譜偏紅。相當(dāng)于充氣鎢絲白熾燈所產(chǎn)生的光。

B光源：色溫為4874K的白光，近似中午直射的太陽(yáng)光。

C光源：色溫為6774K的白光，相當(dāng)于白天的自然光。是NTSC制彩色電視白光標(biāo)準(zhǔn)光源。

D65光源：色溫為6504K的白光，相當(dāng)于白天的平均光照。是PAL制彩色電視的白光標(biāo)準(zhǔn)光源。

E光源：色溫為5500K的等能量白光(E白)，為簡(jiǎn)化色度學(xué)計(jì)算采用的一種假想光源，實(shí)際并不存在。電視演播室鹵鎢燈光源：色溫為3200K，有體積小、亮度高、壽命長(zhǎng)、色溫穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

1.1.4光的度量單位

1.光通量光通量是按人眼的光感覺(jué)來(lái)度量的輻射功率，用符號(hào)φ表示。其單位名稱(chēng)為流明(lm)，當(dāng)λ＝555nm的單色光輻射功率為1W時(shí)，產(chǎn)生的光通量為683lm，或稱(chēng)1光瓦。在其它波長(zhǎng)時(shí)，由于相對(duì)視敏度V(λ)下降，（見(jiàn)1.2.1視覺(jué)靈敏度）相同輻射功率所產(chǎn)生的光通量隨之下降。

40W的鎢絲燈泡輸出的光通量為468lm，發(fā)光效率為11.7lm／W；40W的日光燈可以輸出2100lm的光通量，發(fā)光效率為52.5lm／W；電視演播室鹵鎢燈發(fā)光效率可達(dá)80～100lm／W。

2.光照度光照度E，單位勒[克斯],符號(hào)為lx。勒[克斯]等于1流明的光通量均勻分布于1平方米面積上的光照度。為了對(duì)光照度單位勒有個(gè)大概的印象，下列數(shù)據(jù)可供參考：室外晴天光照度約為10000勒，多云約為500勒，傍晚約為50勒，月光約為10-1勒，黃昏約為10-2勒，星光約為10-4勒。

1.2人眼的視覺(jué)特性人能感覺(jué)到圖像的顏色和亮度是眼睛的生理結(jié)構(gòu)造成的。電影和電視都是根據(jù)人眼的視覺(jué)特性發(fā)明的，電影每秒投射24幅靜止畫(huà)面，每畫(huà)面投射2次，利用人眼的視覺(jué)惰性，看起來(lái)就與活動(dòng)景象一樣。電視每秒掃描50幅畫(huà)面，每幅畫(huà)面是由312根掃描線組成的，利用人眼的視覺(jué)惰性和有限的細(xì)節(jié)分辨能力，看起來(lái)就成了整幅的活動(dòng)景象，人眼的視覺(jué)特性是電視技術(shù)發(fā)展的重要依據(jù)。

1.2.1視覺(jué)靈敏度

1.2.2彩色視覺(jué)

1.2.3分辨力

1.2.4視覺(jué)惰性

1.2.1視覺(jué)靈敏度波長(zhǎng)不同的可見(jiàn)光光波，給人的顏色感覺(jué)不同，亮度感覺(jué)也不同，人眼對(duì)不同波長(zhǎng)光的靈敏度是不同的。人眼的靈敏度因人而異，同一個(gè)人眼睛的靈敏度也隨年齡和健康狀況有所變化，所以采用統(tǒng)計(jì)方法，用許多正常視力的觀察者來(lái)做實(shí)驗(yàn)，取其平均值。經(jīng)過(guò)對(duì)各種類(lèi)型人的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，國(guó)際照明委員會(huì)(COMMISSIONINTERNATIONALEDE

L'ECLAIRAGE，INTERNATIONALCOMMISSIONONILLUMINATION，CIE)推薦標(biāo)準(zhǔn)視敏度曲線，也稱(chēng)相對(duì)視敏函數(shù)曲線如圖1-3中的V（λ）。

可以看出人眼最敏感的光波長(zhǎng)為555nm，顏色是草綠色，這一區(qū)域顏色，人眼看起來(lái)省力，不易疲勞。在555nm兩側(cè)，隨著波長(zhǎng)的增加或減少，亮度感覺(jué)逐漸降低。在可見(jiàn)光譜范圍之外，輻射能量再大，人眼也是沒(méi)有亮度感覺(jué)的。

圖1-3標(biāo)準(zhǔn)視敏度曲線400500600700波長(zhǎng)nm相對(duì)視敏度1.00.80.60.40.20V(λ)VG(λ)20VB(λ)VR(λ)1.2.2彩色視覺(jué)人眼視網(wǎng)膜上有大量的光敏細(xì)胞，按形狀分為桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞，桿狀細(xì)胞靈敏度很高，但對(duì)彩色不敏感，人的夜間視覺(jué)主要靠它起作用，因此，在暗處只能看到黑白形象而無(wú)法辨別顏色。錐狀細(xì)胞既可辨別光的強(qiáng)弱，又可辨別顏色，白天視覺(jué)主要由它來(lái)完成。關(guān)于彩色視覺(jué)，科學(xué)家曾做過(guò)大量實(shí)驗(yàn)并提出視覺(jué)三色原理的假設(shè)，認(rèn)為錐狀細(xì)胞又可分成三類(lèi)，分別稱(chēng)為紅敏細(xì)胞、綠敏細(xì)胞、藍(lán)敏細(xì)胞，它們各自的相對(duì)視敏函數(shù)曲線分別為VR（λ）、VG（λ）、VB（λ）如圖1-3所示，其峰值分別在580nm、540nm、440nm處，VB（λ）曲線幅度很低，已將其放大20倍。

三條曲線的總和等于相對(duì)視敏函數(shù)曲線V（λ），三條曲線是部分交叉重疊的，很多單色光同時(shí)處于兩條曲線之下，例如600nm的單色黃光就處在VR（λ）、VG（λ）曲線之下，所以600nm的單色黃光既激勵(lì)了紅敏細(xì)胞，又激勵(lì)了綠敏細(xì)胞，引起混合的感覺(jué)。當(dāng)混合紅綠光同時(shí)作用于視網(wǎng)膜時(shí)，分別使紅敏細(xì)胞、綠敏細(xì)胞同時(shí)受激勵(lì)，只要混合光的比例適當(dāng)，所引起的彩色感覺(jué)，可以與單色黃光引起的彩色感覺(jué)完全相同。不同波長(zhǎng)的光對(duì)三種細(xì)胞的刺激量是不同的，產(chǎn)生的彩色視覺(jué)各異，人眼因此能分辨出五光十色的顏色。在電視技術(shù)中利用了這一原理，在圖像重現(xiàn)時(shí)，不是重現(xiàn)原來(lái)景物的光譜分布，而是利用三種相似于紅、綠、藍(lán)錐狀細(xì)胞特性曲線的三種光源進(jìn)行配色，在色感上得到相同的效果。1.2.3分辨力分辨力是指人眼在觀看景物時(shí)對(duì)細(xì)節(jié)的分辨能力。對(duì)人眼進(jìn)行分辨力測(cè)試的方法如圖1-4所示，在眼睛的正前方放一塊白色的屏幕，屏幕上面有兩個(gè)相距很近的小黑點(diǎn)，逐漸增加畫(huà)面與眼睛之間的距離，當(dāng)距離增加到一定長(zhǎng)度時(shí)，人眼就分辨不出有兩個(gè)黑點(diǎn)存在，感覺(jué)只有一個(gè)黑點(diǎn)，這說(shuō)明眼睛分辨景色細(xì)節(jié)的能力有一個(gè)極限值，我們將這種分辨細(xì)節(jié)的能力稱(chēng)為人眼的分辨力或視覺(jué)銳度。分辨力的定義是：眼睛對(duì)被觀察物上相鄰兩點(diǎn)之間能分辨的最小距離所對(duì)應(yīng)的視角θ的倒數(shù)，即分辨力=1/θ（1-1）如圖1-4所示，用L表示眼睛與圖像之間的距離，d表示能分辨的兩點(diǎn)間最小距離，則有：θ=3438（′）（1-2）圖1-4人眼的分辨力dLθ

人眼的最小視角取決于相鄰兩個(gè)視敏細(xì)胞之間的距離。對(duì)于正常視力的人，在中等亮度情況下觀看靜止圖像時(shí)，θ為1～1.5′。分辨力在很大程度上取決于景物細(xì)節(jié)的亮度和對(duì)比度，當(dāng)亮度很低時(shí)，視力很差，這是因?yàn)榱炼鹊蜁r(shí)錐狀細(xì)胞不起作用。但是亮度過(guò)大時(shí)，視力不再增加，甚至由于眩目現(xiàn)象，視力反而有所降低。此外，細(xì)節(jié)對(duì)比度愈??；也愈不易分辨，造成分辨力降低。在觀看運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，分辨力更低。人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨力比黑白細(xì)節(jié)的分辨力要低。例如，黑白相間的等寬條子，相隔一定距離觀看時(shí)，剛能分辨出黑白差別，如果用紅綠相間的同等寬度條子替換它們，此時(shí)人眼已分辨不出紅綠之間的差別，而是一片黃色。

此外，實(shí)驗(yàn)還證明，人眼對(duì)不同彩色，分辨力也各不相同。如果眼睛對(duì)黑白細(xì)節(jié)的分辨力定義為100%，則實(shí)驗(yàn)測(cè)得人眼對(duì)各種顏色細(xì)節(jié)的相對(duì)分辨力用百分?jǐn)?shù)表示如表1-1所示。因?yàn)槿搜蹖?duì)彩色細(xì)節(jié)分辨能力較差，所以在彩色電視系統(tǒng)中傳送彩色圖像時(shí)，只傳送黑白圖像細(xì)節(jié)，而不傳送彩色細(xì)節(jié)，可減少色信號(hào)的帶寬，這就是大面積著色原理的依據(jù)。細(xì)節(jié)顏色黑白黑綠黑紅黑藍(lán)紅綠紅藍(lán)綠藍(lán)相對(duì)分辨力（%）100949026402319表1-1人眼對(duì)各種顏色細(xì)節(jié)的相對(duì)分辨力

1.2.4視覺(jué)惰性實(shí)驗(yàn)證明，人眼的主觀亮度感覺(jué)與客觀光的亮度不是同步的。當(dāng)一定強(qiáng)度的光突然作用于視網(wǎng)膜時(shí)，不能在瞬間形成穩(wěn)定的主觀亮度感覺(jué)，而是按近似指數(shù)規(guī)律上升；當(dāng)亮度突然消失后，人眼的亮度感覺(jué)并不立即消失，也是按近似指數(shù)規(guī)律下降。人眼的亮度感覺(jué)總是滯后于實(shí)際亮度的，這一特性稱(chēng)為視覺(jué)惰性或視覺(jué)暫留。圖1-5(a)表示作用于人眼的光脈沖，圖1-5(b)表示該光脈沖造成的主觀亮度感覺(jué)，它滯后于實(shí)際的光脈沖。光脈沖消失后，亮度感覺(jué)還要一段時(shí)間才能消失。圖1-5(b)中t1～t2就是視覺(jué)暫留時(shí)間。在中等亮度的光刺激下，視力正常的人視覺(jué)暫留時(shí)間約為0.1s。圖1-5人眼的視覺(jué)惰性t光脈沖亮度(a)作用于人眼的光脈沖亮度(b)主觀亮度感覺(jué)(a)t1tt2視覺(jué)亮度(b)

人眼受到頻率較低的周期性的光脈沖刺激時(shí),會(huì)感到一亮一暗的閃爍現(xiàn)象。如果將重復(fù)頻率提高到某個(gè)一定值以上，由于視覺(jué)惰性，眼睛就感覺(jué)不到閃爍了。不引起閃爍感覺(jué)的最低重復(fù)頻率，稱(chēng)為臨界閃爍頻率。臨界閃爍頻率與很多因素有關(guān)，其中最重要的是光脈沖亮度，隨著光脈沖亮度的提高，臨界閃爍頻率也將提高。臨界閃爍頻率還與亮度變化幅度有關(guān)。亮度變化幅度越大，臨界閃爍頻率越高。人眼的臨界閃爍頻率約為46Hz。對(duì)于重復(fù)頻率在臨界閃爍頻率以上的光脈沖，人眼不再感覺(jué)到閃爍，這時(shí)主觀感覺(jué)的亮度等于光脈沖亮度的平均值。

1.3色度學(xué)

1.3.1彩色三要素

1.3.2三基色原理

1.3.3顏色的度量

1.3.4顯像三基色和亮度公式

1.3.1彩色三要素描述一種色彩需要用亮度、色調(diào)和飽和度三個(gè)基本參量，這三個(gè)參量稱(chēng)為彩色三要素。亮度反映光的明亮程度。光譜一定的彩色光，輻射功率越大，亮度越高，反之則亮度越低。不發(fā)光物體的亮度取決于它反射光功率的大小。若照射物體的光強(qiáng)度不變，物體的反射性能越好，物體越明亮，反之則越暗。對(duì)于一定的物體，照射光越強(qiáng)，物體越明亮，反之則越暗。色調(diào)反映彩色的類(lèi)別，例如紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等不同顏色。發(fā)光物體的色調(diào)由光的波長(zhǎng)決定，不同波長(zhǎng)的光呈現(xiàn)不同的色調(diào)，不發(fā)光物體的色調(diào)由照明光源和該物體的吸收、反射或透射特性共同決定。

色飽和度反映彩色光的深淺程度。同一色調(diào)的彩色光，會(huì)給人以深淺不同的感覺(jué)，深紅、粉紅是兩種不同飽和度的紅色，深紅色飽和度高，粉紅色飽和度低。飽和度與彩色光中的白光比例有關(guān)，白光比例越大，飽和度越低。高飽和度的彩色光可加白光來(lái)沖淡成低飽和度彩色光。飽和度最高稱(chēng)為純色或飽和色。譜色光就是純色光，其飽和度為100%。飽和度低于100%的彩色稱(chēng)為非飽和色，日常生活中所見(jiàn)到的大多數(shù)彩色是非飽和色。白光的飽和度為0。色飽和度和色調(diào)合稱(chēng)為色度。它表示彩色的種類(lèi)和彩色的深淺程度。

1.3.2三基色原理根據(jù)人眼的視覺(jué)特性，在電視機(jī)中重現(xiàn)圖像時(shí)并不要求完全重現(xiàn)原景物反射或透射光的光譜成分，而應(yīng)獲得與原景物相同的彩色感覺(jué)。因此仿效人眼三種錐狀細(xì)胞，可以任選三種基色，三種基色必須是相互獨(dú)立的，任一種基色都不能由其它兩種基色混合得到，將它們按不同比例進(jìn)行組合，可得到自然界中絕大多數(shù)的彩色。具有這種特性的三個(gè)單色光叫基色光，這三種顏色叫三基色。并總結(jié)出三基色原理：自然界中絕大多數(shù)的彩色可以分解為三基色，三基色按一定比例混合，可得到自然界中絕大多數(shù)彩色。混合色的色調(diào)和飽和度由三基色的混合比例決定，混合色的亮度等于三種基色亮度之和。

因?yàn)槿搜鄣娜N錐狀細(xì)胞對(duì)紅光、綠光和藍(lán)光最敏感，所以在紅色、綠色和藍(lán)色光譜區(qū)中選擇三個(gè)基色按適當(dāng)比例混色可得到較多的彩色。在彩色電視中，選用了紅、綠、藍(lán)作為三基色，分別用R、G、B來(lái)表示。國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)選定了紅基色的波長(zhǎng)為700nm，綠基色的波長(zhǎng)為546.1nm，藍(lán)基色的波長(zhǎng)為435.8nm

三基色原理是彩色電視技術(shù)的基礎(chǔ)，攝像機(jī)把圖像分解成三基色信號(hào)，電視機(jī)又用三基色信號(hào)配出原圖像的色彩，圖像信息的傳送變得容易實(shí)現(xiàn)。三基色光相混合得到的彩色光的亮度等于三種基色亮度之和，這種混色稱(chēng)為相加混色。

將紅、綠、藍(lán)三束圓形單色光同時(shí)投射到白色屏幕上，調(diào)整三束光的強(qiáng)度，使三束光的交疊處呈白色，這時(shí)呈現(xiàn)三基色圓圖混合規(guī)律如圖1-6所示，紅色+綠色=黃色綠色+藍(lán)色=青色藍(lán)色+紅色=紫色紅色+綠色+藍(lán)色=白色紅色+青色=白色綠色+紫色=白色藍(lán)色+黃色=白色當(dāng)兩種顏色混合得到白色時(shí)，這兩種顏色稱(chēng)為互補(bǔ)色。紅與青互為補(bǔ)色，綠與紫互為補(bǔ)色，藍(lán)與黃互為補(bǔ)色。圖1-6三基色園圖紅綠藍(lán)黃紫青白

適當(dāng)改變?nèi)獾膹?qiáng)度，可以得到所有自然界中常見(jiàn)的彩色光。兩種彩色光相加的結(jié)果有:

青色+紫色=綠色+藍(lán)色+藍(lán)色+紅色=白色+藍(lán)色=淺藍(lán)色。黃色+紫色=紅色+綠色+藍(lán)色+紅色=白色+紅色=淺紅色。黃色+青色=紅色+綠色+綠色+藍(lán)色=白色+綠色=淺綠色。在彩色電視技術(shù)中，常用兩種相加混色法：空間混色法是同時(shí)將三種基色光分別投射到同一表面上彼此相距很近的三點(diǎn)上，由于人眼的分辨力有限，能產(chǎn)生三種基色光混合的色彩感覺(jué)?？臻g混色法是同時(shí)制彩色電視的基礎(chǔ)。時(shí)間混色法是將三種基色光輪流投射到同一表面上，只要輪換速度足夠快，由于視覺(jué)惰性，就能得到相加混色的效果。時(shí)間混色法是順序制彩色電視的基礎(chǔ)。

1.3.3顏色的度量

1.配色實(shí)驗(yàn)給定一種彩色光，可通過(guò)配色實(shí)驗(yàn)來(lái)確定其所含三基色的比例，配色實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-7所示。實(shí)驗(yàn)裝置是由兩塊互成直角的理想白板將觀察者的視場(chǎng)一分為二，在一塊白板上投射待配色，另一塊白板上投射三基色。調(diào)節(jié)三基色光的強(qiáng)度，直至兩塊白板上彩色光引起的視覺(jué)效果完全相同。圖1-7配色實(shí)驗(yàn)光量調(diào)節(jié)三基色光源RGB待配彩色視場(chǎng)

記下三基色調(diào)節(jié)器上的光通量讀數(shù)，便可寫(xiě)出配色方程

F＝R(R)+G(G)+B(B)（1-3）式中F為任意一個(gè)彩色光，(R)、(G)、(B)為三基色單位量。R、G、B為三色分布系數(shù)，要配出彩色量F，必須將R單位的紅基色、G單位的綠基色和B單位的藍(lán)基色加以混合，R、G、B的比例關(guān)系確定了所配彩色光的色度(包含色調(diào)和飽和度)，R、G、B數(shù)值確定了所配彩色光的光通量（亮度）。R(R)、G(G)、B(B)分別代表彩色量F中所含三基色的光通量成分，又稱(chēng)彩色分量。配成標(biāo)準(zhǔn)白光E白所需紅、綠、藍(lán)三基色的光通量比為1:4.5907:0.0601,

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，規(guī)定紅基色光單位量的光通量為1lm，綠基色光和藍(lán)基色光單位量的光通量分別為4.5907lm和0.0601lm。

2.XYZ制色度圖配色實(shí)驗(yàn)的物理意義明確，進(jìn)行定量計(jì)算卻比較復(fù)雜，實(shí)際使用很不方便，為此進(jìn)行了坐標(biāo)變換：（X）=0.4185（R）-0.0912（G）+0.0009（B）（Y）=-0.1587（R）+0.2524（G）+0.0025（B）（1-4）（Z）=-0.0828（R）+0.0157（G）+0.1786（B）在XYZ計(jì)色制中，任何一種彩色的配色方程式可表示為

F=X（X）+Y（Y）+Z（Z）（1-5）式中，X、Y、Z為標(biāo)準(zhǔn)三色系數(shù)，(X)、(Y)、(Z)為標(biāo)準(zhǔn)三基色單位。在XYZ計(jì)色制中標(biāo)準(zhǔn)三色系數(shù)均為正數(shù)，系數(shù)Y的數(shù)值等于合成彩色光的全部亮度，系數(shù)X、Z不包含亮度,合成彩色光色度仍由X、Y、Z的比值決定。當(dāng)X=Y=Z時(shí)，配出等能白光E白。

色度是由三色系數(shù)X、Y、Z的相對(duì)值確定，與X、Y、Z的絕對(duì)值無(wú)關(guān)。如果僅考慮色度值時(shí)，可以用三色系數(shù)的相對(duì)值表示。

m=X+Y+ZX=Y=（1-6）

Z=

式中：m為色模，表示某彩色光所含標(biāo)準(zhǔn)三基色單位的總量，它與光通量有關(guān)，對(duì)顏色不發(fā)生影響；x、y、z為相對(duì)色度系數(shù)，又叫色度坐標(biāo)。由式(1-6)可知x+y+z=1(1-7)式(1-7)表明，當(dāng)某一彩色量F的相對(duì)色度系數(shù)x、y已知時(shí)，則z也為已知，即z是一個(gè)非獨(dú)立的參量。

這樣就可將由配色實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，換算成x、y坐標(biāo)值，并畫(huà)出其平面圖形，即x-y標(biāo)準(zhǔn)色度圖，如圖1-8所示。

在x-y色度圖中所有光譜色都在所示的舌形曲線上。曲線上各點(diǎn)的單色光既可用一定的波長(zhǎng)來(lái)標(biāo)記，也可用色度坐標(biāo)表示，該曲線亦稱(chēng)為光譜色曲線。舌形曲線下面不是閉合的，用直線連接起來(lái)，則自然界中所有實(shí)際彩色都包含在這封閉的曲線之內(nèi)。

E白點(diǎn)的坐標(biāo)為x=1/3、y=1/3,譜色曲線上任意一點(diǎn)與E白點(diǎn)的連線稱(chēng)為等色調(diào)線。該線上所有的點(diǎn)都對(duì)應(yīng)同一色調(diào)的彩色，線上的點(diǎn)離E白點(diǎn)越近，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彩色的飽和度就越小。譜色曲線內(nèi)任意兩點(diǎn)表示了兩種不同的彩色，這兩種彩色的全部混色都在這兩點(diǎn)的連線上。合成光的點(diǎn)離該兩點(diǎn)的距離與這兩種彩色在合成光中的強(qiáng)度成反比。

在譜色曲線內(nèi)，任取三點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的彩色作基色混合而成的所有彩色都包含在以這三點(diǎn)為頂點(diǎn)的三角形內(nèi)。三角形外的彩色不能由此三基色混合得到。因此，彩色電視選擇的三基色應(yīng)在色度圖上有盡量大的三角形面積。1.3.4顯像三基色和亮度公式

1.顯像三基色彩色電視重現(xiàn)圖像是靠彩色顯像管屏幕上三種熒光粉在電子束轟擊下發(fā)出紅、綠、藍(lán)三種基色光混合而得到的，這三種基色稱(chēng)為顯像三基色。我們希望選出的顯像三基色在色度圖上三角形面積盡可能大些，這會(huì)使混合出來(lái)的色彩更豐富，同時(shí)還要求熒光粉的發(fā)光效率盡可能高。不同彩色電視制式所選用的顯像三基色是不同的，選用標(biāo)準(zhǔn)白光也不一樣，NTSC制和PAL制采用的顯像三基色和標(biāo)準(zhǔn)白光的色度坐標(biāo)如表1-2所示。制式NTSC制PAL制基色和標(biāo)準(zhǔn)白光Re1Ge1Be1C白R(shí)e2Ge2Be2D65色度坐標(biāo)x0.670.210.140.310.640.290.150.313y0.330.710.080.3160.330.60.060.329表1-2顯像三基色和標(biāo)準(zhǔn)白光的色度坐標(biāo)2.亮度公式由顯像三基色和標(biāo)準(zhǔn)白光的色度坐標(biāo)經(jīng)線性矩陣變換可導(dǎo)出NTSC制中顯像三基色Re1、Ge1、Be1和X、Y、Z之間的關(guān)系式：

X=0.607Re1+0.174Ge1+0.200Be1Y=0.299Re1+0.587Ge1+0.114Be1

（1-8）

Z=0.000Re1+0.066Ge1+1.116Be1Y代表彩色的亮度，由顯像三基色配出的任意彩色光的亮度為：

Y=0.299Re1+0.587Ge1+0.114Be1

（1-9）通常簡(jiǎn)化為：

Y=0.3R+0.59G+0.11B（1-10）式（1-10）稱(chēng)為亮度公式。由表1-2可知在PAL制彩色電視中，選用的顯像三基色和標(biāo)準(zhǔn)白光的色度坐標(biāo)與NTSC制不一樣，導(dǎo)出亮度公式的系數(shù)有所不同。但是二者差別不大，所以在PAL制中也采用式(1-10)作為亮度公式。本章小結(jié)

可見(jiàn)光譜的波長(zhǎng)由780nm向380nm變化時(shí)，人眼產(chǎn)生顏色感覺(jué)依次是紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫7色。由不同光譜混合出的光給人眼相同色感的現(xiàn)象叫同色異譜常用的標(biāo)準(zhǔn)白光有A、B、C、D和E光源5種。人眼最敏感的光波長(zhǎng)為555nm，顏色是草綠色，這一區(qū)域顏色，人眼看起來(lái)省力，不易疲勞。電視技術(shù)中圖像重現(xiàn)時(shí)，不是重現(xiàn)原來(lái)景物的光譜分布，而是利用三種相似于紅、綠、藍(lán)錐狀細(xì)胞特性曲線的三種光源進(jìn)行配色，在色感上得到相同的效果。因?yàn)槿搜蹖?duì)彩色細(xì)節(jié)分辨能力較差，所以在彩色電視系統(tǒng)中傳送彩色圖像時(shí)，只傳送黑白圖像細(xì)節(jié)，而不傳送彩色細(xì)節(jié)，可減少色信號(hào)的帶寬。人眼的亮度感覺(jué)總是滯后于實(shí)際亮度的，這一特性稱(chēng)為視覺(jué)惰性或視覺(jué)暫留。不引起閃爍感覺(jué)的最低重復(fù)頻率，稱(chēng)為臨界閃爍頻率。

描述一種色彩需要用亮度、色調(diào)和飽和度三個(gè)基本參量，這三個(gè)參量稱(chēng)為彩色三要素。自然界中絕大多數(shù)的彩色可以分解為三基色，三基色按一定比例混合，可得到自然界中絕大多數(shù)彩色?；旌仙纳{(diào)和飽和度由三基色的混合比例決定，混合色的亮度等于三種基色亮度之和。在x-y色度圖中所有光譜色都在舌形曲線上。舌形曲線下面不是閉合的，用直線連接起來(lái)，則自然界中所有實(shí)際彩色都包含在這封閉的曲線之內(nèi)。

E白點(diǎn)的坐標(biāo)為x=1/3、y=1/3,譜色曲線上任意一點(diǎn)與E白點(diǎn)的連線稱(chēng)為等色調(diào)線。該線上所有的點(diǎn)都對(duì)應(yīng)同一色調(diào)的彩色，線上的點(diǎn)離E白點(diǎn)越近，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的彩色的飽和度就越小。亮度公式Y(jié)=0.3R+0.59G+0.11B。謝謝使用！單位：主頁(yè)：E-mail：責(zé)任編輯：趙堅(jiān)勇編著電視原理與接收技術(shù)電視圖像傳送原理

第2章

內(nèi)容提要

本章介紹電視圖像的傳送原理，主要內(nèi)容包括電視傳像原理、電視圖像基本參數(shù)和黑白全電視信號(hào)的組成。跳至目錄知識(shí)要點(diǎn)逐行掃描和隔行掃描；CCD攝像機(jī)的光電轉(zhuǎn)換圖像寬高比、場(chǎng)頻和行數(shù)；圖像信號(hào)；消隱脈沖和同步脈沖；開(kāi)槽脈沖和均衡脈沖；黑白全電視信號(hào)。教學(xué)建議

要求了解活動(dòng)圖像分解為一連串的靜止圖像，靜止圖像又分解為像素的順序傳送原理。掌握逐行掃描和隔行掃描，隔行掃描是本章難點(diǎn)。熟悉面陣CCD的三種基本型式、幀積累方式和場(chǎng)積累方式。了解圖像寬高比、場(chǎng)頻和行數(shù)三個(gè)參數(shù)選取依據(jù)，掌握三個(gè)選取的參數(shù)。熟悉正極性圖像信號(hào)和負(fù)極性圖像信號(hào)的定義。掌握消隱脈沖和同步脈沖，了解行頻稍高、稍低時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象，了解場(chǎng)頻稍高、稍低時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象熟悉開(kāi)槽脈沖和均衡脈沖。掌握黑白全電視信號(hào)。建議學(xué)時(shí)數(shù)為5學(xué)時(shí)2.1電視傳像原理2.2電視圖像基本參數(shù)2.3黑白全電視信號(hào)的組成

2.1電視傳像原理電視廣播用無(wú)線電波傳送活動(dòng)圖像和伴音，傳送伴音要把隨時(shí)間變化的聲能變成電信號(hào)傳送出去，接收機(jī)再把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲音。圖像的亮度信息與空間位置有關(guān)且隨時(shí)間變化，要傳送活動(dòng)圖像，在發(fā)送端要把亮度信息從空間、時(shí)間的多變量函數(shù)變成時(shí)間的單變量函數(shù)電信號(hào)。

人眼的分辨力是有限的，當(dāng)人眼看圖像上兩個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的視角小于1分時(shí)，眼睛已不能將這兩點(diǎn)區(qū)分開(kāi)來(lái)。根據(jù)這一視覺(jué)特性，我們可以將一幅空間上連續(xù)的黑白圖像分解成許多小單元，這些小單元面積相等、分布均勻，明暗程度不同。大量的單元組成了電視圖像，這些單元稱(chēng)為像素。報(bào)紙上的照片就是這樣構(gòu)成的，在近距離仔細(xì)觀察時(shí)，畫(huà)面由許多小黑點(diǎn)組成；當(dāng)離開(kāi)一定距離觀看時(shí)，看到的是一幅完整的照片。單位面積上的像素?cái)?shù)越多，圖像越清晰。一幅高質(zhì)量的圖像有幾十萬(wàn)個(gè)像素，要用幾十萬(wàn)個(gè)傳輸通道來(lái)同時(shí)傳送圖像信號(hào)是不可能的，由于人眼的視覺(jué)惰性，可以把圖像上各像素的亮度信號(hào)按從左到右、從上到下的順序一個(gè)一個(gè)地傳送。電視接收機(jī)按發(fā)送端的順序依次將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)亮度的像素，只要在視覺(jué)暫留時(shí)間里完成一幅圖像所有像素的電光轉(zhuǎn)換，那么人眼感覺(jué)到的是一幅完整的圖像。

利用視覺(jué)惰性，我們同樣可以把連續(xù)動(dòng)作分解為一連串稍有差異的靜止圖像。電影就是每秒放映24×2幅稍有差異的靜止畫(huà)面來(lái)得到活動(dòng)圖像的，電視采用每秒傳送50幅稍有差異的電視畫(huà)面來(lái)得到連續(xù)動(dòng)作的效果。利用人眼的視覺(jué)惰性和有限分辨力，活動(dòng)圖像可分解為一連串的靜止圖像，靜止圖像又可分解為像素，只要在1/50s時(shí)間里，發(fā)送端依次對(duì)一幅圖像所有像素的亮度信息進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，接收端依次重現(xiàn)相應(yīng)亮度的像素，就可以完成活動(dòng)圖像的傳輸。這種將圖像分解成像素后順序傳送的方法叫做順序傳送原理。2.1.1逐行掃描2.1.2隔行掃描2.1.3CCD攝像機(jī)的光電轉(zhuǎn)換2.1.1逐行掃描在電視發(fā)送端用攝像器件實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，在接收端用顯像管實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換。熒光粉在電子束的沖擊下會(huì)發(fā)光，將其涂在玻璃屏上構(gòu)成電視顯像管的熒光屏。熒光屏的發(fā)光強(qiáng)弱取決于沖擊電子的數(shù)量與速度，只要用代表圖像的電信號(hào)去控制電子束的強(qiáng)弱，再按規(guī)定的順序掃描熒光屏，便能完成由電到光的轉(zhuǎn)換，重現(xiàn)電視圖像。顯像管中的電子束掃描是通過(guò)水平偏轉(zhuǎn)線圈和垂直偏轉(zhuǎn)線圈實(shí)現(xiàn)的，詳見(jiàn)7.1.2節(jié)。在水平偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的垂直磁場(chǎng)作用下，電子束沿著水平方向掃描，叫做行掃描。同時(shí)在垂直偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的水平磁場(chǎng)作用下，電子束作垂直方向掃描，叫做幀掃描。

假定在水平偏轉(zhuǎn)線圈里通過(guò)如圖2-1(a)所示的鋸齒形電流，t0～t1期間電流線性增長(zhǎng)時(shí)，電子束在垂直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下從左向右作勻速掃描叫做行掃描正程，t1時(shí)刻正程結(jié)束時(shí)，電子束掃到屏幕的最右邊。t1～t2期間偏轉(zhuǎn)電流快速線性減小，電子束從右向左迅速掃描，叫做行掃描逆程，t2時(shí)刻逆程結(jié)束時(shí)，電子束又回掃到屏幕的最左邊，電子束在水平方向往返一次所需的時(shí)間為行掃描周期(TH)。行掃描周期TH等于行正程時(shí)間THF和行逆程時(shí)間THR之和。行掃描周期的倒數(shù)就是行掃描頻率fH。圖2-1逐行掃描電流和光柵tiH(a)行掃描電流(b)幀掃描電流(a)t2(b)THFt6iZt0TZFTZRTZ(c)(c)掃描光柵圖2-1逐行掃描電流和光柵tiH(a)行掃描電流(b)幀掃描電流(a)t1(b)THRTHiZt0t5TZFTZRTZ(c)t4(c)掃描光柵t0t3t7t8t9t10t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10

假定在垂直偏轉(zhuǎn)線圈里通過(guò)如圖2-1(b)所示的鋸齒形電流，電子束在水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生自上而下，再自下而上掃描，形成幀掃描正程和逆程，幀掃描的周期TZ等于幀正程時(shí)間TZF和幀逆程時(shí)間TZR之和。幀掃描周期的倒數(shù)就是幀掃描頻率fZ。幀掃描頻率fZ遠(yuǎn)低于行掃描頻率fH。如果把行偏轉(zhuǎn)電流iH和幀偏轉(zhuǎn)電流iZ同時(shí)分別通入水平和垂直偏轉(zhuǎn)線圈里，那么，在水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和垂直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)共同作用下，電子束同時(shí)沿水平方向和垂直方向掃描，在屏幕上顯示出如圖2-1（c）所示的光柵。由于行掃描時(shí)間比幀掃描時(shí)間短得多，整個(gè)屏幕高度有600多條掃描線，所以電視機(jī)的掃描線看起來(lái)是水平直線。這種掃描方式電子束從圖像上端開(kāi)始，從左到右、從上到下以均勻速度依照順序一行緊跟一行地掃完全幀畫(huà)面，稱(chēng)為逐行（progressive）掃描。

逆程掃描線會(huì)降低圖像質(zhì)量，故在行、幀逆程期間用消隱脈沖截止掃描電子束，使逆程掃描線消失。為了提高效率，正程掃描時(shí)間應(yīng)占整個(gè)掃描周期的大部分，電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了行逆程系數(shù)α和幀逆程系數(shù)β：

α=THR/TH=18%β=TZR/TZ=8%

在逐行掃描中，所有幀的光柵都應(yīng)相互重合，這就要求幀掃描周期TZ是行掃描周期TH的整數(shù)倍，也就是每幀的掃描行數(shù)Z為整數(shù)，

TZ=ZTH，

fH=ZfZ。

2.1.2隔行掃描電視圖像為了保證有足夠的清晰度，掃描行數(shù)需在600左右；為了保證不產(chǎn)生閃爍感覺(jué)，幀掃描頻率應(yīng)在48Hz以上，這樣圖像信號(hào)的頻帶很寬，使設(shè)備復(fù)雜化。隔行（interlacing）掃描在不增加帶寬的前提下，保證有足夠的清晰度又避免了閃爍現(xiàn)象。隔行掃描就是把一幀圖像分成兩場(chǎng)來(lái)掃，第一場(chǎng)掃描1、3、5…等奇數(shù)行，稱(chēng)為奇數(shù)場(chǎng)。第二場(chǎng)掃描2、4、，6…等偶數(shù)行，稱(chēng)為偶數(shù)場(chǎng)。每幀圖像經(jīng)過(guò)兩場(chǎng)掃描，所有像素全部掃完。偶數(shù)場(chǎng)掃描線正好嵌在奇數(shù)場(chǎng)掃描線的中間，如圖2-2（c）所示。我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每秒傳送25幀，每幀圖像為625行，每場(chǎng)掃描312.5行，每秒掃描50場(chǎng)。場(chǎng)頻為50Hz，不會(huì)有閃爍現(xiàn)象，一幀由兩場(chǎng)復(fù)合而成，每幀畫(huà)面仍為625行，圖像清晰度沒(méi)有降低，而頻帶卻壓縮一半。圖2-2隔行掃描電流和光柵tiH(a)行掃描電流(b)場(chǎng)掃描電流(a)(b)t06(c)掃描光柵943784(c)113225567789101011111212131314141515161717181816iV

圖2-2（a）是行掃描電流波形，圖2-2（b）是場(chǎng)掃描電流波形，為簡(jiǎn)化，圖中未畫(huà)出行、場(chǎng)掃描的逆程時(shí)間；一幀光柵由9行組成，圖2-2（c）中奇數(shù)場(chǎng)光柵用實(shí)線表示，偶數(shù)場(chǎng)光柵用虛線表示；奇數(shù)場(chǎng)結(jié)束時(shí)正好掃完第5行的前半行，偶數(shù)場(chǎng)一開(kāi)始掃第5行的后半行，偶數(shù)場(chǎng)第一整行(第6行)起始時(shí)垂直方向正好掃過(guò)半行，插在第1行和第2行的中間，形成隔行掃描。由此可見(jiàn)，隔行掃描要將偶數(shù)場(chǎng)光柵嵌在奇數(shù)場(chǎng)光柵中間，每幀的掃描行數(shù)必須是奇數(shù)。

隔行掃描存在下列缺點(diǎn)：

⑴行間閃爍效應(yīng)：從電視圖像整體來(lái)看，隔行掃描后圖像場(chǎng)頻保持50Hz，高于臨界閃爍頻率，觀看時(shí)不會(huì)感覺(jué)到閃爍。但當(dāng)圖像中有一行亮線時(shí)，每秒只出現(xiàn)25次，低于臨界閃爍頻率，會(huì)感到閃爍，這叫行間閃爍。

⑵并行現(xiàn)象：并行現(xiàn)象有真實(shí)并行和視在并行。在隔行掃描中，要求行、場(chǎng)掃描頻率保持一定的關(guān)系，否則兩場(chǎng)光柵不能均勻相嵌，最壞的情況奇、偶兩場(chǎng)光柵重合就是真實(shí)并行，這時(shí)圖像清晰度降低一半。當(dāng)圖像上有一物體垂直方向運(yùn)動(dòng)速度恰好是一場(chǎng)時(shí)間下移一行距離時(shí)，該物體后一場(chǎng)圖像與前一場(chǎng)相同，當(dāng)觀察者的視線隨運(yùn)動(dòng)物體移動(dòng)時(shí)，看起來(lái)是兩行并成了一行，圖像清晰度下降，這被稱(chēng)為視在并行。

⑶垂直邊沿鋸齒化現(xiàn)象：當(dāng)圖像上有物體水平方向運(yùn)動(dòng)速度足夠大時(shí)，因隔行分場(chǎng)傳送，相鄰兩行在時(shí)間上相差，結(jié)果運(yùn)動(dòng)物體圖像垂直邊緣出現(xiàn)鋸齒，鋸齒深度就是物體在一場(chǎng)時(shí)間內(nèi)水平方向移動(dòng)的距離。

2.1.3CCD攝像機(jī)的光電轉(zhuǎn)換

80年代，CCD(ChargeCoupledDevices電荷耦合器件)制成的固體攝像機(jī)已經(jīng)實(shí)用，固體攝像機(jī)的壽命很長(zhǎng)，能夠經(jīng)受強(qiáng)烈的震動(dòng)而不損壞，工作電壓又很低，體積小重量輕，而且均勻性好，幾乎沒(méi)有幾何失真，這些突出的優(yōu)點(diǎn)使CCD固體攝像機(jī)現(xiàn)在完全代替了真空攝像管攝像機(jī)。

1.勢(shì)阱如圖2-3所示的由P型半導(dǎo)體、二氧化硅絕緣層和金屬電極組成的MOS結(jié)構(gòu)。在電極上未加電壓之前如圖2-3（a），P型半導(dǎo)體中的空穴均勻分布；當(dāng)柵極G上加正電壓UG時(shí)，柵極下面的空穴受到排斥，從而形成一個(gè)耗盡層，見(jiàn)圖2-3(b)，當(dāng)UG數(shù)值高于某一臨界值Uth時(shí)，在半導(dǎo)體內(nèi)靠近絕緣層的界面處，將有自由電子出現(xiàn)，形成—層很薄的反型層，反型層中電子密度很高，通常稱(chēng)為溝道，如圖2-3(c)所示。這種MOS電極結(jié)構(gòu)與MOS場(chǎng)效應(yīng)管不同之處是沒(méi)有源極和漏極，因此即使柵極電壓脈沖式突變到高于臨界值Uth，反型層也不能立即形成，這時(shí)，耗盡層將進(jìn)一步向半導(dǎo)體深處延伸。(b)UG＜Uth(b)圖2-3MOS結(jié)構(gòu)與勢(shì)阱反型層MOS(c)耗盡層金屬電極SiO2P型半導(dǎo)體基片(a)G(c)UG＞Uth(a)UG=0

耗盡層的深度可想象成勢(shì)阱的概念，當(dāng)注入電子形成反型層時(shí)，加在耗盡層上的電壓將要下降，把耗盡層想象成一個(gè)容器(阱)，這種下降可看成向阱內(nèi)倒入液體，勢(shì)阱中的電子不能裝到邊沿。

2.電荷的轉(zhuǎn)移(耦合)

圖2-4表示一個(gè)四相CCD中電荷的轉(zhuǎn)移，在圖2-4（a）中，Φ1是2V，Φ2～Φ4是10V,所以Φ2～Φ4下面的勢(shì)阱很深，電荷存在里面。在圖2-4(b)中，Φ2由10V變?yōu)?V，Φ2下面的勢(shì)阱變淺，所有的電荷，轉(zhuǎn)移到Φ3、Φ4下面的勢(shì)阱中，結(jié)果如圖2-4(c)所示。在圖2-4(d)中，Φ1由2V變?yōu)?0V，原來(lái)在Φ3、Φ4下面的勢(shì)阱中的電荷向右轉(zhuǎn)移分布Φ3、Φ4、Φ1下面的勢(shì)阱中，結(jié)果如圖2-4(e)所示，這整個(gè)的過(guò)程就是Φ2～Φ4下面的勢(shì)阱中的電荷轉(zhuǎn)移到的Φ3、Φ4、Φ1下面的勢(shì)阱中。Φ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ22V10V10V10V2V10V（a）Φ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ22V10→210V10V2V2V（b）Φ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ22V2V10V10V2V2V（c）（e）Φ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ210V2V10V10V10V2VΦ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ210V2V10V10V2→102V（d）圖2-4四相CCD電荷的轉(zhuǎn)移

圖2-5是三個(gè)電荷包在四相時(shí)鐘Φ1～Φ4驅(qū)動(dòng)下向前轉(zhuǎn)移的示意圖。圖2-5上部是四相時(shí)鐘Φ1～Φ4的波形，圖2-5下部第一行是電極，所有標(biāo)志為Φ1的電極應(yīng)全部連在一起接到Φ1波形的驅(qū)動(dòng)線上，標(biāo)志為Φ2的電極應(yīng)全部連在一起接到Φ2波形的驅(qū)動(dòng)線上，所有標(biāo)志為Φ3的電極應(yīng)全部連在一起接到Φ3波形的驅(qū)動(dòng)線上，標(biāo)志為Φ4的電極應(yīng)全部連在一起接到Φ4波形的驅(qū)動(dòng)線上。第二行是t1時(shí)刻三個(gè)電荷包的位置，由四相時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，逐步向右移動(dòng)，t2～t6各個(gè)時(shí)刻的電荷包位置如下面各行所示，CCD中的電荷就這樣在四相時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下向前轉(zhuǎn)移。Φ1Φ2Φ3Φ4t1t2t3t4t5t6圖2-5三個(gè)電荷包在時(shí)鐘Φ1～Φ4的驅(qū)動(dòng)下向前轉(zhuǎn)移Φ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ2Φ3Φ4Φ1Φ2t1t2t3t4t5t6

3.面陣CCD的三種基本型式

CCD作為攝像機(jī)中的光電傳感器，必須能接受一幅完整的光像，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)一個(gè)CCD光敏單元，所以CCD必須排列成二維陣列的形式，稱(chēng)為面陣CCD，每列都是一個(gè)如前所述的線陣CCD移位寄存器，而列之間有由擴(kuò)散形成的阻擋信號(hào)電荷的勢(shì)壘叫做溝阻，可以防止電荷從與轉(zhuǎn)移方向相垂直的方向流走。面陣CCD有下面三種基本型式：⑴FT型(FrameTransfer幀轉(zhuǎn)移型)

幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD如圖2-6(a)所示，攝像器件分為光敏成像區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)兩部分，場(chǎng)正程期間在光敏成像區(qū)每個(gè)單元積累信號(hào)電荷,在場(chǎng)消隱期間由垂直CCD移位寄存器把信號(hào)電荷全部高速傳送到存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)區(qū)的信號(hào)在每一行消穩(wěn)期間向前推進(jìn)一行，在行正程期由水平CCD移位寄存器逐像素讀出。幀轉(zhuǎn)移型CCD在幀轉(zhuǎn)移期間，全部電荷在成像區(qū)移動(dòng)，一列中的每一個(gè)像素都被這列中后面的其它像素的光線照射過(guò)，因此景物中的亮點(diǎn)就會(huì)在圖像上產(chǎn)生一條垂直亮帶，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為拖尾。光敏區(qū)存儲(chǔ)區(qū)(a)(b)(c)圖2-6面陣CCD的三種基本型式(a)幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD(b)行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD(c)幀行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD光敏列存儲(chǔ)列⑵IT型(InterlineTransfer行間轉(zhuǎn)移型)

行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD如圖2-6(b)所示，攝像器件的光敏成像部分和存儲(chǔ)部分以垂直列相間的形式組合，場(chǎng)正程期間在成像列積累信號(hào)電荷，場(chǎng)消隱期間一次轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的存儲(chǔ)列上。存儲(chǔ)列的信號(hào)在每一行消隱期間沿垂直方向下移一個(gè)單元，在行正程期間由水平CCD移位寄存器逐像素讀出信號(hào)。行間轉(zhuǎn)移型CCD中，電荷包在存儲(chǔ)列中每行時(shí)間移動(dòng)一行距離，經(jīng)過(guò)一場(chǎng)才才能將全部電荷移出，雖然存儲(chǔ)列采用光屏蔽，但斜射光和多次反射光仍會(huì)形成假信號(hào)而產(chǎn)生拖尾。

⑶FIT型(幀行間轉(zhuǎn)移型)

幀行間轉(zhuǎn)移型面陣CCD如圖2-6(c)所示，成像區(qū)與行間轉(zhuǎn)移型CCD相似，成像區(qū)與存儲(chǔ)區(qū)的關(guān)系與幀轉(zhuǎn)移型CCD相似。幀行間轉(zhuǎn)移型CCD中電荷包從成像區(qū)向存儲(chǔ)區(qū)轉(zhuǎn)移是在場(chǎng)消隱期間進(jìn)行，而且在光屏蔽和存儲(chǔ)列中進(jìn)行，拖尾基本上不存在。

4.隔行讀出與顯像管中的隔行掃描類(lèi)似，面陣CCD的光生電荷是隔行讀出的，但因?yàn)檠赜谜婵諗z像管的術(shù)語(yǔ)和敘述的方便，常常把隔行讀出也說(shuō)成隔行掃描。隔行讀出有幀積累方式和場(chǎng)積累方式兩種。幀積累方式(FrameIntegrationMode)的結(jié)構(gòu)如圖2-7所示，存儲(chǔ)在奇數(shù)行各像素中的光生電荷在奇數(shù)場(chǎng)讀出，存儲(chǔ)在偶數(shù)行各像素中的光生電荷在偶數(shù)場(chǎng)讀出，每個(gè)像素的光生電荷的積累時(shí)間是一幀時(shí)間1／25秒。幀積累方式的光生電荷積累時(shí)間長(zhǎng)，上一場(chǎng)的光生電荷保留在光敏區(qū)，出現(xiàn)在下一場(chǎng)中，所以有一場(chǎng)時(shí)間的延遲，引起動(dòng)態(tài)分辨率下降。光敏二極管垂直轉(zhuǎn)移CCD水平讀出CCD（b）光敏二極管垂直轉(zhuǎn)移CCD水平讀出CCD（a）圖2-7幀積累方式電荷轉(zhuǎn)移（a）奇場(chǎng)（b）偶場(chǎng)

場(chǎng)積累方式(FieldIntegrationMode)的結(jié)構(gòu)如圖2-8(a)、(b)所示，兩個(gè)相鄰行的電荷加起來(lái)同時(shí)轉(zhuǎn)移到垂直CCD移位寄存器。隔行讀出是由相加電荷的組合方式不同來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖2-8(a)的組合方式是奇數(shù)場(chǎng)，圖2-8(b)的組合方式是偶數(shù)場(chǎng)。每個(gè)像素的光生電荷積累時(shí)間是一場(chǎng)時(shí)間1／50秒。場(chǎng)積累方式有如下特點(diǎn)：⑴沒(méi)有一場(chǎng)時(shí)間的延遲。⑵圖像垂直邊緣的閃爍減少。⑶寬的動(dòng)態(tài)范圍和抗彌散性好。（彌散也稱(chēng)光暈，開(kāi)花。光敏區(qū)某一點(diǎn)被過(guò)曝光時(shí)，電荷從勢(shì)阱中溢出，流入相鄰的勢(shì)阱內(nèi)，出現(xiàn)一種像墨水發(fā)泅那樣的現(xiàn)象，使畫(huà)面變白。）⑷垂直方向分辨率略有降低。光敏二極管垂直轉(zhuǎn)移CCD水平讀出CCD（b）光敏二極管垂直轉(zhuǎn)移CCD水平讀出CCD（a）圖2-8場(chǎng)積累方式電荷轉(zhuǎn)移（a）奇場(chǎng)（b）偶場(chǎng)

5.彩色CCD攝像機(jī)廣播電視中常用的是三片式彩色CCD攝像機(jī)，被攝物體的光線從鏡頭進(jìn)入攝像機(jī)后被分色棱鏡分為紅、綠、藍(lán)三路光線投射到三片CCD傳感器上，分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后變?yōu)槿冯娦盘?hào)R、G、B。應(yīng)用電視中常用的是單片式彩色CCD攝像機(jī)，單片彩色CCD攝像機(jī)用一個(gè)CCD傳感器產(chǎn)生R、G、B三種顏色的信號(hào)，必須用濾色器將光進(jìn)行分色后送到各個(gè)光敏單元。單片CCD傳感器輸出信號(hào)為紅、綠、藍(lán)混合信號(hào)，必須通過(guò)彩色信號(hào)分離電路分解出紅、綠、藍(lán)基色信號(hào)。

2.2電視圖像基本參數(shù)

2.2.1圖像寬高比

2.2.2場(chǎng)頻

2.2.3行數(shù)

2.2.1圖像寬高比圖像寬高比也稱(chēng)幅型比。根據(jù)人眼的視覺(jué)特性，視覺(jué)最清楚的范圍是垂直視角為15°水平視角為20°的一個(gè)矩形視野，因而確定電視接收機(jī)的屏幕為矩形，矩形畫(huà)面的寬高比為4﹕3。矩形屏幕的大小用對(duì)角線長(zhǎng)度表示，并習(xí)慣用英寸作單位，一般家用電視機(jī)有35cm（14英寸）、46cm（18英寸）、51cm（20英寸）、74cm（29英寸）等都是指屏幕對(duì)角線長(zhǎng)度，觀看的最佳距離分別為2m、2.5m、3m、4m，觀看距離約為屏高的6倍，眼睛應(yīng)與熒光屏中心處于同一水平線。為增強(qiáng)臨場(chǎng)感與真實(shí)感，還可加大幅型比。例如，高清晰度電視或大屏幕高質(zhì)量電視要求水平視角加大，觀看距離約為屏高的三倍，幅型比定為16﹕9。

2.2.2場(chǎng)頻選擇場(chǎng)掃描頻率主要應(yīng)考慮不能出現(xiàn)光柵閃爍，人眼的臨界閃爍頻率與屏幕亮度、圖像內(nèi)容、觀看條件以及熒光粉的余輝時(shí)間等因素有關(guān)，為不引起人眼的閃爍感覺(jué)，場(chǎng)頻應(yīng)高于48Hz。隨著屏幕亮度提高，屏幕尺寸加大，觀看距離變近，場(chǎng)頻應(yīng)相應(yīng)提高。

場(chǎng)頻的選擇還要考慮交流電源對(duì)電視圖像的影響。電視接收機(jī)電源濾波不良或因雜散電源磁場(chǎng)的影響，交流電源干擾混入視頻信號(hào)中使圖像產(chǎn)生一種垂直方向的明暗變化，或呈現(xiàn)為一、二條水平暗條。當(dāng)電源頻率與場(chǎng)頻相同并與電源同步時(shí)，這些干擾在圖像上是固定不動(dòng)的，只要不太大，眼睛感覺(jué)不出來(lái)；當(dāng)電源頻率與場(chǎng)頻不同時(shí)，干擾圖形將是移動(dòng)的，以兩個(gè)頻率的差頻向上或向下滾動(dòng)，俗稱(chēng)“滾道”。交流電源干擾如加在行鋸齒波上，造成光柵扭曲現(xiàn)象。當(dāng)場(chǎng)頻與電源頻率不同時(shí)，光柵不但扭曲而且擺動(dòng)，很令人討厭。因此在制定電視標(biāo)準(zhǔn)時(shí)都規(guī)定場(chǎng)頻與本國(guó)的電網(wǎng)頻率相同。在我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)中，場(chǎng)頻選為50Hz。隨著新型熒光粉的出現(xiàn)，電視屏幕亮度不斷提高，一些高亮度的畫(huà)面常引起閃爍感覺(jué)，而現(xiàn)代接收機(jī)生產(chǎn)工藝水平已能消除電源干擾，所以將來(lái)會(huì)采用比50Hz更高的場(chǎng)頻。

2.2.3行數(shù)在1.2.3節(jié)中得到分辨力公式

θ=3438（′）（1-2）式中L表示眼睛與圖像之間的距離，d表示能分辨的兩點(diǎn)間最小距離，對(duì)于正常視力的人，在中等亮度情況下觀看靜止圖像時(shí)，θ為1～1.5′。設(shè)Z為每幀掃描行數(shù)，h為屏幕高度，則有d=，代入公式（1-2）得：

Z=3438取標(biāo)準(zhǔn)視距L為屏幕高度h的4～6倍，并取θ為1′時(shí)，則可算得應(yīng)該取的掃描行數(shù)為860～570行之間。目前世界上采用的標(biāo)準(zhǔn)掃描行數(shù)有625行和525行。我國(guó)采用625行。

在20世紀(jì)50年代，電視機(jī)以30cm（12英寸）和35cm（14英寸）為主,所以行數(shù)選擇了625行。隨著目前大屏幕電視的發(fā)展，625行的標(biāo)準(zhǔn)明顯偏低，在高清晰度電視中，為了獲得臨場(chǎng)感和真實(shí)感，掃描行數(shù)已增加到1200行以上。場(chǎng)頻已經(jīng)確定為fv=50Hz，由于采用隔行掃描，則幀頻fz=25Hz，也就是一幀掃描時(shí)間Tz=40ms。當(dāng)掃描行數(shù)選定為Z=625后，行掃描時(shí)間

TH=Tz/Z=40ms/625=64μs，行頻fH=fz×Z=25Hz×625=15625Hz。2.3黑白全電視信號(hào)的組成2.3.1圖像信號(hào)2.3.2消隱信號(hào)和同步信號(hào)2.3.3開(kāi)槽脈沖和均衡脈沖2.3.4全電視信號(hào)

2.3.1圖像信號(hào)

CCD傳感器的每個(gè)像素的輸出波形只在一部分時(shí)間內(nèi)是圖像信號(hào)，其余時(shí)間內(nèi)是復(fù)位電平和干擾。為了取出圖像信號(hào)并消除干擾，要采用取樣保持電路。每個(gè)像素信號(hào)被取樣后，用一電容把信號(hào)保持下來(lái)，直到取樣下一個(gè)像素信號(hào)。圖2-9是相關(guān)雙取樣電路（CorrelatedDoubleSampling，CDS）圖中SHP是復(fù)位電平取樣脈沖，它對(duì)復(fù)位電平進(jìn)行取樣，用來(lái)消除直流成份，取樣時(shí)會(huì)有少量干擾，SHD是信號(hào)取樣脈沖，它對(duì)取樣后的復(fù)位電平和信號(hào)同時(shí)取樣，取樣后的兩個(gè)信號(hào)中有相同的干擾波形，將這有相同干擾波形的兩個(gè)信號(hào)送到差分放大器中相減，就可得到不帶干擾的輸出信號(hào)。在CCD傳感器的輸出信號(hào)中含有多種熱雜波，這些雜波在差分放大器輸入的兩路信號(hào)中基本相同，經(jīng)過(guò)差分放大器后，熱雜波被抑制。

經(jīng)相關(guān)雙取樣后得到圖像信號(hào)，圖像信號(hào)電壓的高低反映了實(shí)際景物的亮度，圖像內(nèi)容是隨機(jī)的，相應(yīng)的電壓波形也是隨機(jī)的，如果攝取一幅從白到黑10個(gè)灰度等級(jí)豎條的圖像，每行產(chǎn)生的圖像信號(hào)電壓波形就是十階梯從低到高。純白對(duì)應(yīng)的電平最低，全黑對(duì)應(yīng)的電平最高。這樣信號(hào)電平與圖像亮度成反比的圖像信號(hào)稱(chēng)為負(fù)極性圖像信號(hào)。反之，信號(hào)電平與圖像亮度成正比的圖像信號(hào)稱(chēng)為正極性圖像信號(hào)。圖2-9相關(guān)雙取樣電路CCD傳感器輸出取樣保持取樣保持取樣保持SHPSHD－+

2.3.2消隱信號(hào)和同步信號(hào)顯像管電子束在行、場(chǎng)掃描正程期間重現(xiàn)圖像信號(hào)，在行、場(chǎng)掃描逆程形成回掃線。所以攝像機(jī)在行、場(chǎng)掃描逆程發(fā)出消隱信號(hào)令電視接收機(jī)顯像管電子束截止，消除顯像管在行、場(chǎng)掃描逆程產(chǎn)生的回掃線。消隱信號(hào)分為行消隱信號(hào)和場(chǎng)消隱信號(hào)，行消隱信號(hào)的寬度為12μs，場(chǎng)消隱信號(hào)寬度為25TH+12μs；因?yàn)椴捎酶粜袙呙?，奇?chǎng)的場(chǎng)消隱起點(diǎn)與前面的一個(gè)行消隱差半行，偶場(chǎng)的場(chǎng)消隱起點(diǎn)與前面的一個(gè)行消隱相差一行。如圖2-10所示。行消隱信號(hào)和場(chǎng)消隱信號(hào)合在一起稱(chēng)為復(fù)合消隱信號(hào)。圖2-10復(fù)合消隱信號(hào)（a）奇場(chǎng)（b）偶場(chǎng)TH25TH+12μsTH/2（a）TH25TH+12μs（b）12μs12μsTH

讀完一場(chǎng)圖像信號(hào)后，送出一個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)，接收機(jī)利用這場(chǎng)同步信號(hào)去控制本機(jī)的場(chǎng)掃描逆程起點(diǎn)，場(chǎng)同步脈沖的前沿表示上一場(chǎng)結(jié)束、下一場(chǎng)開(kāi)始。場(chǎng)電視接收機(jī)顯像管要正確地重現(xiàn)攝像機(jī)攝取的圖像，接收機(jī)與攝像機(jī)的掃描必須同步，即掃描的頻率和相位完全相同。攝像機(jī)每讀出一行圖像信號(hào)后，送出一個(gè)行同步信號(hào)，接收機(jī)利用這行同步信號(hào)去控制本機(jī)的行掃描逆程起點(diǎn)，行同步脈沖的前沿表示上一行結(jié)束、下一行開(kāi)始。行同步信號(hào)的脈沖寬度為4.7μs，行同步脈沖前沿滯后行消隱脈沖前沿1.5μs，如圖2-11（a）所示。攝像機(jī)每同步信號(hào)的脈沖寬度為2.5TH，行、場(chǎng)同步信號(hào)合在一起稱(chēng)為復(fù)合同步信號(hào)。復(fù)合同步信號(hào)的波形如圖2-11（b）所示，奇數(shù)場(chǎng)的最后一個(gè)行同步脈沖的前沿與場(chǎng)同步脈沖的前沿相距TH／2，而偶數(shù)場(chǎng)最后一個(gè)行同步脈沖的前沿與場(chǎng)同步的前沿間距為T(mén)H，所以行同步脈沖的位置在奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)中有半行之差，保證了隔行掃描的要求。圖2-11行同步信號(hào)和復(fù)合同步信號(hào)（a）行同步信號(hào)（b）復(fù)合同步信號(hào)2.5TH（b）（a）12μs4.7μs1.5μs2.5TH偶數(shù)場(chǎng)奇數(shù)場(chǎng)奇數(shù)場(chǎng)

如果接收機(jī)的場(chǎng)頻稍高或稍低于場(chǎng)同步信號(hào)會(huì)使重現(xiàn)圖像向下或向上移動(dòng)，移動(dòng)速度取決于接收機(jī)與場(chǎng)同步信號(hào)場(chǎng)頻之差。當(dāng)接收機(jī)的場(chǎng)頻為25Hz,即電視信號(hào)場(chǎng)頻的一半時(shí)，屏幕上出現(xiàn)上、下兩個(gè)相同的圖像而屏幕中部是一條水平黑帶，是占25行的場(chǎng)消隱信號(hào)。如果接收機(jī)的行頻稍高于行同步信號(hào)，屏幕上會(huì)出現(xiàn)一條條向右下方傾斜的黑白相間的條紋；如果接收機(jī)的行頻稍低于行同步信號(hào)，屏幕上會(huì)出現(xiàn)一條條向左下方傾斜的黑白相間的條紋。

2.3.3開(kāi)槽脈沖和均衡脈沖

在場(chǎng)同步信號(hào)期間行同步信號(hào)中斷，容易造成行不同步，為了保持行同步信號(hào)的連續(xù)性，保證場(chǎng)同步期間行掃描穩(wěn)定，在場(chǎng)同步信號(hào)內(nèi)開(kāi)了五個(gè)小凹槽，形成五個(gè)齒脈沖。利用凹槽的后沿作為行同步信號(hào)的前沿，凹槽叫做開(kāi)槽脈沖，其寬度為4.7μs，其間隔等于TH／2；齒脈沖寬度為27.3μs。如圖2-13所示。行、場(chǎng)同步脈沖合在一起成為復(fù)合同步信號(hào)，如圖2-11（b）所示,由于行、場(chǎng)同步脈沖的寬度相差很大，可以用微分電路得到行周期的正負(fù)尖脈沖，用正尖脈沖去同步行掃描發(fā)生器，可以用積分電路抑制行同步信號(hào)而取出場(chǎng)同步信號(hào)去控制場(chǎng)掃描發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)接收機(jī)行、場(chǎng)掃描的同步。

如圖2-12所示,由于奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)的場(chǎng)同步信號(hào)的前沿和前面一個(gè)行同步信號(hào)的間距分別為T(mén)H和TH／2，因此通過(guò)積分電路后，奇、偶場(chǎng)同步信號(hào)的積分波形不一樣，若用此波形的某一電平去同步場(chǎng)掃描電路，則兩場(chǎng)的同步會(huì)出現(xiàn)時(shí)間誤差Δt，偶數(shù)場(chǎng)在t1時(shí)同步而奇數(shù)場(chǎng)在t2時(shí)同步，影響接收機(jī)隔行掃描的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致掃描光柵的并行和垂直分辨力的降低。為了消除奇偶兩場(chǎng)的時(shí)間誤差，在場(chǎng)同步信號(hào)前后若干行內(nèi)將行同步脈沖的頻率提高一倍。為了使頻率提高后的行同步脈沖的平均電平不變，將這些脈沖的寬度減少為原來(lái)的一半，在場(chǎng)同步信號(hào)的前后各有五個(gè)脈沖分別稱(chēng)為前均衡脈沖和后均衡脈沖。場(chǎng)同步內(nèi)的開(kāi)槽脈沖頻率提高一倍是由于同樣的原因，這樣，在奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)的場(chǎng)同步期間及前后若干行的同步脈沖波形完全相同，結(jié)果奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)積分波形完全相同。圖2-12未加均衡時(shí)奇偶場(chǎng)積分波形奇數(shù)場(chǎng)偶數(shù)場(chǎng)偶數(shù)場(chǎng)奇數(shù)場(chǎng)t1t2Δt圖2-13黑白全電視信號(hào)偶數(shù)場(chǎng)奇數(shù)場(chǎng)（a）奇數(shù)場(chǎng)信號(hào)（b）偶數(shù)場(chǎng)信號(hào)奇數(shù)場(chǎng)偶數(shù)場(chǎng)625234562462362212324前均衡脈沖后均衡脈沖場(chǎng)消隱脈沖（a）場(chǎng)同步脈沖310312311313314315316317318336場(chǎng)消隱脈沖前均衡脈沖場(chǎng)同步脈沖后均衡脈沖（b）

2.3.4全電視信號(hào)

黑白全電視信號(hào)由圖像信號(hào)、消隱信號(hào)和同步信號(hào)疊加而成，如圖2-13所示。同步脈沖疊加在消隱脈沖之上，消隱脈沖的作用是關(guān)閉電子束、消除回掃線，消隱電平相當(dāng)于圖像信號(hào)的黑色電平，同步脈沖電平比消隱電平還高，不會(huì)在接收機(jī)屏幕上顯示出來(lái)。利用同步脈沖電平高，可以把同步脈沖切割出來(lái)，去控制掃描振蕩器。同步脈沖的前沿是掃描逆程開(kāi)始的時(shí)間，消隱脈沖的前沿比同步脈沖提前一點(diǎn)可以確保逆程被完全消隱掉。全電視信號(hào)的幅度比例按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是以同步信號(hào)電平為100%，黑電平與消隱電平為75%，白電平為10%～12.5%，圖像信號(hào)介于白電平和黑電平之間，統(tǒng)稱(chēng)為灰色電平。本章小結(jié)

利用人眼的視覺(jué)惰性和有限分辨力，活動(dòng)圖像可分解為一連串的靜止圖像，靜止圖像又可分解為像素，只要在1/50s時(shí)間里，發(fā)送端依次對(duì)一幅圖像所有像素的亮度信息進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，接收端依次重現(xiàn)相應(yīng)亮度的像素，就可以完成活動(dòng)圖像的傳輸。這種將圖像分解成像素后順序傳送的方法叫做順序傳送原理。電子束從圖像上端開(kāi)始，從左到右、從上到下以均勻速度依照順序一行緊跟一行地掃完全幀畫(huà)面，稱(chēng)為逐行掃描。隔行掃描就是把一幀圖像分成兩場(chǎng)來(lái)掃，第一場(chǎng)掃描1、3、5…等奇數(shù)行，稱(chēng)為奇數(shù)場(chǎng)。第二場(chǎng)掃描2、4、，6…等偶數(shù)行，稱(chēng)為偶數(shù)場(chǎng)。每幀圖像經(jīng)過(guò)兩場(chǎng)掃描，所有像素全部掃完。偶數(shù)場(chǎng)掃描線正好嵌在奇數(shù)場(chǎng)掃描線的中間，我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每秒傳送25幀，每幀圖像為625行，每場(chǎng)掃描312.5行，每秒掃描50場(chǎng)。面陣CCD有FT型、IT型、FIT型三種基本型式。隔行讀出有幀積累方式和場(chǎng)積累方式兩種方式。

信號(hào)電平與圖像亮度成反比的圖像信號(hào)稱(chēng)為負(fù)極性圖像信號(hào)。反之，信號(hào)電平與圖像亮度成正比的圖像信號(hào)稱(chēng)為正極性圖像信號(hào)。攝像機(jī)在行、場(chǎng)掃描逆程發(fā)出消隱信號(hào)令電視接收機(jī)顯像管電子束截止，消除顯像管在行、場(chǎng)掃描逆程產(chǎn)生的回掃線。消隱信號(hào)分為行消隱信號(hào)和場(chǎng)消隱信號(hào)，行消隱信號(hào)的寬度為12μs，場(chǎng)消隱信號(hào)寬度為25TH+12μs

攝像機(jī)每讀出一行圖像信號(hào)后，送出一個(gè)行同步信號(hào)，接收機(jī)利用這行同步信號(hào)去控制本機(jī)的行掃描逆程起點(diǎn)，行同步脈沖的前沿表示上一行結(jié)束、下一行開(kāi)始。行同步信號(hào)的脈沖寬度為4.7μs，行同步脈沖前沿滯后行消隱脈沖前沿1.5μs。攝像機(jī)每讀完一場(chǎng)圖像信號(hào)后，送出一個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)，接收機(jī)利用這場(chǎng)同步信號(hào)去控制本機(jī)的場(chǎng)掃描逆程起點(diǎn)，場(chǎng)同步脈沖的前沿表示上一場(chǎng)結(jié)束、下一場(chǎng)開(kāi)始。場(chǎng)同步信號(hào)的脈沖寬度為2.5TH，行、場(chǎng)同步信號(hào)合在一起稱(chēng)為復(fù)合同步信號(hào)。

為了保持行同步信號(hào)的連續(xù)性，保證場(chǎng)同步期間行掃描穩(wěn)定，在場(chǎng)同步信號(hào)內(nèi)開(kāi)了五個(gè)小凹槽，形成五個(gè)齒脈沖。利用凹槽的后沿作為行同步信號(hào)的前沿，凹槽叫做開(kāi)槽脈沖，其寬度為4.7μs，其間隔等于TH／2；齒脈沖寬度為27.3μs。為了消除奇偶兩場(chǎng)的時(shí)間誤差，在場(chǎng)同步信號(hào)前后若干行內(nèi)將行同步脈沖的頻率提高一倍。為了使頻率提高后的行同步脈沖的平均電平不變，將這些脈沖的寬度減少為原來(lái)的一半，在場(chǎng)同步信號(hào)的前后各有五個(gè)脈沖分別稱(chēng)為前均衡脈沖和后均衡脈沖。黑白全電視信號(hào)如圖2-13所示。謝謝使用！單位：主頁(yè)：E-mail：責(zé)任編輯：趙堅(jiān)勇編著電視原理與接收技術(shù)彩色電視信號(hào)的傳輸

第3章

內(nèi)容提要

本章介紹彩色電視信號(hào)的傳輸，主要內(nèi)容包括彩色電視信號(hào)的兼容問(wèn)題、NTSC制、PAL制和SECAM制三種模擬彩色電視制式。跳至目錄知識(shí)要點(diǎn)

黑白、彩色電視互相兼容，必須滿足的基本要求；色信號(hào)的選取頻帶壓縮和頻譜交錯(cuò)

NTSC制的正交平衡調(diào)幅、色度信號(hào)幅度壓縮、副載波的半行頻間置、色同步信號(hào)、I、Q信號(hào)；

PAL制的逐行倒相、相位失真的互補(bǔ)、副載波頻率的選擇、色同步信號(hào)編碼器和解碼器；

SECAM制的順序傳送與存儲(chǔ)復(fù)用調(diào)頻。教學(xué)建議

要求了解黑白、彩色電視互相兼容，必須滿足的基本要求。了解色信號(hào)的選取，熟悉頻帶壓縮和頻譜交錯(cuò)。熟悉NTSC制的正交平衡調(diào)幅、色度信號(hào)幅度壓縮。了解NTSC制的副載波的半行頻間置、色同步信號(hào)、I、Q信號(hào)。掌握PAL制的逐行倒相、相位失真的互補(bǔ)。掌握PAL制的副載波頻率、色同步信號(hào)，這部分是本章難點(diǎn)。了解PAL制的編碼器，掌握PAL制的解碼器，掌握解碼器的五步信號(hào)處理。建議學(xué)時(shí)數(shù)為5學(xué)時(shí)3.1彩色電視信號(hào)的兼容問(wèn)題3.2NTSC制3.3PAL制3.4SECAM制

3.1彩色電視信號(hào)的兼容問(wèn)題彩色電視是在黑白電視的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，彩色電視出現(xiàn)以前黑白電視已經(jīng)相當(dāng)普及，當(dāng)時(shí)家家戶戶都用黑白電視機(jī)收看電視節(jié)目，50年后的今天，仍有不少的黑白電視機(jī)還在使用。為了普及電視廣播、減少國(guó)家和千千萬(wàn)萬(wàn)電視用戶不必要的損失，彩色電視應(yīng)該與黑白電視兼容。所謂兼容，就是黑白電視接收機(jī)能接收彩色電視信號(hào)，較好地重現(xiàn)黑白圖像；彩色電視接收機(jī)也能接收黑白電視信號(hào)，較好地重現(xiàn)黑白圖像。

要做到黑白、彩色電視互相兼容，必須滿足下列基本的要求：

1.在彩色電視的圖像信號(hào)中，要有代表圖像亮度的亮度信號(hào)和代表圖像色彩的色度信號(hào)。黑白電視機(jī)接收彩色節(jié)目時(shí)，只要將亮度信號(hào)取出，就可顯示出黑白圖像。彩色電視接收機(jī)應(yīng)具有亮度通道和色度通道，當(dāng)接收彩色節(jié)目時(shí)，亮度通道和色度通道都工作，重現(xiàn)彩色圖像；當(dāng)接收黑白節(jié)目時(shí)，色度通道自動(dòng)關(guān)閉，亮度通道相當(dāng)于黑白電視機(jī)，可顯示出黑白圖像。這樣就做到了兼容。

2.彩色電視只能占有和黑白電視相同的視頻帶寬和射頻帶寬。這要求彩色電視將色度信號(hào)安插到6MHz的視頻帶寬中去，要采用頻帶壓縮、頻譜交錯(cuò)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.彩色電視應(yīng)與黑白電視有相同的圖像載頻、伴音載頻以及兩者之間的間距。

4.彩色電視與黑白電視的行、場(chǎng)掃描頻率和行、場(chǎng)同步信號(hào)的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)等都應(yīng)相同。目前世界上彩色電視制有NTSC制、PAL制、SECAM制三種，都是具有兼容性的。3.1.1信號(hào)選取3.1.2頻帶壓縮3.1.3

頻譜交錯(cuò)

3.1.1信號(hào)選取

要做到兼容，必須對(duì)由CCD光電傳感器輸出的R、G、B三個(gè)基色信號(hào)進(jìn)行處理。首先用一個(gè)編碼矩陣電路根據(jù)Y=0.30R+0.59G+0.11B的亮度公式編出一個(gè)亮度信號(hào)和R-Y、B-Y兩個(gè)色差信號(hào)。色差信號(hào)是基色信號(hào)R、G、B與亮度信號(hào)Y之差：R-Y=R-(0.30R+0.59G+0.l1B)=0.70R-0.59G-0.11BG-Y=G-(0.30R+0.59G+0.l1B)=-0.30R+0.41G-0.11BB-Y=B-(0.30R+0.59G+0.l1B)=-0.30R-0.59G+0.89B

三個(gè)色差信號(hào)中只有兩個(gè)是獨(dú)立的，第三個(gè)可以由另外兩個(gè)得到，只要選擇兩個(gè)色差信號(hào)就可以代表色度信號(hào)。將Y=0.30R+0.59G+0.11B改寫(xiě)為

0.30Y+0.59Y+0.11Y=0.30R+0.59G+0.11B得到

0.30（R-Y）+0.59（G-Y）+0.11（B-Y）=0可以化為R-Y=-0.59/0.3（G-Y）-0.11/0.3（B-Y）G-Y=-0.3/0.59（R-Y）-0.11/0.59（B-Y）（3-2）B-Y=-0.3/0.11（R-Y）-0.59/0.11（G-Y）

三大制式均選用R-Y和B-Y作為色差信號(hào)的原因是：

1.三個(gè)色差信號(hào)中，G-Y信號(hào)數(shù)值最小，作傳輸信號(hào)對(duì)改善信噪比不利。

2.由R-Y和B-Y求G-Y時(shí)系數(shù)0.3/0.59和0.11/0.59小于1，可用電阻矩陣實(shí)現(xiàn)；由B-Y、G-Y求R-Y或用R-Y、G-Y求B-Y，系數(shù)都大于l，不能用電阻分壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，一定要用放大器提