第一講電視原理(11-12)

1、1 電視原理 2 教材與參考書目教材與參考書目 v教材教材 電視原理電視原理（高等學(xué)校電子信息類規(guī)劃教材）（高等學(xué)校電子信息類規(guī)劃教材） 俞斯樂俞斯樂 等等 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社 第第6版版 2005年年 v參考書目參考書目 v數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電視技術(shù)基礎(chǔ)惠新標(biāo)等編惠新標(biāo)等編 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 v彩色電視原理彩色電視原理?xiàng)盍諚盍?等編等編 東南大學(xué)出版社東南大學(xué)出版社 v數(shù)字視頻技術(shù)及其應(yīng)用數(shù)字視頻技術(shù)及其應(yīng)用黎洪松黎洪松 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 3 內(nèi)容簡介內(nèi)容簡介 v本課程是電子信息類電子信息工程、通信工本課程是電子信息類電子信息工程、通信工 程和相近專業(yè)學(xué)生

2、的一門專業(yè)主干課程，目程和相近專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)主干課程，目 的是使學(xué)生掌握的是使學(xué)生掌握電視系統(tǒng)的基本原理電視系統(tǒng)的基本原理，因?yàn)?，因?yàn)?它是專業(yè)課程專業(yè)知識的綜合體現(xiàn)。它是專業(yè)課程專業(yè)知識的綜合體現(xiàn)。 v本課程對電視系統(tǒng)從基本原理、圖像攝取、本課程對電視系統(tǒng)從基本原理、圖像攝取、 處理、傳輸、存儲、重現(xiàn)做較為系統(tǒng)的分析處理、傳輸、存儲、重現(xiàn)做較為系統(tǒng)的分析 。 4 俄裔德國科學(xué)家尼普科夫于俄裔德國科學(xué)家尼普科夫于1884 年發(fā)明了年發(fā)明了“尼普科夫圓盤尼普科夫圓盤”， 并申請了專利，提出了電視并申請了專利，提出了電視 工作的三個(gè)基本要素：工作的三個(gè)基本要素： v把圖像分解成像素，逐個(gè)傳輸把

3、圖像分解成像素，逐個(gè)傳輸 v像素的傳輸逐行進(jìn)行像素的傳輸逐行進(jìn)行 用畫面?zhèn)魉瓦\(yùn)動(dòng)的過程時(shí)，許用畫面?zhèn)魉瓦\(yùn)動(dòng)的過程時(shí)，許 多畫面快速逐一出現(xiàn)，在眼中多畫面快速逐一出現(xiàn)，在眼中 這個(gè)過程融合為一。這個(gè)過程融合為一。 電視的發(fā)展電視的發(fā)展 5 v電視的誕生，是電視的誕生，是20世世 紀(jì)人類最偉大的發(fā)明紀(jì)人類最偉大的發(fā)明 之一。之一。1925年，蘇格年，蘇格 蘭發(fā)明家約翰蘭發(fā)明家約翰.洛吉洛吉.貝貝 爾德用自行裝置的機(jī)爾德用自行裝置的機(jī) 械電視設(shè)備，第一次械電視設(shè)備，第一次 將移動(dòng)的圖像傳向遠(yuǎn)將移動(dòng)的圖像傳向遠(yuǎn) 處的接收機(jī)現(xiàn)場。處的接收機(jī)現(xiàn)場。 電視的誕生電視的誕生 6 v1925年年10月月2日，位

4、于倫敦一間頂樓的臨時(shí)實(shí)日，位于倫敦一間頂樓的臨時(shí)實(shí) 驗(yàn)室里，貝爾德用攝像機(jī)掃描了一個(gè)木偶的驗(yàn)室里，貝爾德用攝像機(jī)掃描了一個(gè)木偶的 頭部。他欣喜地發(fā)現(xiàn)，木偶的頭部被閃爍不頭部。他欣喜地發(fā)現(xiàn)，木偶的頭部被閃爍不 定地復(fù)制在他安置于另一間屋子的熒屏上。定地復(fù)制在他安置于另一間屋子的熒屏上。 于是，他飛快地跑出實(shí)驗(yàn)室，臨時(shí)雇了一個(gè)于是，他飛快地跑出實(shí)驗(yàn)室，臨時(shí)雇了一個(gè) 小伙計(jì)坐在他的攝像機(jī)前，重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)。小伙計(jì)坐在他的攝像機(jī)前，重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)。 這位名叫威廉這位名叫威廉.泰因頓的年輕小伙子幸運(yùn)地成泰因頓的年輕小伙子幸運(yùn)地成 為歷史上第一個(gè)出現(xiàn)在電視上的人。為歷史上第一個(gè)出現(xiàn)在電視上的人。 7 8 19

5、26年年1月，貝爾德在倫敦皇家科學(xué)研究所首次示范電視技術(shù)。月，貝爾德在倫敦皇家科學(xué)研究所首次示范電視技術(shù)。 9 v1908年，英國肯培爾、斯文頓、俄國羅申科夫提出電子掃年，英國肯培爾、斯文頓、俄國羅申科夫提出電子掃 描原理，奠定了近代電視技術(shù)的理論基礎(chǔ)。描原理，奠定了近代電視技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 v1923年，美籍俄國人茲沃爾金（年，美籍俄國人茲沃爾金（V.K.Zworykin）發(fā)明靜電）發(fā)明靜電 積貯式攝像管和電子掃描式顯像管。積貯式攝像管和電子掃描式顯像管。 10 最早的電視廣播最早的電視廣播 v 最早的電視廣播于最早的電視廣播于1929年在倫敦開播，使用了約年在倫敦開播，使用了約 翰翰洛吉洛

6、吉貝爾德建造的系統(tǒng)。畫面引起了一陣轟動(dòng)，貝爾德建造的系統(tǒng)。畫面引起了一陣轟動(dòng)， 但它們一點(diǎn)兒也不像現(xiàn)代的電視廣播。現(xiàn)代彩色但它們一點(diǎn)兒也不像現(xiàn)代的電視廣播?，F(xiàn)代彩色 電視畫面是由電視畫面是由500至至1000條以上的掃描線組合起條以上的掃描線組合起 來的。貝爾德的畫面只有來的。貝爾德的畫面只有30條掃描線，并且是黑條掃描線，并且是黑 白兩種顏色，這使得畫面非常模糊。白兩種顏色，這使得畫面非常模糊。 v 世界上最早的電視臺是世界上最早的電視臺是1936年年11月月2日在倫敦郊日在倫敦郊 外亞歷山大宮建立的大眾電視臺。我國第一座電外亞歷山大宮建立的大眾電視臺。我國第一座電 視臺是視臺是1958年年

7、5月月1日試運(yùn)行的北京電視臺，也就日試運(yùn)行的北京電視臺，也就 是現(xiàn)在的中央電視臺。是現(xiàn)在的中央電視臺。 11 1958年國營天津無線電年國營天津無線電 廠（后改為天津通信廣播公司）廠（后改為天津通信廣播公司） 研制的中國第一臺研制的中國第一臺 電視接收機(jī)電視接收機(jī)實(shí)地接收試驗(yàn)成功。實(shí)地接收試驗(yàn)成功。 12 電視技術(shù)的發(fā)展 電視技術(shù)本身： v第一代黑白電視（20世紀(jì)20年代） v第二代彩色電視（20世紀(jì)40年代） v第三代高清晰度電視（20世紀(jì)80年代） 13 信號處理技術(shù)： v第一代模擬電視 v第二代數(shù)字處理電視 v第三代數(shù)字電視 電路工藝： v第一代電子管 v第二代晶體管 v第三代大規(guī)模集成

8、電路 14 傳輸媒介： v單一的地面微波 v擴(kuò)充到電纜、衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)、無線移動(dòng) 功能覆蓋： v單一的活動(dòng)圖像廣播 v擴(kuò)充到數(shù)據(jù)廣播、視頻點(diǎn)播、收費(fèi)電視、 立體電視、多視點(diǎn)視頻等 15 電視技術(shù)的特點(diǎn)： v快速發(fā)展 v模擬、數(shù)字電視并存 v各種制式群雄并起 v各類設(shè)備爭奇斗艷 v多學(xué)科綜合的、代表性的電子信息工程技術(shù) （電子學(xué)，大規(guī)模集成電路、光學(xué)、人類視覺科學(xué) 電磁學(xué)、材料科學(xué)、衛(wèi)星技術(shù)、數(shù)字信號處理、色 彩學(xué)、） v深入日常生活，可見可感 v構(gòu)思奇巧、實(shí)現(xiàn)精到 v有助于實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)知識的貫穿和系統(tǒng)概念的建立 16 v本課程的基本要求有：本課程的基本要求有： v掌握電視學(xué)基礎(chǔ)：光度學(xué)、色度學(xué)；掌握電

9、視學(xué)基礎(chǔ)：光度學(xué)、色度學(xué)； v掌握電視傳象的基本原理及其基本視頻標(biāo)準(zhǔn)；掌握電視傳象的基本原理及其基本視頻標(biāo)準(zhǔn)； v了解電視制式的基本內(nèi)容，以及了解電視制式的基本內(nèi)容，以及NTSC、PAL、 SECAM制的根本區(qū)別，掌握制的根本區(qū)別，掌握PAL制編碼及制編碼及PALD 解碼；解碼； v掌握廣播電視系統(tǒng)的基本參數(shù)及其制定的理論掌握廣播電視系統(tǒng)的基本參數(shù)及其制定的理論 依據(jù)；依據(jù)； v了解電視中心臺結(jié)構(gòu)及其電路校正，掌握電視了解電視中心臺結(jié)構(gòu)及其電路校正，掌握電視 發(fā)射原理及其標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)射原理及其標(biāo)準(zhǔn)； v掌握掌握PALD彩色電視接收機(jī)的組成原理及其典型彩色電視接收機(jī)的組成原理及其典型 電路分析方法；

10、電路分析方法； 17 1.1 光的特性光的特性 1.2 人眼的視覺特性人眼的視覺特性 1.3 三基色原理與色度圖三基色原理與色度圖 1.4 彩色的重現(xiàn)彩色的重現(xiàn) 第一章 視覺特性與三基色原理 18 本章重點(diǎn)、難點(diǎn) v重點(diǎn)：人眼的視覺特性，三基色混色原理 v難點(diǎn)：色度圖 19 v電視：根據(jù)人眼視覺特性以一定的信號形式 實(shí)時(shí)傳送活動(dòng)景物圖像的技術(shù)。 電視攝像機(jī) （光電轉(zhuǎn)換） 景物 處理設(shè)備 傳輸信道 接收設(shè)備 電視顯示器 （電光轉(zhuǎn)換） 觀看者 20 v電視技術(shù)的精髓就是研究如何用最經(jīng)濟(jì)、最 有效的方法重現(xiàn)光像，能夠使人感到最逼真 地模擬實(shí)際景物的光像。 v為使使重現(xiàn)光像逼真地模擬實(shí)際景物的光像 必

11、須首先了解光特性，了解人對光像的感覺 特性。 21 1.1 光的特性 1.1.1電磁輻射與可見光譜 1.光的本質(zhì) 光是一種以電磁波形式存在的物質(zhì)。 2.可見光 可見光可見光 22 對于不同波長的光，人眼有不同的顏色感覺，隨著 可見光波長由長到短，呈現(xiàn)的顏色依次為： 紅-橙-黃-綠-青-藍(lán)-紫 3.單色光單色光:只含有單一波長的光； 復(fù)合光復(fù)合光:包含兩種或兩種以上波長成分的光，復(fù)合 光作用于人眼，呈現(xiàn)混合色。 例： 太陽光是一種復(fù)合光，由七種單色光組成 給人以白光的綜合感覺。 23 4、譜色光、譜色光 v太陽發(fā)出的白光中包含了所有的可見光，若把太陽輻射的一束光投射到太陽發(fā)出的白光中包含了所有的

12、可見光，若把太陽輻射的一束光投射到 棱鏡上，太陽光會經(jīng)過棱鏡分解成一組按棱鏡上，太陽光會經(jīng)過棱鏡分解成一組按 順序排列的連續(xù)光譜，被分解之后的色光，若再次經(jīng)過棱鏡，就不能再順序排列的連續(xù)光譜，被分解之后的色光，若再次經(jīng)過棱鏡，就不能再 分解了，這種單一波長的色光稱分解了，這種單一波長的色光稱譜色光譜色光 24 5 5、彩色感覺：、彩色感覺： 1.1.人眼的人眼的主觀主觀視覺效果視覺效果 2.2.物體、光源屬性的等物體、光源屬性的等客觀客觀條件條件 （光源的光譜成分以及景物反射或吸收光譜成分的光源的光譜成分以及景物反射或吸收光譜成分的 特性。）特性。） 例：太陽光下呈現(xiàn)綠色的葉子，拿到紅光下觀察

13、就例：太陽光下呈現(xiàn)綠色的葉子，拿到紅光下觀察就 變成黑色。變成黑色。 v為了真實(shí)重現(xiàn)彩色景物需要研究為了真實(shí)重現(xiàn)彩色景物需要研究光源光源。光源。光源 包括太陽光和人造光源。包括太陽光和人造光源。白光白光 25 太陽光輻射功率波譜 v人造光源類似太陽光人造光源類似太陽光 的光，但是又不盡相的光，但是又不盡相 同，怎樣描述？同，怎樣描述？ 26 1.1.色溫色溫 a.a.色溫的概念色溫的概念 （1 1） 色溫：色溫：當(dāng)當(dāng)絕對黑體絕對黑體在某一特定絕對溫度下，其在某一特定絕對溫度下，其 輻射的輻射的相對光譜功率分布相對光譜功率分布與某一光源的光譜相同時(shí)，與某一光源的光譜相同時(shí)， 則完全輻射體的這一特

14、定溫度稱為光源的色溫，單則完全輻射體的這一特定溫度稱為光源的色溫，單 位是位是（K K）； （2 2）相關(guān)色溫相關(guān)色溫：在某一特定溫度下，絕對黑體與光源在某一特定溫度下，絕對黑體與光源 有相近的光譜功率分布有相近的光譜功率分布 色溫表征光源光譜特性的參量色溫表征光源光譜特性的參量 1.1.2 1.1.2 光源光源 27 2. 2.標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)照明體和標(biāo)準(zhǔn)光源 照明體：照明體：具有特定的相對光譜功率分布的光；具有特定的相對光譜功率分布的光； 光源：光源：發(fā)光物體發(fā)光物體 為了比較和區(qū)別各種光源，為了比較和區(qū)別各種光源，CIECIE規(guī)定了規(guī)定了5 5種標(biāo)準(zhǔn)照明體以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光源：種標(biāo)

15、準(zhǔn)照明體以及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光源： 標(biāo)準(zhǔn)照明體標(biāo)準(zhǔn)照明體代表代表模擬模擬 A A色溫于色溫于2856K2856K完全輻射體的光完全輻射體的光近日出或日落時(shí)之日光近日出或日落時(shí)之日光 C C色溫約色溫約6774K6774K的平均日光的平均日光相似北方相似北方4545度仰角之日光度仰角之日光 D D55 55 色溫約色溫約5503K5503K的日光的日光印刷工藝用之標(biāo)準(zhǔn)光印刷工藝用之標(biāo)準(zhǔn)光 D D65 65 色溫約色溫約6504K6504K的日光的日光平均太陽光平均太陽光 D D75 75 色溫約色溫約7504K7504K的日光的日光相似北方天空之日光相似北方天空之日光 28 各標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率

16、分布：各標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布： 色度學(xué)中：色度學(xué)中： 等能白光等能白光E E白白光譜范圍光譜范圍 內(nèi)的所有波長的光都具有相內(nèi)的所有波長的光都具有相 同的輻射功同的輻射功 率時(shí)形成的白光，率時(shí)形成的白光， 用以簡化色度學(xué)的計(jì)算。用以簡化色度學(xué)的計(jì)算。 29 這些標(biāo)準(zhǔn)照明體是通過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光源來實(shí)現(xiàn)的：這些標(biāo)準(zhǔn)照明體是通過相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)光源來實(shí)現(xiàn)的： 標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源A A：由分布溫度為：由分布溫度為2856K2856K的透明殼充氣鎢絲的透明殼充氣鎢絲 燈來實(shí)燈來實(shí) 現(xiàn)，現(xiàn)， 標(biāo)準(zhǔn)光源標(biāo)準(zhǔn)光源C C：是分布溫度為：是分布溫度為6774K6774K的光源，由標(biāo)準(zhǔn)光的光源，由標(biāo)準(zhǔn)光 源源A A和特

17、制的濾光器組合來實(shí)現(xiàn)；和特制的濾光器組合來實(shí)現(xiàn)； 另外三種標(biāo)準(zhǔn)照明體目前還沒有相應(yīng)的規(guī)定的人工光源另外三種標(biāo)準(zhǔn)照明體目前還沒有相應(yīng)的規(guī)定的人工光源 30 1.2 人眼的視覺特性 電影、黑白及彩色電視技術(shù)，均是利用了人眼視覺的某些特性 而實(shí)現(xiàn)的，因此電視系統(tǒng)的特性應(yīng)該與人眼的視覺特性相適 應(yīng)，因此這一節(jié)我們將學(xué)習(xí)人眼的視覺特性： 1.2.1 眼睛的構(gòu)造； 1.2.2 光的度量； 1.2.3 亮度、彩色與立體視覺； 1.2.4 眼睛的視覺范圍與視亮度； 1.2.5 人眼的分辨力與空間頻率響應(yīng)； 1.2.6 視覺惰性與閃爍感覺； 31 1.2.1 眼睛的構(gòu)造 人的視網(wǎng)膜通過神經(jīng)元來感知外部世界的顏色

18、。人的視網(wǎng)膜通過神經(jīng)元來感知外部世界的顏色。 32 視網(wǎng)膜層由大量的光敏胞組成。視網(wǎng)膜層由大量的光敏胞組成。 桿體細(xì)胞：主要分布于視網(wǎng)膜的邊緣，桿體細(xì)胞：主要分布于視網(wǎng)膜的邊緣， 在較暗的情況下在較暗的情況下 ，能辨形，但不能辨色，能辨形，但不能辨色 晚上起重要作用晚上起重要作用 椎體細(xì)胞：主要分布于視網(wǎng)膜中心椎體細(xì)胞：主要分布于視網(wǎng)膜中心 在較亮的情況下，既能辨形也能辨色在較亮的情況下，既能辨形也能辨色 白天起重要作用白天起重要作用 這些光敏細(xì)胞受到光的刺激，會產(chǎn)生生物信號，這些生物信號傳輸?shù)酱竽X這些光敏細(xì)胞受到光的刺激，會產(chǎn)生生物信號，這些生物信號傳輸?shù)酱竽X 形成視覺形成視覺 視網(wǎng)膜層的作

19、用：完成視網(wǎng)膜層的作用：完成“光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換” 33 1.2.2 1.2.2 光的度量光的度量 本小節(jié)主要介紹本小節(jié)主要介紹從人眼的角度度量光從人眼的角度度量光，以及光度學(xué)的幾個(gè)基本度量單位。，以及光度學(xué)的幾個(gè)基本度量單位。 視覺效應(yīng)由可見光刺激人眼引起的：視覺效應(yīng)由可見光刺激人眼引起的： a.a.在可見光范圍內(nèi)，同一波長的光，輻射功率不同時(shí)，給人的亮度在可見光范圍內(nèi)，同一波長的光，輻射功率不同時(shí)，給人的亮度 感覺是不相同的；感覺是不相同的； b.b.輻射功率相同、波長不同的光，給人的亮度感覺也是不同輻射功率相同、波長不同的光，給人的亮度感覺也是不同 實(shí)踐證明：實(shí)踐證明：黃綠黃綠色色人眼感到

20、最人眼感到最亮（最靈敏），亮（最靈敏）， 紅紅色和色和紫紫色色人眼感到最人眼感到最暗（最遲鈍）暗（最遲鈍）。 也就是說人眼對不同波長的光有不同的敏感度。也就是說人眼對不同波長的光有不同的敏感度。 34 （1 1）光譜光視效能）光譜光視效能 產(chǎn)生相同亮度感覺情況下，各波長產(chǎn)生相同亮度感覺情況下，各波長光的輻射功率光的輻射功率為為 。 越大，人眼對該波長的光敏感程度越低，越大，人眼對該波長的光敏感程度越低， 反之，反之， 越小，人眼對該波長光的敏感程度越高，因此越小，人眼對該波長光的敏感程度越高，因此: : 光譜光視效能：光譜光視效能：K()K()= = 1 /1 /()() 用來衡量視覺對波長為

21、用來衡量視覺對波長為的光的敏感程度。的光的敏感程度。 （2 2）光譜光視效率（相對視敏度）光譜光視效率（相對視敏度） 波長為波長為555nm555nm的黃綠色光具有最大的光譜光視效能，因此的黃綠色光具有最大的光譜光視效能，因此: : 光譜光視效率光譜光視效率: : 也可用獲得相同主觀亮度感覺所需各波長光的輻射功率表示：也可用獲得相同主觀亮度感覺所需各波長光的輻射功率表示： V V V m K K K K V 555 )( VV V/555 1.1.視覺光譜光視效率視覺光譜光視效率 曲線曲線)(V 35 該曲線反映的是人眼對相同輻射功率、不同波長的光的敏感程度該曲線反映的是人眼對相同輻射功率、不

22、同波長的光的敏感程度 （也就是人眼產(chǎn)生的亮度感覺）；（也就是人眼產(chǎn)生的亮度感覺）； 對于明視覺，人眼最敏感的是波長為對于明視覺，人眼最敏感的是波長為555555的黃綠光，此時(shí)的光譜光的黃綠光，此時(shí)的光譜光 視效率為視效率為1 1；而在暗視覺條件下，人眼的主觀亮度感覺會有所變化；而在暗視覺條件下，人眼的主觀亮度感覺會有所變化； 或或 時(shí)，人眼沒有亮度感覺了。時(shí)，人眼沒有亮度感覺了。 nm760nm400 36 2.2.光度學(xué)中的幾個(gè)度量單位光度學(xué)中的幾個(gè)度量單位 發(fā)光強(qiáng)度發(fā)光強(qiáng)度：光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量：光源在指定方向的單位立體角內(nèi)發(fā)出的光通量 符號：符號：I I單位：單位：c

23、dcd 光源在給定方向上發(fā)出波長光源在給定方向上發(fā)出波長555 nm555 nm的單色輻射，且在此方的單色輻射，且在此方 向上的輻射功率為（向上的輻射功率為（1/683W/sr1/683W/sr，則稱該光源在此方向，則稱該光源在此方向 上的發(fā)光強(qiáng)度為上的發(fā)光強(qiáng)度為 1 cd1 cd。 cdcd是國際單位制的一個(gè)基本單位。是國際單位制的一個(gè)基本單位。 37 光通量光通量: :按人眼來度量的輻射功率按人眼來度量的輻射功率 符號：符號： 單位：單位：lmlm 1 1流明等于發(fā)光強(qiáng)度為流明等于發(fā)光強(qiáng)度為1 cd1 cd的點(diǎn)光源，在的點(diǎn)光源，在1 1球面度立體角內(nèi)發(fā)球面度立體角內(nèi)發(fā) 射的光通量。射的光通量。 1 lm = 1 cdsr 1 lm = 1 cdsr 波長波長555nm555nm的