第1章彩色電視基礎(chǔ)理論

第1章彩色電視基礎(chǔ)理論

1.1光的基本知識1.2電視傳像的基本概念1.3攝像與顯像1.4人眼的視覺特性與電視參數(shù)1.5小結(jié)

2/3/20231第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.1光的基本知識

1.1.1可見光與彩色三要素所謂可見光就是人眼能看見的光。它屬于一定波長范圍內(nèi)的一種電磁輻射，其光譜在電磁輻射波譜中的位置如圖1-1所示。2/3/20232第1章彩色電視基礎(chǔ)理論人眼能看到的可見光譜只集中在5×1014Hz附近很窄的一段頻率范圍內(nèi)，其波長范圍為380～780nm，頻率范圍在（3.85～7.89）×108MHz。此范圍內(nèi)的每一個波長的光作用于人眼后引起的顏色感覺不同，按波長從長到短的順序依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。2/3/20233第1章彩色電視基礎(chǔ)理論彩色三要素：亮度：反映光作用于人眼時引起的明亮程度。對同一光源來說，它隨彩色光輻射功率的增加而增大。色調(diào)：反映彩色的類別，例如紅色、藍色等不同的顏色。色調(diào)與光的波長有關(guān)，改變光的波譜成分，就會使光的色調(diào)發(fā)生變化。

色調(diào)、色飽和度合稱為色度。色飽和度：表示彩色光顏色的深淺程度。它與摻入的白光多少有關(guān)，用百分數(shù)表示。若飽和度為100%，表示該彩色光中沒有混入白光。根據(jù)彩色三要素的含義，電視系統(tǒng)把任一景物變成彩色圖像信號，并用亮度信號和色度信號傳送。

2/3/20234第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.1.2彩色光的復合與分解單色光：含有單一波長的光。復合光：含有兩種或兩種以上波長成分的光。復合光給人眼的刺激呈現(xiàn)某種混合色，它可以通過技術(shù)手段，分解成若干個單色光。例如太陽光，就是由多種不同波長成分的光復合而成的，給人眼的綜合顏色是白光。某種顏色的光，可以是單色光，也可以由幾種單色光混合而成。彩色光的混合遵循相加混色規(guī)律。2/3/20235第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.1.3三基色原理及其應(yīng)用

按照相加混色規(guī)律，自然界中大部分彩色都可由三種獨立的基色按不同的比例混合得到。所謂獨立，就是其中任何一種基色不可能由另外兩種基色混合而得。這就是三基色原理。

2/3/20236第1章彩色電視基礎(chǔ)理論彩色電視根據(jù)人眼的視覺對紅光、綠光和藍光最敏感，選擇紅色、綠色和藍色光作為三基色光。當紅、綠、藍三束光比例合適時，得到如下相加混色規(guī)律：紅光＋綠光＝黃光綠光＋藍光＝青光藍光＋紅光＝紫光紅光＋綠光＋藍光＝白光因為“紅光＋青光＝白光”，所以稱紅和青互為補色光，同樣綠和紫、藍和黃也是。相加混色規(guī)律可用圖１-２表示。2/3/20237第1章彩色電視基礎(chǔ)理論相加混色所得彩色光的亮度等于三種基色的亮度之和。

2/3/20238第1章彩色電視基礎(chǔ)理論在電視技術(shù)中，常用的相加混色的方法有兩種：

（1）時間混色法：將三種基色光按一定的順序快速地輪流投射到同一反射面上，利用視覺惰性合成不同色彩。（2）空間混色法：將三種基色光分別投射到同一表面上的相鄰三點上，由于眼睛的分辨力有限，只要點距足夠近，就能產(chǎn)生某種色彩感覺。目前使用的彩色顯像管就是利用這樣的空間混色效果。2/3/20239第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.2電視傳像的基本概念1.2.1電視系統(tǒng)的傳像原理

電視傳像的基本過程是：在播送端，由電視攝像機把景物拍攝下來，并將景物按一定的規(guī)律變換成相應(yīng)的電信號，完成光-電變換。該信號經(jīng)過適當處理后，通過無線電波或有線線路傳輸出去。在接收端，電視接收機將收到的電信號經(jīng)過相應(yīng)處理及電-光變換按對應(yīng)的規(guī)律重新顯示出圖像，逼真地反映出原景物。

2/3/202310第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202311第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.2.2電子掃描

電子掃描：指電子束按一定規(guī)律在光電靶靶面或熒光屏上運動的過程。以顯像管為例：電子槍各極加上合適的電壓后，陰極便發(fā)射出電子束，打在屏幕上形成一個亮點。要使整個屏幕發(fā)光，必須使電子束在水平方向和垂直方向運動。2/3/202312第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.逐行掃描：電子束從屏幕左上端開始，按照從左到右，從上到下的順序以均勻速度一行接一行的掃描，其形成的光柵如圖１-5所示。（1）行掃描：電子束在水平方向的掃描過程。行正程掃描：從左到右的掃描

，所需的時間用ＴＨt表示。（其中Ｔ表示周期，Ｈ表示行，t表示正程）。行逆程掃描：從右到左的掃描

，所需的時間用ＴＨr表示（r表示逆程）。行周期：ＴＨ＝ＴＨt＋ＴＨr。

2/3/202313第1章彩色電視基礎(chǔ)理論（2）幀掃描：電子束的垂直運動。幀正程掃描：從上到下的掃描

。幀逆程掃描：從下到上的掃描

。幀周期：ＴF＝ＴFt+ＴFr。電視系統(tǒng)在逆程時不傳送圖像信號，采用消隱脈沖截止掃描電子束，規(guī)定：行逆程系數(shù)α＝ＴＨr／ＴＨ＝１８％，幀逆程系數(shù)β＝ＴFr／ＴF＝８％。實現(xiàn)逐行掃描的條件：ＴF＝ＺＴＨ，或Ｚ＝ＴF／ＴＨ＝fH/fF。（Ｚ：每幀的掃描行數(shù)）2/3/202314第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202315第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2.隔行掃描：把一幅圖像分成兩場進行掃描，如圖1-6所示。在隔行掃描中，每秒鐘幀頻為23Hz，ＴＦ＝2ＴＶ，fF=1/ＴＦ=1/2fV。隔行掃描的關(guān)鍵：要使兩場光柵均勻鑲嵌。為此選取一幅圖像總掃描行數(shù)為奇數(shù)，每場均有一個半行。并設(shè)計第一場結(jié)束于最后一行的一半，然后電子束返回到屏幕上方的中間，開始第二場掃描。第二場的第一行也是半行，最后一行是整數(shù)行結(jié)束，光柵如圖1-7所示。2/3/202316第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202317第1章彩色電視基礎(chǔ)理論隔行掃描應(yīng)滿足：ＴＦ＝ZＴＨ，fH＝ＺfF=ZfV/2（Ｚ為一幅圖像總的行數(shù)）fH/fV=Z/2=(2n+1)/2=n+1/2n=1,2,3隔行掃描的缺點：（1）每一行的亮度重復頻率降低一半，等于幀頻２５Ｈz，低于臨界閃爍頻率，所以當觀看掃描線時，會產(chǎn)生向上爬行感，稱為行間閃爍。（2）容易出現(xiàn)并行現(xiàn)象。（3）易出現(xiàn)垂直邊沿鋸齒化現(xiàn)象。

電視系統(tǒng)采用２∶１隔行掃描，而不采用隔多行掃描。2/3/202318第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.3攝像與顯像

1.3.1攝像

電視攝像就是將景物的像轉(zhuǎn)換成電信號的過程。目前彩色電視攝像機根據(jù)其攝像器件的不同主要有如下兩類：１.氧化鉛光導攝像管（簡稱PbO管）攝像機具有內(nèi)光電效應(yīng)的氧化鉛（PbO）攝像管內(nèi)部由電子槍和光電靶兩大部分組成，外部有偏轉(zhuǎn)線圈、聚焦線圈和校正線圈，如圖１-8所示。2/3/202319第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202320第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2.CCD攝像機CCD為“ChargeCoupledDevice”——電荷耦合器件，是常見的固體攝像元件之一，它具有同一元件兼有光電轉(zhuǎn)換與掃描的雙重特性。廣播電視采用的三片式CCD攝像機（也稱3CCD攝像機）的方框圖如圖1-11所示。CCD攝像器件的優(yōu)點：自掃描功能、、低電壓操作器件、靈敏度高、動態(tài)分解力高、無滯后、抗灼傷、低功耗、體積小、重量輕、抗沖擊，被廣泛應(yīng)用在圖像攝像領(lǐng)域。

2/3/202321第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202322第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.3.2顯像

電視顯像就是將電信號轉(zhuǎn)換成光圖像的過程。電→光轉(zhuǎn)換由顯像管完成。1.電視顯像管的結(jié)構(gòu)顯像管由內(nèi)部真空的玻璃殼體構(gòu)成。其管體可分為管頸、錐體和熒光屏三部分。如圖1-13所示。2/3/202323第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202324第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2.自會聚彩色顯像管

自會聚顯像管與偏轉(zhuǎn)線圈精密配套，能實現(xiàn)自動會聚，使電視機裝配過程中幾乎不需作會聚調(diào)整，使用簡單方便。彩色電視大都使用自會聚彩色顯像管。彩色顯像管有三條電子束和三個獨立的陰極，其結(jié)構(gòu)如圖1-16所示。2/3/202325第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202326第1章彩色電視基礎(chǔ)理論自會聚顯像管的主要特點：（1）精密一字形一體化結(jié)構(gòu)電子槍

一字形：是指電子槍R、G、B三個陰極在水平方向按一字形排列，彼此間距很小。一體化：是指電子槍除三個陰極是彼此獨立外，其他各極都采用公共的結(jié)構(gòu)，但在每個電極中相應(yīng)地開三個水平方向的小孔，以便讓三注電子束通過，如圖1-17所示。

（2）槽形蔭罩板和條狀熒光屏蔭罩板采用開長方形小槽、品字形錯開排列的結(jié)構(gòu)，如圖1-18a所示。熒光屏上的三基色熒光粉也相應(yīng)排列成小粉條狀。蔭罩板的開槽數(shù)與熒光粉條組數(shù)應(yīng)一致，如圖1-18b。2/3/202327第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202328第1章彩色電視基礎(chǔ)理論（3）動會聚自校型偏轉(zhuǎn)線使三條電子束同時穿過同一個蔭罩孔打在同一組熒光粉點（條）時稱之為“會聚”，否則稱為“失會聚”。若三條電子束在偏轉(zhuǎn)磁場的作用下，能在蔭罩板各槽孔處聚焦，稱為“動會聚”。自會聚管采用特殊精密設(shè)計偏轉(zhuǎn)線圈，能產(chǎn)生出使三條電子束動會聚所需的非均勻偏轉(zhuǎn)磁場，保證三電子束在熒光屏動會聚區(qū)上自動會聚。（4）快速啟動式陰極采用改進的陰極材料，使啟動加快，一般開機5s內(nèi)即能出現(xiàn)圖像。無需預(yù)熱電路。2/3/202329第1章彩色電視基礎(chǔ)理論（5）色純與靜會聚調(diào)整色純：指彩色顯像管顯示單色光柵的純凈程度。要獲得良好的色純度，必須使紅、綠、藍電子束通過蔭罩板后分別打在各自相應(yīng)的熒光粉點（條）上。顯像管制造工藝的誤差和外界磁場的影響是造成色純不良的主要原因。為了校正這種誤差，在自會聚管管頸上套有一對雙突耳雙極性磁環(huán)，改變兩片磁環(huán)的相對位置，可得到強度和方向不同的合成磁場，使三條電子束同等位移，如圖1-19所示。2/3/202330第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202331第1章彩色電視基礎(chǔ)理論靜會聚：指三條電子束在無掃描運動時的會聚。由于電子槍在管內(nèi)安裝有偏差，會使三條電子束在熒光屏中心區(qū)域的會聚發(fā)生偏差，稱為靜會聚誤差。靜會聚調(diào)整可利用兩對裝在管頸上的環(huán)形永久磁鐵進行：一對四極磁環(huán)，一對六極磁環(huán)（見圖1-16）。調(diào)整四極磁環(huán)，可使兩邊束在蔭罩板槽孔會聚在一起，再調(diào)整六極磁環(huán)可將會聚好的兩邊束與中束在蔭罩板槽孔處對稱會聚一起，然后通過槽孔各自轟擊到同一組的熒光粉點上。2/3/202332第1章彩色電視基礎(chǔ)理論

（6）白平衡調(diào)整白平衡：使彩色電視機在不同亮度的情況下，顯示的黑白圖像只能呈現(xiàn)不同灰度等級的黑白色，而不呈現(xiàn)任何色彩。白平衡的調(diào)整分為暗平衡和亮平衡調(diào)整兩個步驟。暗平衡（暗白平衡）：在低亮度（即工作于調(diào)制特性的低端）條件下，調(diào)整白平衡。主要是調(diào)節(jié)各個陰極與柵極之間的柵偏壓，使它們分別等于其截止電壓。亮平衡（亮白平衡）：在高亮度（調(diào)制特性曲線高端）條件下，調(diào)整白平衡。其原理是利用調(diào)整三基色信號幅度的差異來補償調(diào)制特性曲線差異和熒光粉發(fā)光效率差異。2/3/202333第1章彩色電視基礎(chǔ)理論（7）自動消磁原理（8）光柵枕形校正原理（9）彩色顯像管引腳排列種類目前彩色顯像管引腳排列種類有多種。它們之間的主要區(qū)別是排列順序不同；空腳位置不同；燈絲引腳位置不同；調(diào)制極引腳數(shù)不同；管腳間距不同等。2/3/202334第1章彩色電視基礎(chǔ)理論（10）顯像管衰老和失效的判斷顯像管衰老和失效的故障現(xiàn)象：開機一段時間內(nèi)亮度較暗，圖像變淡；若開大亮度，則聚焦變壞，經(jīng)過一段時間后有所好轉(zhuǎn)。如果彩色顯像管是其中一個陰極或兩個陰極衰老時，則會造成偏色，失去白平衡。如紅槍衰老則偏青；藍槍衰老則偏黃；綠槍衰老則偏紫。但過一段時間后就逐漸變正常。

判斷顯像管衰老和失效的方法：測量其陰極、柵極之間的發(fā)射電阻。

2/3/202335第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.4人眼的視覺特性與電視參數(shù)1.4.1視力范圍與電視機屏幕

由于人眼的視覺最清楚的范圍是水平方向夾角２０°，垂直方向夾角１５°的矩形內(nèi)，因此電視屏幕一般設(shè)計成矩形，寬高比或幅型比為４∶３。目前為配合高清晰度要求，大屏幕彩電的屏幕的寬高比一般為１６∶９。電視機尺寸大小常用對角線長度表示，單位為cm或in(英寸)。2/3/202336第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.4.2主觀清晰度與圖像掃描行數(shù)

電視圖像的清晰度與電視系統(tǒng)傳送圖像細節(jié)的能力有關(guān)，這種能力稱為電視系統(tǒng)的分解力。通常用掃描行數(shù)來表征電視系統(tǒng)的分解力。一般來說，掃描行數(shù)越多，分解成的圖像像素越多，圖像清晰度越高。實際中總是從經(jīng)濟指標和技術(shù)指標綜合考慮選擇掃描行數(shù)，一般在500～650行之間為宜。我國選用625行。隨著電視技術(shù)的發(fā)展，在高清晰度電視中，掃描行數(shù)已增加到1000行以上。2/3/202337第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.4.3亮度感覺與電視圖像的亮度、對比度和灰度

亮度：人眼對光明亮程度的感覺。對比度：客觀景物的最大亮度與最小亮度之比。人眼在觀察自然景物時所能感覺的亮度范圍與所處環(huán)境的平均亮度有關(guān)。因此，電視屏幕上重現(xiàn)出來的景物圖像只要對比度相等，就能給人以真實的亮度感覺。黑白圖像從黑色（最暗）到白色（最亮）之間的過渡色統(tǒng)稱為灰色，灰色所劃分的能加以區(qū)分的亮度層次數(shù)，稱為灰度?；叶燃墑e越高，即亮度層次越多，圖像就越清晰、逼真。電視用的標準彩條信號發(fā)生器發(fā)出的彩條信號具有8級灰度。2/3/202338第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.4.4視覺惰性與圖像場頻

當某一強度的光突然照射到人眼時，要經(jīng)過一短暫過程后才會形成穩(wěn)定的亮度感覺。當光突然消失時，亮度感覺并不立即消失，也需經(jīng)過一段時間的過渡過程。人眼的這一規(guī)律成為視覺惰性或視覺暫留。對于在中等亮度的光刺激下，視力正常的人眼視覺暫留時間約為0.1s。電視中利用人眼的視覺惰性和熒光粉的余輝作用以及電子束高速反復運動，使屏幕上原本不連續(xù)的光亮，產(chǎn)生整個屏幕同時發(fā)光的效果。2/3/202339第1章彩色電視基礎(chǔ)理論臨界閃爍頻率：不引起閃爍感覺的最低重復頻率。對電視屏幕來講，人眼的臨界閃爍頻率約為46Hz。要使電視屏幕上顯示的圖像具有連續(xù)感，必須使電視屏幕至少每秒中亮46次。采用隔行掃描時，我國規(guī)定電視屏幕每秒鐘亮50次（場），因此場頻為50Hz。2/3/202340第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.4.5人眼的彩色視覺

人眼視網(wǎng)膜上的光敏細胞有兩種：桿狀細胞和錐狀細胞。桿狀細胞：感光靈敏度大，但不能感色。錐狀細胞：要在正常光照的作用下才能引起視覺，并且產(chǎn)生色感。錐狀細胞有三種類型，分別對紅、綠、藍敏感。不同顏色的光對三種錐狀細胞的刺激量是不同的，從而使人眼能分辨出不同的顏色。人眼對彩色細節(jié)的分辨力要比黑白細節(jié)的分辨力低。2/3/202341第1章彩色電視基礎(chǔ)理論2/3/202342第1章彩色電視基礎(chǔ)理論1.5小結(jié)光是一種以電磁波形式存在的物質(zhì)，可見光的波長范圍是380～780nm，在此范圍里按波長從長到短變化，分別呈現(xiàn)紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色。任一束彩色光都可用彩色三要素表示：亮度、色調(diào)和色飽和度。亮度表示人眼感覺到的彩色光的明暗程度；色調(diào)表示彩色光顏色的類別；色飽和度表示彩色光顏色的深淺。某種顏色的光，可以是單色光，也可以是復合光。由單一波長組成的光稱為單色光；由兩個以上波長的光混合而成的光稱為復合光。2/3/202343第1