1、第一章：视觉特性和三基色原理目的和要求：掌握光的特性和三基色原理。第一节 光的特性一、光的特性：1、光是一种物质，它本身具有能量。如：太阳下面用一个凸透镜，在它的焦点上放一块易燃物，如纸就能很快燃烧。2、同时它又和无线电波一样也是一种电磁波，只是波长更短，电磁波范围很广，可见光只是其中的一部分，见书图1-1。人的可见光范围在380nm（纳米）780nm（纳米）之间，波长由长到短分别呈现：红橙黄绿青兰紫。其中只包含单一波长的光称为单色光，包含两种或更多波长的光称为复合光。一定成分的复合光有一种确定的颜色与之对应，但是一种颜色的感觉并不只对应一种光谱组合，另外，由完全不同的光混合后，也能使人产生与
2、某一波长对应的相色感。书上就举了一个例子：在第一页用540nm的绿光与700nm的红光按一定的比例混合后同时作用于人眼，可以得到波长为580nm的黄色光感。此时人眼已分不清是单色黄光，还是由红、绿两色光混合的黄光了。著名的三棱镜折射实验可以证明白色的太阳光实际上是由红橙黄绿青兰紫在人眼形成的混合色：二、光源 能自然发光的物体称为光源，太阳就是最大的最常见的光源。自然界不同的景物，在太阳的照射下由于物体本身的属性，反射或透射了可见光谱中的某一些成分而吸收其余部分，从而引起人眼不同的色彩感觉。某一景物的色彩，是该景物在特定光源照射下所反或透射的一定可见光谱成分作用欲人眼引起的视觉效果。换句话说，物
3、体反射或透射什么光，就给人以什么色的感觉。彩色的感觉既决定于人眼对可见光谱中的不同成分有不同视觉效果功能，又决定于光源所含的光谱成分及景物反射或透射和吸收其中某些成分的特性。同一物体在不同的光源照射下呈现的色彩也有所不同。见书P2页下面我们来说说色源：能够被人们感知的色源有二大类：一类是不发光的物体，它反射或透射光源中不同的成分而吸收其余成分呈现一定的颜色。另一类是本身发光的物体，它辐射的光谱成分引起人眼的色彩感觉。第二节 人眼视觉惰性一、视觉效应是由可见光刺激人眼引起的，如果可见光的辐射功率相同而波长不同，不仅色感不同，而且亮度感觉也不同。即要引起相同的亮度感觉，则不同波长的可见光辐射功率是
4、不同的，这就是视敏度的概念。这只是一个统计灵敏度，也就是说调查许多人而得出的平均灵敏度。经测试在相同的辐射能量的作用下，人眼对波长为555nm的黄绿光感觉最亮，随着波长在555nm处增大或减小，人的亮度感降低。见书上图1-3（相对视敏度曲线）如果纵坐标用辐射功率做单位，在相同亮度的前提下其图表如下：p入书上总结了三条特性：1、在辐射能量相同，波长不同的可见光谱范围内，人眼对不同波长的光所得到的亮度感觉是不同的；2、人眼对波长为555nm的绿光感觉到的亮度最大，即黄绿光最亮，红光最暗蓝紫次之；3、在可见光谱范围之外，人眼的响应为零，既使辐射能量再大的光，人眼也是看不见的。顺便提一句：视敏度在不同
5、光照条件下表现也不尽相同，白天正常光照条件，人眼既能产生明暗感觉，又能产生色彩感，而在夜晚或微弱光线下，人眼将分辨不出彩色，而只有明暗的感觉。这就是夜晚看到暗处景物都是灰色的原因。二、视觉的惰性见书P4第三节 三基色原理一、在色度学中，为了确切表示某一彩色光，采用亮度； 色彩；和饱和度三个基本参量，彩色视觉是人眼对 这三个参量的总体感觉。 1、 亮度： 指人眼感觉到彩色物体的明亮程度。显然亮度与 光照强弱和物体的反光率有关。彩色光辐射功率越大则 亮度越大，反之越小 （ 这是对于光源而言的）而不 发光物体的亮度则取决于物体的反射或透射系数和照 明光源的亮度。黑白图象的内容体现在亮的差别上。2、色
6、调 ：指物体颜色的种类。通常说的红绿蓝等七种 颜色就是色调。所以彩色物体的色调决定于它的辐 射光谱的组成，非发光物体的色调决定于光源的光 谱组成与它反射或透射的光谱分量。 3、饱和度 饱和度是指彩色光所呈现的深浅程度或者说 浓淡程度。对于同一色调的彩色光，彩色越浓越纯， 其饱和度越高，颜色也就越深，饱和度越低颜色就越 浅。可见光中各种单色光都是饱和的彩色。也可以 说饱和度表示某一彩色光掺进白光多少的程度。 上述三个物理量在彩色电视中经常用到，色调与色饱和度又常称为色度，它既说明彩色类别又说明颜色的深浅程度。应当强调指出，虽然不同波长的单色光会引起不同的彩色感觉，但相同的彩色感觉却可以来源于不同
7、的光谱成分组合。例如：适当比例的红光和绿光可以产生与黄光相同的彩色感觉。事实上自然界所有的彩色都能由三种基本彩色光混合配出，这是对彩电有重要意义的三基色原理。 二、三基色原理 前面我们已经讲过，某一单色相同彩色感觉可由具有不同光谱分布的色光组合而成。人眼只能体会彩色感觉，而不能分辨光谱成分，如果适当选择三种基色，将它们按不同的比例进行合成，就可以引起各种不同的彩色感觉，并且有： 1、合成彩色的亮度为三 基色之和 2、混合色的色调和饱和度由三 基色的混合比例决定。 3、三基色必须相互独立的，即其中任一种基色都不 能由其他两种基色混合得到 4、自然界中所能观察到的各种彩色几乎都能由它们 相混合而配
8、出。 三基色的选择原则上是任意的，可以采取不同的色组。但是在彩色电视机中比较适当的还是红绿蓝三3种基色，三基色原理对彩色电视机极为重要，它把成千上万的彩色简化为三个信号。彩色电视机所采用的是将三种基色按不同比例想加而获得不同的彩色，此法称为相加混色法。下面是三基色的混合图： R + G = YR + B = PG + B = CR + G + B = W 二种颜色相加混合得到的白色称为互补色，可以看出：红-青、绿-紫、蓝-黄为互补色，大家看书上的实验P6 三基色原理为彩电奠定了基础，极大的简化了用电信号来转送彩色的技术问题，也就是说：只要转送三色信号，就能实现转送千万种彩色的目的。三、计色三角
9、形 见书P7 第二章电视传像基本原理第一节、电视系统组成原理 一、图像顺序传递原理 （一）图像的表示法 自然界景物的色彩要用三个基本参量表示，即亮度（L），色调（H）和饱和度（S）。此外 景物的形状可用空间坐标XYZ表示。如果是活动景物那么他们的外形和彩色都是时间T的函数，那么就有对于某一点).().().(tzyxfStzyxfHtzyxfLSHL在我国的电视标准中一幅画面大约包含40-50万个像素每个像素都要用以上函数来描述，从技术上来说即使传送黑白(L)平面图像也有很大困难于是人们根据人眼视觉特性，采用时间与空间分割传送方式，也能使重现景物与真实的景物有等效的视觉效果。 （二）图像的顺序
10、传送任何一幅图像都是由许多密集的小光点组成、构成图像的细小单元称为像素，打印机、传真机的文字图片正是这样形成的，显然一幅图像的像素越多，图像就越清晰。小屏幕电视看上去要比大屏幕电视图像细一点，这是因为组成图像的像素一样多，屏幕大了像素颗粒就显得大了。 电影比电视要清晰一些这是因为一张35mm电影胶片要比一幅电视画面多一倍的像素构成。（约百万） 如果把一幅图像所有的像素信息，同时用各自的信号通道传送出去，到了接收端又同时变换成光，那么理论上发送端的景物就能在屏幕上重现，但实际上是做不到的，一幅图像分解成40多万个像素，就要40多万条信道，这在技术上难以实现，同时无线电频率是一种有限的资源这种方式
11、太浪费无线电资源。（同时制） 在现行电视系统中是把被传送的图像按时顺序，逐一地变成相应的电信号，并依次经同一个通道传送，在接收端按相同的顺序，将各个电信号在相应位置上变成光信号，只这种顺序传送进行的足够快那么由于人眼的视觉惰性和发光材料的余辉特性（解释余辉），就会使人们感到整幅图像同时显现，而没有顺序感，这种传送称为顺序传送。 这种顺序传送必须迅速而准确，每一个像素一定要在轮到它的时候才发送，而接收端把接收的这一个像素要还原到与发送端对应位置。这样才能真实还原图像。这种方式称为收，发同步工作。或简称同步。 如果这样的要求不能满足，即收端画面的每行每幅画面的像素相对于发端画面发生错位而不同步则重
12、视画面将发生畸变，乃至什么也分辨不出来，可见同步是电视系统中一个非常重要的特殊问题。由图可见，假设发送端为由许多个光电管组成的光电板，接收端为由许多个灯泡组成的显示板，两端由一个信号通道连接，构成电视传送系统。如传送“中”字像，电子笔S从图像左上角开始依次扫划光电板，分解像素的同时完成光-电转换，依次将各像素的电信号通过一个通道传给电子笔S，S以同样的顺序依次扫划显示板，复合像素的同时完成电-光转换，重现出图像。发送端和接收端的电子笔S、S必须同步工作，即两电子笔S和S的扫划位置一一对应，扫划速度一致，才能使重现图像准确无误。当然，电子笔的转换速度应足够快，利用人眼的视觉惰性就能看到一幅完整的
13、图像。（三）扫描电视技术中，所谓扫描是指电子束以周期性规律顺序扫射（摄像管或显像管）屏幕的过程，扫描方式有逐行扫描和隔行扫描。 1、逐行扫描：电子束从左至右从上而下在荧光屏上作匀速直线扫描一行跟一行的依次扫描称为逐行扫描，电子束顺序扫描屏幕所形成的轴迹称为光栅，电子束在水平方向上的扫描称行描在垂直方向的扫描称为场扫描。行扫描见本书P14图2-4按书解释P15场扫描，电子束在垂直方向的扫描，见书P15直到最后。隔行扫描见书逐行扫描光栅二、光和电的转换 p11图像信号的产生，见图。当图像通过镜头成像于光电靶时对应于像素亮点，光电导层的电导率高等效电阻小电子束扫射到“亮点”时，它在回路中形成的电流大
14、，电阻R的压降较大，输出电压较小，反之对应于图像的暗点，光电导电层相应的等效电阻大，电子束扫射到暗点时，它在回路形成的电流小，负载电阻R上的压降较小输出电压较大，显摄像管输出的图像信号电压的高低与图像的亮点暗成反比，称为负极性电视信号。若图像信号电压的高低与图像的亮暗成正比，称为正极性电视信号，综上所述，摄像管将图像各点的亮暗信息转换为电信号，完成了光电转换，由于扫描作用也完成了空间时间的转换。 （一）显像 显像管是接收端完成电光转换的重要器件。显像管结构示意图。显像管是由电子枪和荧光屏构成的，显像管的玻璃外壳前端是荧光屏，荧光屏玻璃内壁涂有一层荧光粉，荧光粉受电子束轰击时有发光，电子枪由各个
15、金属电极构成，各个电极加上合适电压时，电子枪阴极受灯丝加热会发出电子，在聚焦极的作用下聚合成束轰击荧光屏，电子束在外套偏转线图作用下扫描荧光屏，这种扫描规律与摄像管中电子束的扫描规律同步。荧光屏上涂有一层荧光粉在电子轰击下发光，其强度则正比于电子束所携带的能量。三、彩色图像的摄取与重现 1、 彩色图像的摄取，见书P13图2-22、彩色图像的重现，翻到18页 第三节电视同步原理 一、图像信号 二、复合消隐信号 三、复合同步信号第四节、电视图像的基本参量 一 、图像的几何特征二、 图像连续性与场频的确定三 、扫描行数及有关参数确定第五节电视信号的发送 一、图像信号的调幅二、伴音信号的调频三、电视发
16、射机 第三章彩色电视传输原理 第一节、概述 P38 第二节、NTSC制BGRY11. 059. 030. 0这是一个非常重要的公式，称为亮度公式，式中R、G、B是显像管三基色的色系数，它们表示了三种荧光粉基色的发光强弱，其值取决于荧光粉受电子束激发程度。式中数值0.30、0.59、0.11分别为红色、绿色，兰色显像基色的亮度系。亮度系数的含意是这样的，当式中：R=G=B=1时则Y=1这就是说在一个单位的光通量中，各显像基色所发出的光通量的比例，即各自的亮度系数。 R、G、B三个信号按上式比例混合出Y信号来，这正是黑白电视机所需要的，为了实现兼容，广播彩色电视信号时对必须包括Y倍，而彩色电视在显
17、示彩色时需要R、G、B三个电信号，是否有必要同时传送Y、R、G、B四个信号呢？实践证明是没必要的，从上式中可知，只要有四个信号中任意三个，就能求出第四个来可见只需要传送三个信号就能满足。实际上的彩色电视广播传送的是以上说的Y信号还有R-Y和B-YBGRBGRBYBBGRBGDRRYR89. 059. 030. 0)11. 059. 030. 0 (11. 059. 07 . 0)11. 059. 03 . 0 (选用Y，R-Y，B-Y的原因如下（见书39） （1）如果选用YRGB当接收黑白图象时，RGB则是多余的，而且会对亮度产生干扰。（2）从方程可知G信号在Y信号所占比例较大，从而G-Y比R
18、-Y和B-Y信号小因此G-Y的抗干扰性能要差。（3）选用R-Y和B-Y的原因是R=B=G=1，R-Y和B-Y为零只有亮度信号。（4）G-Y信号在接收端利用色差矩阵电路变换得到见书P40由于R-Y，B-Y前面的系数小于1所以利用简单的电阻衰减器即可，共选用G-Y作为传输信号之，我们从，)(11. 059. 0)(11. 030. 0)(30. 011. 0)(30. 059. 0YGYRYByBYGYR由于G-Y前面系数大于1，要求电路提供增益，增加了复杂性，也增加了噪声。书P40 （5）二、I、Q信号在实际上应用NTSC制的美、日、加等国家，不是采用R-Y和B-Y两个色差信号，而是采用Q、I两
19、个色差信号。主要原因是这些国家的黑白电视系统所用的视频带宽较窄为4.25MHZ，如果直接用双边带来传送色差信号P-Y和B-Y，则占用1.52=3MHZ的带宽。这样亮度信号和色度信号的频带重迭过宽相互干扰就大，所要进一步压缩色差信号的带宽。对视觉特性进一步研究表明，视力对红黄之间的彩色及其补色有最大的分辨力，对兰紫之间的彩色及其补色分辩力最弱在矢量图中，这二种彩色分别处在同V轴成33角的Q轴上，我们把这二个色差信号称为I信号和Q信号，上述国家的NTSC中就采用这两个信号作为传输信号，由于视力对I轴上的彩色分辨力最高，用1.5MHZ的带宽来传送，对Q轴上的彩色分辨力最弱，可用0.5MHZ的带宽信号传送，于是NTSC制彩色电视信号中包含以下三部分信号，色度信号Q分量带宽为0.5MHZ色度信号I分量，带宽为1.5NHZ亮度信号Y带宽为4.25MHZ。 R-Y和B-Y两个色差信号同I和Q两个色差信号之间的关系可从矢量图中确定。 代入将839.033cos,545.033sin)(493.0)(877.033cos33sin33sin33cosYBuYRVuVQuVI
