《顯示技術(shù)》課件第2章

第2章顯示技術(shù)基礎(chǔ)2.1光度學(xué)基礎(chǔ)2.2人眼視覺(jué)特性2.3色度學(xué)基礎(chǔ)2.4圖像的分解、傳送和合成2.5圖像顯示的基本參量2.6視頻信號(hào)習(xí)題2

2.1光度學(xué)基礎(chǔ)

2.1.1光的性質(zhì)

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)到短的順序排列，依次是無(wú)線電波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和宇宙射線等。圖2-1是電磁波按波長(zhǎng)的順序排列的電磁波譜，其中波長(zhǎng)為380~780nm（納米）的電磁波才能被人感知，并給人以白光的綜合感覺(jué)。

1.電磁輻射波譜

由圖2-1可以看出，不同波長(zhǎng)的光所呈現(xiàn)的顏色各不相同，隨著波長(zhǎng)的縮短，呈現(xiàn)的顏色依次為：紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。只含單一波長(zhǎng)成分的光稱為單色光；包含兩種或兩種以上波長(zhǎng)成分的光稱為復(fù)合光。復(fù)合光對(duì)人眼的刺激呈現(xiàn)為混合色，太陽(yáng)光就是一種復(fù)合光。圖2-1電磁輻射波譜

2.可見光的色散

復(fù)合光分解為單色光的現(xiàn)象叫光的色散。中國(guó)古代對(duì)光的色散現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)最早起源于對(duì)自然色散現(xiàn)象——虹的認(rèn)識(shí)。虹是太陽(yáng)光沿著一定角度射入空氣中的水滴所引起的比較復(fù)雜的由折射和反射形成的一種色散現(xiàn)象。光的色散可以用三棱鏡、光柵干涉儀等來(lái)實(shí)現(xiàn)。牛頓在1666年最先利用三棱鏡觀察到光的色散，把白光分解為彩色光帶(光譜)，如圖2-2所示。圖2-2白光經(jīng)過(guò)三棱鏡后的色散現(xiàn)象通常，在顯示技術(shù)中，顯示設(shè)備只能利用電磁輻射波譜的可見光波譜部分，而在其他科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，電磁輻射波譜的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展。例如，紅外線可用于夜間偵察、宇航開發(fā)、激光研究、家電遙控等方面；紫外線可用于生物研究、醫(yī)學(xué)消毒、醫(yī)療診斷、工業(yè)探傷等方面。這些應(yīng)用所涉及的波譜范圍可寬達(dá)10~20000nm。

3.物體的顏色

物體分為發(fā)光體和不發(fā)光體。發(fā)光體的顏色由它本身發(fā)出的光譜所確定，如白熾燈發(fā)黃光，熒光燈發(fā)白光，各自有其特定的光譜色。

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)。自然界中的景物，在太陽(yáng)光照射下，由于反射（或透射）了可見光譜中的相同成分而吸收其余部分，從而引起人眼的不同彩色感覺(jué)。一般來(lái)說(shuō)，某一物體的彩色是該物體在特定光源照射下所反射（或透射）的一定的可見光譜成分作用于人眼而引起的視覺(jué)效果。例如，紅旗反射太陽(yáng)光中的紅色光、吸收其他顏色的光而呈紅色；綠葉反射綠色的光、吸收其他顏色的光而呈綠色；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。綠樹葉拿到暗室的紅光源下觀察則成了黑色，這是因?yàn)榧t光源中沒(méi)有綠光成分，樹葉吸收了全部紅光而呈黑色。另外，彩色感覺(jué)既取決于人眼對(duì)可見光譜中的不同成分有不同視覺(jué)效果的功能，同時(shí)又取決于光源所含有的光譜成分以及物體反射（或透射）和吸收其中某些成分的特性。所以，同一物體在不同光源照射下人眼感覺(jué)到的顏色也有所不同。

4.標(biāo)準(zhǔn)白光源

標(biāo)準(zhǔn)光源是指模擬各種環(huán)境光線下的人造光源，它能讓生產(chǎn)工廠或?qū)嶒?yàn)室等非現(xiàn)場(chǎng)也獲得與特定環(huán)境下的光源基本一致的照明效果。國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）于1931年推薦了A、B、C和E四種標(biāo)準(zhǔn)光源。以下是幾種常見的標(biāo)準(zhǔn)白光源的特點(diǎn)：

A光源(色溫2854K)為鎢絲燈額定光譜，其光色偏黃；B光源(色溫4874K)近似為中午太陽(yáng)光的光譜；C光源(色溫6774K)相當(dāng)于白天多云天氣的自然光；E光源(色溫5500K)是色度學(xué)中采用的一種假想的等能白光（E白），就是當(dāng)可見光譜范圍內(nèi)的所有波長(zhǎng)的光都具有相等輻射功率時(shí)所形成的一種白光。E光源無(wú)法直接產(chǎn)生，實(shí)際上也并不存在，采用它純粹是為了簡(jiǎn)化色度學(xué)中的計(jì)算。

5.絕對(duì)黑體與色溫

在顯示系統(tǒng)中，通常用標(biāo)準(zhǔn)白光源作為照明光源。為了便于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)白光源進(jìn)行比較和計(jì)算，可用絕對(duì)黑體的輻射溫度（開氏度、K）——色溫來(lái)表示標(biāo)準(zhǔn)光源的光譜分布和色度特性。這種方法非常符合工程技術(shù)的要求，是一種既簡(jiǎn)單又準(zhǔn)確的方法。絕對(duì)黑體也稱全輻射體，是指既不反射，也不透射，而完全吸收入射輻射的物體。它對(duì)所有波長(zhǎng)輻射光的吸收系數(shù)均為100%，反射系數(shù)均為零。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，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，在其上面開一個(gè)小孔，進(jìn)入小孔的光輻射經(jīng)內(nèi)壁多次反射、吸收，已經(jīng)不能再逸出外面，這個(gè)小孔的內(nèi)部球體就相當(dāng)于絕對(duì)黑體。色溫（ColorTemperature）是表示光源光色的一種尺度，單位為K（開爾文）。色溫在攝影、圖像顯示、出版等領(lǐng)域有著極其重要的應(yīng)用。光源的色溫是這樣定義的：如果一種光源的光譜分布與絕對(duì)黑體在某一溫度下的光譜分布相同或者相近，并且二者的色度相同，那么絕對(duì)黑體的溫度（K）就稱為該光源的色溫。例如，A光源的色溫是2854K，就是說(shuō)它的光譜分布與絕對(duì)黑體加熱到2854K時(shí)的輻射光譜分布相近，而且二者的色度相同。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。如有的品牌CRT顯示器的色溫高達(dá)11000K，給人以偏藍(lán)色的感覺(jué)。色溫與光源的實(shí)際溫度無(wú)關(guān)。下面是有關(guān)色溫的兩個(gè)例子：例1一個(gè)鎢絲燈泡在額定功率下所發(fā)出的白光，與溫度保持為2854K的絕對(duì)黑體所輻射的白光完全相同，于是就稱該（燈泡的）白光的色溫為2854K。

例2某CRT顯示屏表面的實(shí)際溫度為300K（室溫）左右，而其顯示的白光色溫則為6504K。

值得強(qiáng)調(diào)的是色溫并非光源本身的實(shí)際溫度，而是用來(lái)表征其光譜特性的參量。2.1.2光的度量

1．光譜光效率曲線

在明視覺(jué)條件下，人眼對(duì)380~780nm可見光譜范圍內(nèi)的不同波長(zhǎng)的輻射，即各種色光具有不同的感受性。對(duì)于等能量的各色光，人眼覺(jué)得黃綠色最亮，其次是藍(lán)、紫，最暗是紅色。人眼對(duì)不同色光感受性不一樣，可用光譜光效率函數(shù)來(lái)表征，并用光譜光效率曲線（又稱為相對(duì)視敏度曲線)來(lái)表示。所謂光譜光效率函數(shù)就是達(dá)到同樣亮度時(shí)，不同波長(zhǎng)所需能量的倒數(shù)，即式中，V(λ)為光譜光效率函數(shù)值，E(λ)為單色光能量。經(jīng)過(guò)對(duì)各種類型人的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）推薦的光譜光效率曲線如圖2-3所示。它是以對(duì)許多正常觀察者進(jìn)行測(cè)試所取得的統(tǒng)計(jì)平均值為依據(jù)的。圖2-3中的曲線表明具有相等輻射能量、不同波長(zhǎng)的光作用于人眼時(shí)，引起的亮度感覺(jué)是不一樣的。圖2-3光譜光效率曲線圖2-3中的兩條曲線分別代表了明視覺(jué)和暗視覺(jué)特性。由于視網(wǎng)膜含兩種不同的感覺(jué)細(xì)胞，在不同的照明水平下，V（λ）函數(shù)會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)光亮度大于3cd/m2時(shí)為明視覺(jué)，此時(shí)視網(wǎng)膜的錐狀細(xì)胞起主要作用，V（λ）的峰值產(chǎn)生在550~560nm部位；而當(dāng)光亮度小于0.03cd/m2時(shí)則為暗視覺(jué)，此時(shí)視網(wǎng)膜的桿狀細(xì)胞起主要作用，V(λ)的峰值將向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，大約位于500~510nm的藍(lán)綠色部位。總之，圖2-3說(shuō)明，如果光的輻射功率相同而波長(zhǎng)不同，人眼的亮度感覺(jué)將按曲線規(guī)律變化。對(duì)于明視覺(jué)，當(dāng)λ=555nm時(shí)為黃綠光，此時(shí)V(λ)=1，亮度感覺(jué)最大；對(duì)其余波長(zhǎng)的光，則V(λ)＜1，此時(shí)亮度感覺(jué)減弱；而當(dāng)λ<430nm或λ>680nm時(shí)，V(λ)≈0，說(shuō)明人眼已沒(méi)有亮度感覺(jué)了。在以上基本知識(shí)的基礎(chǔ)上，下面我們將討論如何用人眼去度量光的輻射，也就是討論客觀光波對(duì)人眼刺激的效果。因?yàn)槿搜蹖?duì)不同波長(zhǎng)光的亮度感覺(jué)不同，所以用人眼來(lái)度量某一波長(zhǎng)光的輻射時(shí)，其結(jié)果不僅與該波長(zhǎng)光的輻射功率有關(guān)，而且還與人眼對(duì)該波長(zhǎng)光的光效能有關(guān)。下面所引出的幾種光學(xué)度量單位都是與光譜光效率函數(shù)有關(guān)的物理量，同時(shí)也包含了人眼主觀度量的因素。

2．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)表示。其單位名稱為流明，符號(hào)為lm。當(dāng)λ＝555nm的單色光輻射功率為1W時(shí)，其產(chǎn)生的光通量為683lm，或稱1光瓦。在其他波長(zhǎng)時(shí)，由于相對(duì)視敏度V(λ)下降，相同輻射功率所產(chǎn)生的光通量隨之下降。

2）光照度

光通量與被照射表面面積之比稱為光照度，用符號(hào)E表示，其單位名稱為勒克斯,符號(hào)為lx。1勒克斯等于1流明的光通量均勻分布在1平方米面積上的光照度。為了對(duì)光照度的單位勒克斯有個(gè)大概的印象，列出了下列數(shù)據(jù)可供參考：室外晴天的光照度約為104勒，室外陰天的光照度約為102勒，月光下的光照度約為10－1勒，黑夜下的光照度約為10－4勒。2.2人眼視覺(jué)特性

電影每秒投射24幅靜止畫面，且每畫面曝光兩次，由于人眼的視覺(jué)惰性，看起來(lái)就如同活動(dòng)景象一樣。普通電視每秒掃描25幀畫面，每幀畫面是由625根掃描線組成的，由于人眼的視覺(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)特性是實(shí)現(xiàn)圖像顯示技術(shù)的重要依據(jù)。2.2.1人眼的視覺(jué)生理基礎(chǔ)

人們的視覺(jué)感受是由于光的刺激而引起的，而產(chǎn)生視覺(jué)的生理基礎(chǔ)則是人的眼睛。人的眼睛是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化而形成的一個(gè)復(fù)雜的、功能強(qiáng)大的視覺(jué)感受器。它是一個(gè)前極稍微凸出，前后直徑約為25mm，橫向直徑約為20mm的近似球體。人的眼睛結(jié)構(gòu)可比喻為一臺(tái)精巧完美的光學(xué)照相機(jī)，由晶狀體、虹膜和視網(wǎng)膜等組成。人的眼睛與照相機(jī)的比較見表2-1所示。與照相機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，人的眼球由兩大系統(tǒng)組成——屈光系統(tǒng)(角膜、晶狀體和玻璃體等)與感光系統(tǒng)(視網(wǎng)膜)，而在眼球的后極偏向內(nèi)側(cè)的部分組織則是通過(guò)神經(jīng)與大腦相連來(lái)傳遞視覺(jué)信息的。晶狀體起著透鏡的作用，兩側(cè)的肌肉可以調(diào)節(jié)其凸度，即調(diào)節(jié)了焦距，以便使不同距離的物體成像在視網(wǎng)膜上；同時(shí)吸收一部分紫外線，對(duì)眼睛起到保護(hù)作用。虹膜緊貼在水晶體上，其中心有一個(gè)小孔稱為瞳孔。瞳孔的直徑可以從2mm調(diào)節(jié)到8mm左右。改變瞳孔的大小，用以調(diào)節(jié)進(jìn)入眼睛的光通量，有類似于照相機(jī)光圈的作用。視網(wǎng)膜位于眼球的后部，其作用很像照相機(jī)中的感光膠片，它由許多光敏細(xì)胞組成。這些細(xì)胞可以分為兩大類：一類叫做桿狀細(xì)胞，另一類叫做錐狀細(xì)胞。錐狀細(xì)胞大部分集中在視網(wǎng)膜上正對(duì)著瞳孔的中央部分直徑約為2mm的區(qū)域，因其呈黃色，故也稱為黃斑區(qū)。在黃斑區(qū)中央有一個(gè)下陷的區(qū)域，稱為中央凹。在中央凹內(nèi)錐狀細(xì)胞密度最大，視覺(jué)的精細(xì)程度主要由這一部分所決定。在黃斑區(qū)中心部分，每一個(gè)錐狀細(xì)胞都連接著一個(gè)視神經(jīng)末稍；而在遠(yuǎn)離黃斑區(qū)的視網(wǎng)膜上分布的視覺(jué)細(xì)胞大部分是桿狀細(xì)胞，而且視神經(jīng)末稍分布較稀，幾個(gè)桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞或一群桿狀細(xì)胞合接在一條視神經(jīng)上。所有這些視神經(jīng)都通過(guò)視網(wǎng)膜后面的一個(gè)小孔通到大腦中去，在小孔處幾乎沒(méi)有視覺(jué)細(xì)胞，因而它不能感覺(jué)到光，故這個(gè)小孔被稱為盲孔或盲點(diǎn)。根據(jù)近代視覺(jué)理論，在光的刺激下，人眼的桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞分別執(zhí)行著不同的視覺(jué)功能。錐狀細(xì)胞能夠分辨顏色和物體的細(xì)節(jié)，但錐狀細(xì)胞的感光靈敏度比較低，它只有在明亮條件下才起作用，因此，錐狀細(xì)胞是一種明視覺(jué)器官。分辨顏色是錐狀細(xì)胞本身所具有的特性，而分辨細(xì)節(jié)則是因?yàn)殄F狀細(xì)胞密集地分布在中央凹附近，而且每一個(gè)錐狀細(xì)胞連接一根視神經(jīng)的關(guān)系。桿狀細(xì)胞的感光靈敏度比較高，故桿狀細(xì)胞是一種暗視覺(jué)器官，它可以在光線較暗的條件下起作用，但它卻無(wú)法分辨顏色與細(xì)節(jié)。由此可見，人眼的視覺(jué)具有二重功能，即明視覺(jué)功能和暗視覺(jué)功能。人眼對(duì)不同波長(zhǎng)可見光的感受性也是不同的，同樣功率的輻射在不同的光譜部位表現(xiàn)為不同的明亮程度。在明視覺(jué)情況下，同樣功率的不同顏色，人眼感受

到的亮度不同；在暗視覺(jué)情況下，由于錐狀細(xì)胞幾乎不起作用，人眼看不到光譜上的各種顏色，視覺(jué)成為灰色。值得一提的是：不同的人對(duì)相同波長(zhǎng)的感光靈敏度也稍有差別，即使對(duì)同一個(gè)人來(lái)講，也會(huì)因其年齡、健康狀況和周圍環(huán)境等原因而有所不同。2.2.2視覺(jué)的時(shí)間特性和空間特性

1．視覺(jué)的時(shí)間特性

人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過(guò)一段短暫的時(shí)間，當(dāng)光的作用結(jié)束后，視覺(jué)形象并不立即消失，這種殘留的視覺(jué)現(xiàn)象被稱為“視覺(jué)暫留”。這里先介紹視覺(jué)適應(yīng)能力，然后再討論視覺(jué)惰性與閃爍等問(wèn)題。

1）視覺(jué)適應(yīng)能力

人眼對(duì)亮度的適應(yīng)范圍大約是一千萬(wàn)比一，之所以有這樣大的適應(yīng)性，除了瞳孔的調(diào)節(jié)作用之外，主要是視覺(jué)細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用。

人的眼睛看物體感覺(jué)亮與不亮，這就是主觀亮度。這個(gè)主觀亮度與觀察者的生理和心理特性直接相關(guān)。此外，在客觀上主觀亮度也取決于視網(wǎng)膜上所接收到的光的照度。在日常生活中，當(dāng)人們從明亮的地方突然進(jìn)入黑暗環(huán)境，或在黑夜的房間突然關(guān)掉電燈，要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能看清物體，這就是暗適應(yīng)現(xiàn)象。相反，當(dāng)人們從黑暗環(huán)

境突然進(jìn)入明亮的地方，最初會(huì)感到一片耀眼的光亮，不能看清物體，只有稍待片刻才能恢復(fù)視覺(jué)，這稱為明適應(yīng)現(xiàn)象。暗適應(yīng)是人眼對(duì)光的敏感度在暗光處逐漸提高的過(guò)程。當(dāng)人從明亮的環(huán)境進(jìn)入黑暗的環(huán)境時(shí)，瞳孔的直徑會(huì)由小變大，使進(jìn)入眼球的光線增加，以適應(yīng)黑暗的環(huán)境。但這個(gè)適應(yīng)范圍是很有限的，因此瞳孔的變化并不是暗適應(yīng)的主要生理機(jī)制，而只是在明亮環(huán)境下調(diào)節(jié)眼睛適應(yīng)能力的一種手段。暗適應(yīng)的主要生理機(jī)制是視覺(jué)的二重功能的作用，是在黑暗中由中央視覺(jué)轉(zhuǎn)變?yōu)檫吘壱曈X(jué)的結(jié)果。在黑暗中，視網(wǎng)膜邊緣部分的桿狀細(xì)胞內(nèi)有一種紫紅色的感光化學(xué)物質(zhì)，叫做視紫紅質(zhì)。在明亮環(huán)境下視紫紅質(zhì)因被曝光而破壞退色，使桿狀細(xì)胞失去對(duì)亮度的感受能力。當(dāng)進(jìn)入黑暗環(huán)境時(shí)，視紫紅質(zhì)又重新合成而恢復(fù)其紫紅色，使桿狀細(xì)胞恢復(fù)其對(duì)亮度的感受能力，故所謂視覺(jué)的暗適應(yīng)過(guò)程是與視紫紅質(zhì)的合成過(guò)程相對(duì)應(yīng)的。研究表明，在進(jìn)入黑暗環(huán)境的初期，暗適應(yīng)進(jìn)行得很快；而在后期，暗適應(yīng)則進(jìn)行得較慢。一般具有正常視覺(jué)能力的人在進(jìn)入黑暗環(huán)境5分鐘左右就能基本達(dá)到暗適應(yīng)，而完全達(dá)到暗適應(yīng)則需要約30分鐘左右，這時(shí)視覺(jué)感受能力大大提高。圖2-3中的暗視覺(jué)曲線就是在完全暗適應(yīng)的條件下得到的。明適應(yīng)則進(jìn)行得較快，在一分鐘內(nèi)即可達(dá)到穩(wěn)定。明適應(yīng)過(guò)程開始時(shí)，耀眼的光感主要是由于人眼在黑暗環(huán)境蓄積起來(lái)的已是合成狀態(tài)的視紫紅質(zhì)在進(jìn)入明亮環(huán)境時(shí)先迅速分解，因?yàn)樗鼘?duì)光的敏感性較錐狀細(xì)胞中的感光色素高；只有在較多的桿狀細(xì)胞色素迅速分解之后，對(duì)光較不敏感的錐狀細(xì)胞色素才能在亮光環(huán)境中感光。另外，紅光對(duì)桿狀細(xì)胞的視紫紅質(zhì)不起破壞作用，所以紅光不阻礙桿狀細(xì)胞的暗適應(yīng)過(guò)程。在黑暗環(huán)境下工作的人們，在進(jìn)入光亮環(huán)境之前戴上紅色眼鏡，再回到黑暗環(huán)境時(shí)，他們的視覺(jué)感受性仍然保持原來(lái)的水平不需重新進(jìn)行暗適應(yīng)。所以，重要的信號(hào)燈、車輛的尾燈等采用紅光也是利于人眼進(jìn)行暗適應(yīng)的。夜航飛機(jī)駕駛艙的儀表采用紅光照明既能保證飛行員看清儀表，又能保持視覺(jué)暗適應(yīng)的水平，以利于在黑夜的天空觀察機(jī)艙外部的物體。對(duì)暗適應(yīng)的生理機(jī)制有了一定認(rèn)識(shí)之后，下面進(jìn)一步研究眼睛對(duì)亮度的總的感覺(jué)能力。有一個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)可以說(shuō)明亮度等級(jí)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，把一個(gè)原本亮度均勻的畫面分為左、右兩等份，其中每一份的亮度都連續(xù)可調(diào)?，F(xiàn)在維持其中左邊一份的亮度B不變，而逐漸增加右邊一份的亮度，當(dāng)右邊一份的亮度增加至B+ΔB時(shí)，人眼剛好感覺(jué)到左、右兩份的亮度出現(xiàn)差別，于是我們就規(guī)定此時(shí)左、右這兩個(gè)亮度的感覺(jué)差是一級(jí)，即相差一個(gè)亮度等級(jí)。依此類推就可以得出任意某兩個(gè)物體亮度之間相差有幾級(jí)，這種相差級(jí)的數(shù)目就叫做亮度等級(jí)數(shù)，一般就稱為亮度等級(jí)，它可作為亮度感覺(jué)的單位。實(shí)驗(yàn)證明，在正常亮度環(huán)境條件下，對(duì)相鄰的兩畫面的亮度進(jìn)行辨認(rèn)，只要這兩畫面有3%以上的亮度差異，人眼就可以區(qū)分出；而對(duì)相距較遠(yuǎn)的兩畫面，它們的亮度要相差一倍時(shí)，人眼才有明顯的感覺(jué)。人眼的亮度適應(yīng)性對(duì)于設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)有很重要的意義。前面已經(jīng)提到過(guò)人眼的亮度適應(yīng)范圍大約是一千萬(wàn)比一，如果要求顯示系統(tǒng)也要具有如此大的亮度范圍實(shí)際上是辦

不到的，也是沒(méi)有必要的?？紤]到眼睛的亮度適應(yīng)性，則解決這個(gè)問(wèn)題就變得簡(jiǎn)單多了，因?yàn)樵谘劬σ堰m應(yīng)某一平均亮度的條件下，能分辨景象中各種亮度的感覺(jué)范圍就小得多。平均亮度環(huán)境較高時(shí)，眼睛的亮度適應(yīng)范圍大約是1000∶1；而在平均亮度環(huán)境亮度很低時(shí)，眼睛的亮度適應(yīng)范圍則只有約10∶1。例如：在平均亮度環(huán)境為lgB=3時(shí)，眼睛對(duì)于亮度為lgB=5的物體已感覺(jué)到很亮了，即使再增大該物體的亮度，眼睛也不覺(jué)得更亮；而在同樣的平均亮

度環(huán)境為lgB=3時(shí)，眼睛對(duì)亮度為lgB=1的物體已感覺(jué)較黑暗了，即使該物體亮度再進(jìn)一步減少，眼睛也不易覺(jué)得有明顯的變化。又如：在平均亮度環(huán)境為lgB＝－1.5時(shí)，眼睛對(duì)于亮度為lgB=－1的物體已感覺(jué)到很亮；而對(duì)于亮度為lgB=－2的物體，則感覺(jué)是黑色，此時(shí)眼睛可區(qū)分的亮度范圍較窄。人眼的這一特性首先應(yīng)用在廣播電視系統(tǒng)中，在晴朗的白天用攝像機(jī)攝取室外景物時(shí)，可分辨的亮度范圍約為200~20000cd/m2，低于200cd/m2的亮度都引起黑色的感覺(jué)。利用眼睛的視覺(jué)適應(yīng)性，把攝制的景物在一個(gè)具有2~200cd/m2亮度范圍的電視接收機(jī)屏幕上重現(xiàn)出來(lái)，在平均亮度較低的室內(nèi)觀看，那么人的主觀感覺(jué)與實(shí)際景象基本上是相同的。

2）視覺(jué)惰性與閃爍

眼睛的另一重要特性是視覺(jué)惰性，也就是眼睛對(duì)亮度的主觀感覺(jué)與外界光的作用時(shí)間有關(guān)，這一現(xiàn)象可以通過(guò)光化理論得到解釋。因?yàn)橐曈X(jué)細(xì)胞在外界光作用之下其視敏物質(zhì)經(jīng)過(guò)曝光染色過(guò)程是需要時(shí)間的，因此，極短時(shí)間的光脈沖給我們的感覺(jué)不如亮度相同的恒定光那么亮；另一方面，當(dāng)外界光消失之后，我們的亮度感覺(jué)還會(huì)殘留一段時(shí)間，這個(gè)現(xiàn)象稱為視覺(jué)惰性。利用視覺(jué)惰性，以周期性的光脈沖對(duì)眼睛反復(fù)進(jìn)行刺激時(shí)，我們就會(huì)感到每刺激一次眼睛就會(huì)閃現(xiàn)一次圖像；當(dāng)光脈沖刺激頻率足夠高時(shí)，該圖像就會(huì)變成穩(wěn)定的、與恒定光刺激時(shí)一樣的圖像。近代電影、電視等顯示技術(shù)等正是利用了這一生理上的特點(diǎn)才發(fā)展起來(lái)的。視覺(jué)惰性能夠被加以利用的關(guān)鍵原因是視覺(jué)暫留，即在外界光脈沖作用之下，亮度在眼睛里建立得快、而消失得慢。一般正常人眼睛的視覺(jué)暫留時(shí)間為0.1s左右。

用一個(gè)簡(jiǎn)易的實(shí)驗(yàn)可證明人眼有視覺(jué)惰性。在黑暗中，用一支點(diǎn)燃的香煙在空中劃圓圈，當(dāng)劃圈的速度足夠快時(shí)，所看到的就不是一個(gè)移動(dòng)的光點(diǎn)，而是一個(gè)完整的光圈。這是因?yàn)殡m然某點(diǎn)上的點(diǎn)光源已經(jīng)移走了，但人眼還覺(jué)得它存在，這就是人眼對(duì)亮度感覺(jué)的惰性。圖2-4給出了人眼的視覺(jué)惰性的示意圖。當(dāng)圖2-4(a)所示的光脈沖（可用電筒作發(fā)射光源）作用于人眼時(shí)，眼睛所感覺(jué)到的主觀亮度如圖2-4(b)所示?？梢?人眼的亮度感覺(jué)滯后于實(shí)際光脈沖信號(hào)，當(dāng)光脈沖消失之后，亮度感覺(jué)需要過(guò)一段時(shí)間才能完全消失，這種現(xiàn)象就是人眼的視覺(jué)惰性。通常把圖2-4中t2～t3時(shí)間間隔稱為視覺(jué)暫留時(shí)間。人眼的視覺(jué)惰性表示人眼的時(shí)間分辨能力是有限的。人眼的視覺(jué)特性在電視、電影等顯示技術(shù)中都得到了充分的應(yīng)用。圖2-4人眼的視覺(jué)惰性示意圖在CRT顯示設(shè)備中，電子束打到熒光屏上時(shí)就出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，給人一個(gè)時(shí)間極短的光脈沖。如果此亮點(diǎn)在熒光屏上高速運(yùn)動(dòng)，由于眼睛的視覺(jué)殘留作用，所看到的就

不是一個(gè)亮點(diǎn)，而是一幅完整的圖形。為了看到穩(wěn)定的圖形，不但要求亮點(diǎn)在熒光屏上的運(yùn)動(dòng)速度足夠高，而且還要進(jìn)行不斷地重復(fù)，也就是通常所說(shuō)的刷新。如果刷新的間隔時(shí)間太長(zhǎng)，以至于前一次在眼睛里殘留的圖像快要消失了才進(jìn)行重復(fù)，那么就會(huì)感到一明一暗的閃爍現(xiàn)象，因此刷新的時(shí)間間隔（也叫做刷新周期）不能太長(zhǎng)。正好使人感到不閃爍的刷新頻率稱為臨界閃爍頻率（CriticalFusionFrequency)，簡(jiǎn)記為CFF。由于計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力越來(lái)越高，這就要求在顯示器上無(wú)閃爍地顯示大量的數(shù)據(jù)，而CFF則限制了這種能力。在CRT顯示系統(tǒng)中，熒光粉本身也有一定的惰性，它表現(xiàn)為：當(dāng)受到電子束轟擊時(shí)，其光輸出按指數(shù)規(guī)律較快地增長(zhǎng)到最大值；當(dāng)電子束停止轟擊時(shí)，其光輸出并不立即停止，而是按指數(shù)規(guī)律慢慢地衰減，這種現(xiàn)象叫做熒光粉的余輝。因此，臨界閃爍頻率不但與人的視覺(jué)惰性有關(guān)，而且也與熒光粉的特性有關(guān)。另外，眼睛對(duì)亮度感覺(jué)的敏銳程度與平均亮度水平有關(guān)，而造成閃爍現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是由于在圖像的某一像素上因電子束前一次轟擊在視網(wǎng)膜上所感覺(jué)到的亮度與這一次轟擊所感覺(jué)到的亮度之間已能發(fā)覺(jué)出差異。根據(jù)前面對(duì)視覺(jué)適應(yīng)能力的討論，當(dāng)平均亮度水平較高時(shí)，眼睛對(duì)亮度差異的鑒別能力也高?？梢?，臨界閃爍頻率與平均亮度水平也是有關(guān)的。研究表明，在正常亮度范圍內(nèi)，臨界閃爍頻率與亮度的對(duì)數(shù)之間有著線性關(guān)系。此關(guān)系可用如下數(shù)學(xué)公式近似表示：

fc＝algBa+b

式中，fc為臨界閃爍頻率（Hz，赫茲）；a,b為與環(huán)境亮度和在視網(wǎng)膜上成像的位置有關(guān)的修正系數(shù)；Ba為被檢測(cè)畫面的平均亮度（nit)。對(duì)普通CRT顯示器而言，設(shè)屏幕表面的平均亮度為Ba=100nit，此時(shí)的修正系數(shù)分別為：a≈9.6,b≈26.6,則其臨界閃爍頻率則為：

fc=algBa+b=45.8Hz

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，閃爍頻率越高。另外相繼兩幅畫面本身的亮度分布和顏色、觀看者到畫面的距離以及環(huán)境條件等也都對(duì)臨界閃爍頻率有影響。

2．視覺(jué)的空間特性

1）視角

眼睛的視野是比較大的，視線方向的中心與鼻側(cè)的夾角約為65°，與耳側(cè)的夾角約為100°~104°，向上方約65°，向下方約75°，在此范圍內(nèi)的外界景物皆可不必轉(zhuǎn)動(dòng)頭部而被人所看見，但要真正準(zhǔn)確地辨認(rèn)則只是在視網(wǎng)膜的中心凹處很小的范圍內(nèi)。通常所說(shuō)的視力就是指眼睛分辨物體細(xì)節(jié)的能力，準(zhǔn)確地說(shuō)，應(yīng)稱之為中心凹視力，其大小是以被觀察物體與眼睛所形成的張角來(lái)表示的。這個(gè)張角又叫做視角，其大小決定了被觀察物體在視網(wǎng)膜上成像的大小。距觀察者一定距離的物體若對(duì)眼睛形成較大的視角，則在視網(wǎng)膜上形成的影像也較大。圖2-5人眼分辨力的測(cè)試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2-5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)明眼睛分辨景物細(xì)節(jié)的能力有一個(gè)極限值，我們將這種分辨細(xì)節(jié)的能力稱為人眼的分辨力或視覺(jué)銳度。如圖2-5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：

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)，其視角θ為1′～1.5′。人眼對(duì)彩色細(xì)節(jié)的分辨力比對(duì)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。實(shí)驗(yàn)還證明，人眼對(duì)不同彩色的分辨力也各不相同。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)分辨力如表2-2所示（用百分?jǐn)?shù)表示）。

2）視覺(jué)銳度和分辨力

人通過(guò)視覺(jué)器官辨認(rèn)外界物體的敏銳程度稱為視覺(jué)銳度（用V表示），即用視覺(jué)銳度來(lái)表示視覺(jué)器官辨認(rèn)外界物體細(xì)節(jié)的能力，通常情況下也叫做分辨力。一個(gè)人能辨認(rèn)物體細(xì)節(jié)的尺寸愈小，其視覺(jué)銳度就越高；反之，視覺(jué)銳度愈差。眼睛對(duì)物體細(xì)節(jié)的辨認(rèn)主要是視網(wǎng)膜中央凹部分的功能，而中央凹部分主要是錐狀細(xì)胞，因此只有在較高亮度條件下才能得到較高的視覺(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

視覺(jué)銳度在醫(yī)學(xué)上叫做視力。我國(guó)是以5米遠(yuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)距離，在正常照明條件（200±100）lx下，觀察視力表的視標(biāo)來(lái)確定視力的。若只能看清第一行視標(biāo)（10′視角），則視力為0.1；看清第二行視標(biāo)（5′視角），則視力為0.2；看清第十行視標(biāo)（1′視角），則視力為1.0；看清第十二行視標(biāo)（0.83′視角），則視力為1.2，等等。分辨力=很明顯，視覺(jué)銳度與觀察距離有很大的關(guān)系。一個(gè)原來(lái)看不清楚的細(xì)小物體，移到離眼睛較近時(shí)便可以看清楚了，這是因?yàn)槲矬w對(duì)眼睛形成的視角比原來(lái)增大了，視網(wǎng)膜上所形成的像也相應(yīng)地增大了的緣故。在理論上，當(dāng)被觀察的兩個(gè)細(xì)節(jié)單位在視網(wǎng)膜上所形成的像足能落在兩個(gè)相鄰的、獨(dú)立的感光細(xì)胞上面時(shí)，就能將這兩個(gè)細(xì)節(jié)單位區(qū)分開來(lái)。另外，視覺(jué)銳度與物體在視網(wǎng)膜上成像的位置有關(guān)，因?yàn)槿搜鄣墓饷艏?xì)胞在黃斑區(qū)分布較密，在黃斑區(qū)中央凹部分集中有大量的錐狀細(xì)胞，因而這里的視覺(jué)銳度最高。在光刺激偏離中央凹部5°處，視覺(jué)銳度幾乎下降一半；而偏離40°~50°處，視覺(jué)銳度就只有中央凹部的1/20左右。視覺(jué)銳度和照明強(qiáng)度也有關(guān)系。當(dāng)照明強(qiáng)度太低時(shí)，只有桿狀細(xì)胞起作用，視覺(jué)銳度大大下降，而且分辨不出顏色。相反，當(dāng)照明強(qiáng)度太大時(shí)，視覺(jué)銳度也不會(huì)再增加，甚至由于“眩目”現(xiàn)象而降低。

視覺(jué)銳度還與景物和背景亮度的相對(duì)對(duì)比度有關(guān)。當(dāng)物體亮度與背景亮度接近時(shí)，人眼對(duì)細(xì)節(jié)的分辨能力自然要降低。視覺(jué)銳度、視力、分辨力都是表示人眼分辨物體細(xì)節(jié)的能力。在顯示技術(shù)中常常還會(huì)遇到“分辨率”這個(gè)詞，它表示顯示設(shè)備的屏幕上一幅畫面能夠精細(xì)到怎樣的程度，通常用在一定寬度內(nèi)能夠排列下多少對(duì)能為人眼所區(qū)分開的亮暗線對(duì)來(lái)表示，例如：640×480,1024×768,1280×1024等。因此，從基本概念上來(lái)說(shuō)，它與人的視力是兩個(gè)不同的量，但是它們之間又有密切的聯(lián)系，這種聯(lián)系就是下面將要說(shuō)明的視覺(jué)的空間頻率特性。

3）視覺(jué)的空間頻率特性

前面我們采用視角（θ）和視覺(jué)銳度（V=1/θ）來(lái)表示眼睛的分辨力。這種方法得到的數(shù)據(jù)使用起來(lái)缺乏普遍意義，因?yàn)槿搜鄣姆直媪εc圖像細(xì)節(jié)的對(duì)比度以及圖像的照明強(qiáng)度是密切相關(guān)的。例如，如果相鄰的兩條黑白條紋的亮度相差無(wú)幾，即使條紋較寬，與人眼形成的視角達(dá)到3′~5′，觀察者也不一定能區(qū)分清楚。另外，在實(shí)際觀察條件下，分辨力還與光信號(hào)的噪音有關(guān)。實(shí)際上“分辨率”這個(gè)參量是人和機(jī)器特性相結(jié)合所得出的最終結(jié)果。就機(jī)器設(shè)備來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)使用“可分解單元數(shù)”，因此在有的地方對(duì)顯示設(shè)備也使用“分解力”來(lái)描述。一臺(tái)可分解單元數(shù)很高的顯示設(shè)備，其系統(tǒng)的小信號(hào)帶寬必然很大，而且對(duì)于彩色系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其涂屏結(jié)構(gòu)也必然很精細(xì)。就人的方面來(lái)說(shuō)，眼睛分辨物體細(xì)節(jié)的特性屬于眼睛的空間特性，其分辨力應(yīng)以空間頻率來(lái)表示。（1）空間頻率的概念。一個(gè)任何形狀波形的圖像信號(hào)都可以分解為各種不同頻率和不同幅度的諧波分量，如果

這些諧波分量的幅度不是隨時(shí)間變化而是隨空間位置的不同而變化，為區(qū)別于隨時(shí)間變化的圖像信號(hào)的頻率概念，我們稱這種頻率為空間頻率。空間頻率分水平空間頻率（m）和垂直空間頻率(n）兩種。下面用圖2-6中的三種不同的黑白條信號(hào)來(lái)說(shuō)明空間頻率的概念。圖2-6三種黑白條信號(hào)(a)m=3，n=0；(b)m=0,n=2；(c)m=2,n=2圖2-6(a)在垂直方向上畫面的亮度沒(méi)有變化，而在水平方向整個(gè)屏幕寬度范圍內(nèi)有三個(gè)周期明暗的變化，所以我們稱該畫面的水平空間頻率m=3，垂直空間頻率n=0；圖

2-6(b)在水平方向沒(méi)有明暗變化，而在垂直方向有兩個(gè)周期明暗的變化，所以我們稱圖2-6(b)的水平空間頻率m=0，垂直空間頻率n=2。水平空間頻率的定義是：畫面寬度范圍內(nèi)垂直黑白條

的周期數(shù)（c/pw)；垂直空間頻率的定義是：畫面高度范圍內(nèi)水平黑白條的周期數(shù)（c/ph),一般不寫單位，只標(biāo)明m、n的具體數(shù)字。如圖2-6(a)畫面的空間頻率可用（3,0)表示，圖2-6(b)畫面的空間頻率可用（0,2)表示，而圖2-6(c)畫面的空間頻率可用（2,2)表示，括號(hào)中第一個(gè)數(shù)字為水平空間頻率數(shù)，后一個(gè)數(shù)為垂直空間頻率數(shù)。（2）空間頻率與圖像信號(hào)頻率的關(guān)系。顯示圖像的空間頻率與圖像信號(hào)頻率之間有著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。圖2-6(a)的圖像信號(hào)，如只考慮它的基頻信號(hào)的話，該圖像信號(hào)的最高頻率為行頻的3倍。一般地說(shuō)，在只存在水平空間頻率的情況下，所得到的圖像信號(hào)最高頻率fm為

fm＝mfH

式中fH為行頻，m為水平空間頻率。對(duì)于如圖2-6(b)所示的只存在垂直空間頻率的畫面，在隔行掃描的情況下，每場(chǎng)只得到兩個(gè)周期的脈沖信號(hào)，此時(shí)，圖像信號(hào)的最高頻率fn為

fn＝nfV

式中n是垂直空間頻率，fV是場(chǎng)頻。

而對(duì)于如圖2-6(c)所示的同時(shí)存在水平和垂直空間頻率的畫面來(lái)說(shuō)，在隔行掃描的情況下，此時(shí)，圖像信號(hào)的最高頻率fmn為

fmn＝mfH+nfV

2.3色度學(xué)基礎(chǔ)

2.3.1彩色三要素

亮度是指彩色光對(duì)人眼所引起的明亮程度感覺(jué)。當(dāng)光波的能量增強(qiáng)時(shí)，亮度就增加；反之亦然。此外，亮度還與人眼光譜響應(yīng)特性有關(guān)，不同的彩色光，即使強(qiáng)度相同，當(dāng)分別照射同一物體時(shí)也會(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生不同的亮度感覺(jué)。實(shí)驗(yàn)表明，人眼對(duì)λ＝550nm的光波亮度感覺(jué)最靈敏。色調(diào)是指光的顏色種類。例如，紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫分別表示不同的色調(diào)。色調(diào)是彩色最基本的

特性。

色飽和度是指彩色的純度，即顏色摻入白光的程度，或指顏色的深淺程度。某彩色摻入的白光越多，其色飽和度就越低；摻入的白光越少，其色飽和度就越高；不摻入白光，即白光為零，則其色飽和度為100%；全為白光，則其色飽和度為零。2.3.2三基色原理

三基色原理的主要內(nèi)容是：

（1）自然界中的絕大部分彩色，都可以由三種基色按一定比例混合得到；

（2）任意一種彩色均可以被分解為三種基色；

（3）由三基色混合而得到的彩色光的亮度等于參與混合的各基色的亮度之和；

（4）三基色的比例決定了混合色的色調(diào)和色飽和度。值得強(qiáng)調(diào)的是：作為基色的三種彩色要相互獨(dú)立，即其中任何一種基色都不能由另外兩種基色混合來(lái)產(chǎn)生。彩色電視的實(shí)現(xiàn)就是基于此三基色原理。在彩色電視中，通常選用紅(用字母R表示)、綠(用字母G表示)、藍(lán)(用字母B表示)作為三種基色光。三基色原理為彩色電視技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)，極大地簡(jiǎn)化了用電信號(hào)來(lái)傳送彩色圖像的技術(shù)問(wèn)題。它把需要傳送景物豐富多樣的彩色的任務(wù)，簡(jiǎn)化為只需傳送三種基色信號(hào)。我們已經(jīng)知道，黑白電視只是重現(xiàn)景物的亮度，故發(fā)射臺(tái)只需傳送一個(gè)反映景物亮度的電信號(hào)就行了，而彩色電視要傳送的卻是亮度不同、彩色千差萬(wàn)別的電信號(hào)。試想，如果每一種彩色都使用一個(gè)與它對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，那么發(fā)射臺(tái)就要傳送許許多多的電信號(hào)，顯然，這在技術(shù)上是難以實(shí)現(xiàn)的。若根據(jù)三基色原理，我們就只需把要傳送的彩色分解成紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三種基色，然后再將它們轉(zhuǎn)換成三種電信號(hào)進(jìn)行傳送。在電視接收端，再將這三種電信號(hào)送至彩色顯像管，經(jīng)過(guò)混色的方法就能重現(xiàn)原來(lái)被傳送的彩色圖像了。彩色混色法有兩種：一種是彩色光的混色，這種方式是用加法混色。例如彩色電視中，利用三基色原理將彩色分解和重現(xiàn)，最終使三基色光同時(shí)作用于人眼，視覺(jué)相加混合獲得不同的彩色感覺(jué)；另一種是彩色顏料的混色，是用減法混色，如繪畫等，它們的混色規(guī)律是不同的。這里只討論彩色電視所用的相加混色法，其混色規(guī)律如圖2-7

所示。圖2-7混色圖(a)相加混色圖；(b)彩色三角形從圖2-7(a)得知：

紅光＋綠光＝黃光

紅光＋藍(lán)光＝紫光

綠光＋藍(lán)光＝青光

紅光＋綠光＋藍(lán)光＝白光

以上均指各種光等量相加，若改變它們間的混合比例，則可以得到各種顏色的光。例如紅光與綠光混合時(shí)，如果紅光由小至大變化，將依次產(chǎn)生綠、黃綠、橙、紅等顏為了實(shí)現(xiàn)相加混色，除了將三種不同亮度的基色光同時(shí)投射到一個(gè)全反射表面上從而合成不同的彩色光以外，還可以利用人眼的視覺(jué)特性用下列方法進(jìn)行混色。

（1）時(shí)間混色法：將三種基色光按一定順序輪流投射到同一表面上，只要輪換速度足夠快，則由于人眼的視覺(jué)惰性，人眼產(chǎn)生的彩色感覺(jué)就與由三基色直接混色時(shí)產(chǎn)生的彩色感覺(jué)相同。（2）空間混色法：將三種基色光分別投射到同一表面上鄰近的三個(gè)點(diǎn)上，只要這些點(diǎn)相距足夠近，則由于人眼分辨率的限制，也將產(chǎn)生三基色相混色的彩色感覺(jué)。

為了直觀地表現(xiàn)三基色的混色原理，確定混色后各種顏色之間的關(guān)系，常采用彩色三角形來(lái)表示三基色的混色過(guò)程。彩色三角形是一個(gè)等邊三角形，三個(gè)頂點(diǎn)放置三基色，其余各處的混色可相應(yīng)確定，如圖2-7(b)所示。

(1)每條邊上各點(diǎn)代表的顏色是相應(yīng)的兩個(gè)基色按不同比例混合的混合色。青、紫、黃三補(bǔ)色位于相應(yīng)三邊的中點(diǎn)，它是相應(yīng)的兩基色等量時(shí)的混合色。

(2)彩色三角形的重心是白色，它是等量的三基色的混合色。

(3)每根中線兩端對(duì)應(yīng)的彩色互為補(bǔ)色，由于中線過(guò)重心，說(shuō)明兩補(bǔ)色可混合成白色。

(4)每邊的彩色為純色，色飽和度為100%。每邊上任一點(diǎn)至重心，其色飽和度逐漸下降至零，而色調(diào)不變。如圖2-7中的A點(diǎn)為粉紅色。

根據(jù)三基色原理，將紅、綠、藍(lán)三種基色按不同比例混合，可以獲得各種色彩。2.3.3亮度方程

顯像三基色要混合成白光，所需光通量之比是由所選用的標(biāo)準(zhǔn)白光和所選三基色的不同而決定的。實(shí)驗(yàn)表明，目前NTSC制彩色電視中，由三基色合成的彩色光的亮度符合下面的關(guān)系：

Y=0.299R+0.587G+0.114B

上式為彩色電視中常用的亮度方程，該式定量地說(shuō)明了由三基色合成彩色光的亮度關(guān)系，也是在彩色電視技術(shù)中，無(wú)論是彩色重現(xiàn)，還是彩色分解都必須遵守的一個(gè)重要關(guān)系式。

由于彩色電視制式不同，所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)白光和選擇的顯像三基色熒光粉是不一樣的。因此，由三基色合成的彩色光的亮度方程也不一樣。例如，PAL制的亮度方程為：Y=0.222R+0.707G+0.071B亮度方程通常近似寫成：

Y=0.30R+0.59G+0.11B

式中，R、G、B前面的系數(shù)0.30、0.59、0.11分別代表

R、G、B三種基色對(duì)亮度所起的作用，稱為可見度系數(shù)。例如，在一個(gè)單位亮度的白光當(dāng)中，紅基色對(duì)白光亮度的貢獻(xiàn)為30%，綠基色對(duì)白光亮度的貢獻(xiàn)為59%，藍(lán)基色對(duì)白光亮度的貢獻(xiàn)為11%。當(dāng)R=G=B=1時(shí)，合成的亮度為白色光；

當(dāng)R=G=B=0～1之間時(shí)，則為灰色光；

當(dāng)R=G=B=0時(shí)，為黑色光。

而當(dāng)R、G、B取不同的值時(shí)，就可以配出各種不同色調(diào)和不同飽和度的顏色。在彩色電視信號(hào)傳輸過(guò)程中，亮度信號(hào)和三基色信號(hào)是以電壓的形式來(lái)表示的，因此，亮度方程可以改寫成電壓的形式，即

EY＝0.30ER+0.59EG+0.11EB

式中，EY、ER、EG、EB分別代表亮度信號(hào)、紅基色信號(hào)、綠基色信號(hào)和藍(lán)基色信號(hào)的電壓，且各自獨(dú)立。已知其中任意三種，就可通過(guò)加、減法矩陣電路來(lái)合成第四種。在后面的討論中，為了書寫方便，把以上四種信號(hào)電壓EY、ER、EG、EB分別用Y、R、G、B來(lái)表示。

2.4圖像的分解、傳送和合成

2.4.1像素及其傳送

如果用放大鏡仔細(xì)地觀察報(bào)紙上刊登的傳真照片，就會(huì)發(fā)現(xiàn)整幅畫面是由很多深淺不同的小黑白點(diǎn)組成，而且點(diǎn)越小、越密，畫面就越細(xì)膩、越清晰。電視圖像的清晰與逼真的程度直接和像素的數(shù)目有關(guān)，像素愈精細(xì)、單位面積上的像素愈多，則圖像愈清晰、愈逼真。在我國(guó)的黑白廣播電視標(biāo)準(zhǔn)中，一幅圖像有40多萬(wàn)個(gè)像素。一幅圖像所包含的40多萬(wàn)個(gè)像素是不可能同時(shí)被傳送的，只能是在發(fā)送端按一定的順序分別將各像素的亮度變換成相應(yīng)的電信號(hào)，并依次傳送出去；在接收端則按同樣的順序把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)一個(gè)相應(yīng)的亮點(diǎn)重現(xiàn)出來(lái)。只要順序傳送速率足夠快，利用人眼的視覺(jué)暫留效應(yīng)和發(fā)光

材料的余輝特性，人眼就會(huì)感覺(jué)到是一幅連續(xù)的圖像。這種按順序傳送圖像像素信息的方法是構(gòu)成現(xiàn)代電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)，并被稱為順序傳送系統(tǒng)，圖2-8是該系統(tǒng)的示意圖。圖2-8圖像順序傳送系統(tǒng)示意圖接收端有一塊可在電信號(hào)作用下發(fā)光的電光板，它可將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的光學(xué)圖像信號(hào)。在電視系統(tǒng)中，將組成一幀圖像的像素按順序轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的過(guò)程，稱為掃描過(guò)程。圖2-8中的S1、S2是同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的，當(dāng)它們接通某個(gè)像素時(shí)，那個(gè)像素就被發(fā)送和接收，并使發(fā)送和接收的像素位置一一對(duì)應(yīng)。在實(shí)際電視技術(shù)中是采用電子掃描裝置來(lái)代替開關(guān)S1、S2工作的。2.4.2光電轉(zhuǎn)換原理

1.圖像的攝取

電視圖像的攝取主要靠攝像管，它是基于光電效應(yīng)原理工作的。常用的攝像管有超正析攝像管、光電導(dǎo)攝像管等多種，下面以光電導(dǎo)攝像管為例來(lái)說(shuō)明圖像信號(hào)產(chǎn)生的過(guò)程。光電導(dǎo)攝像管的結(jié)構(gòu)如圖2-9（a）所示，它主要由光電靶和電子槍兩部分組成。（1）光電靶：在攝像管前方玻璃內(nèi)壁上鍍上一層透明金屬膜作為光的通路和電信號(hào)輸出電極，稱之為信號(hào)電極板，在信號(hào)電極板（即金屬膜）后面再敷上一層很薄的光電導(dǎo)層，稱之為光電靶。光電靶可由三硫化二銻（Sb2S3）或氧化鉛（PbO）等材料組成，它們具有靈敏度極高的光敏反應(yīng)，當(dāng)照射到它們表面的光亮度即使發(fā)生微小的變化，其電阻也會(huì)隨之而變。這種材料還有一個(gè)特點(diǎn)：當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，其電阻的變化只體現(xiàn)在深度方向上，并不沿橫向擴(kuò)散。這樣，用這種材料制成的光電靶就相當(dāng)于把許許多多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器組合在一起，當(dāng)光圖像成像于光電靶上時(shí)，每個(gè)像素都有與之對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器，這樣便可把各個(gè)像素的亮暗轉(zhuǎn)換成相應(yīng)幅度的電信號(hào)。因此，常用這種材料制成光電轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)要傳送的實(shí)際圖像通過(guò)攝像機(jī)鏡頭成像于光電靶上時(shí)，由于實(shí)際圖像上各像素的亮暗不同，在光電靶上相應(yīng)各點(diǎn)的電阻大小就不同。亮像素對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)電阻小，暗像素對(duì)應(yīng)的靶點(diǎn)電阻大，于是，實(shí)際圖像上各像素亮度隨時(shí)間的變化關(guān)系便轉(zhuǎn)換成了光電靶上各點(diǎn)電阻隨時(shí)間的變化關(guān)系，也就是將實(shí)際的“光圖像”轉(zhuǎn)換成了靶面上的“電圖像”，實(shí)現(xiàn)了光到電的轉(zhuǎn)換。（2）電子槍：電子槍由燈絲、陰極、控制柵極、加速極、聚焦極等組成。當(dāng)各電極施加正常工作電壓時(shí)，通過(guò)燈絲加熱陰極，陰極便發(fā)射出電子，這些電子在加速、聚焦電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的共同作用下，形成一束很細(xì)的電子流射向光電靶。從圖2-9（b）可以看出，當(dāng)電子束射到光電靶上某點(diǎn)時(shí)，便把該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等效電阻R（即圖2-9(b)中的R1、R2、R3…）接入由信號(hào)電極板、負(fù)載電阻RL、電源E和電子槍的陰極構(gòu)成的回路中，于是回路中便有電流i產(chǎn)生。電流i的大小與等效電阻R有關(guān)，即：當(dāng)圖像上某像素的亮度發(fā)生變化時(shí)，則對(duì)應(yīng)的等效電阻R也發(fā)生變化，從而引起電流i發(fā)生變化，并直接導(dǎo)致圖2-9(b)中C點(diǎn)的對(duì)地輸出電壓UCO隨之發(fā)生變化。這個(gè)反映圖像上像素亮度隨時(shí)間變化的電壓UCO被稱為圖像信號(hào)電壓，簡(jiǎn)稱圖像信號(hào)。在偏轉(zhuǎn)線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的作用下，電子槍的電子束按照從左到右，從上到下的規(guī)律掃描光電靶面上各點(diǎn)，便把圖像上按平面分布的各個(gè)像素的亮度依次轉(zhuǎn)換成了按時(shí)間順序傳送的電信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了圖像的分解與光電轉(zhuǎn)換。攝像管光電轉(zhuǎn)換過(guò)程大致如下：

（1）被攝景象通過(guò)攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)在光電靶上成像。（2）光電靶是由光敏半導(dǎo)體材料制成的，這種材料的電阻值會(huì)隨光線強(qiáng)弱而變化，光線越強(qiáng)，材料呈現(xiàn)的電阻值越小。（3）由于被傳送的光圖像各像素的亮度不同，因而光電靶面上各對(duì)應(yīng)單元受光照強(qiáng)度也不同，導(dǎo)致靶面上各單元電阻值就不一樣。與較亮像素對(duì)應(yīng)的靶面單元阻值較??；與較暗像素對(duì)應(yīng)的靶面單元阻值較大，即一幅圖像上各像素的不同亮度，轉(zhuǎn)變?yōu)榘忻嫔细鲉卧牟煌娮柚?。?）從攝像管的陰極發(fā)射出來(lái)的電子，在攝像管各電極間形成的電場(chǎng)和偏轉(zhuǎn)線圈形成的磁場(chǎng)的共同作用下，按一定規(guī)律高速掃過(guò)靶面各單元，如圖2-9（b）所示。當(dāng)電子束接觸到靶面某單元時(shí)，就使陰極、信號(hào)電極板、負(fù)載、電源構(gòu)成一個(gè)回路，在負(fù)載RL中就有電流流過(guò)，而電流的大小取決于光電靶面上對(duì)應(yīng)單元的電阻值大小。

2.圖像的重現(xiàn)

圖像的重現(xiàn)是依靠CRT、LCD、PDP等顯示器件來(lái)完成的，它們的任務(wù)是將圖像電信號(hào)轉(zhuǎn)換為圖像光信號(hào)，完成電到光的轉(zhuǎn)換。下面以CRT顯像管為例，來(lái)說(shuō)明圖像重現(xiàn)的過(guò)程。顯像管是利用熒光效應(yīng)原理制成的。所謂熒光效應(yīng)是指某些化合物在受到高速電子轟擊時(shí)表面能夠發(fā)光，并且轟擊的電子數(shù)量越多、速度越高，則發(fā)光越強(qiáng)。2.4.3電子掃描

1.行掃描和場(chǎng)掃描

設(shè)在行偏轉(zhuǎn)線圈里通過(guò)的鋸齒波電流如圖2-10（a）所示，此電流的幅度隨所選用的顯像管和偏轉(zhuǎn)線圈而異。從圖2-10（a）、（b）可以看出：當(dāng)通過(guò)行偏轉(zhuǎn)線圈的電流線性增長(zhǎng)時(shí)（t1~t2），電子束在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，開始從左向右作勻速運(yùn)動(dòng)，這段運(yùn)動(dòng)過(guò)程所對(duì)應(yīng)的時(shí)間叫做行掃描的正程，用TSH表示（需要的時(shí)間約為52μs）。正程結(jié)束時(shí)（t2時(shí)刻），電子束已掃描到屏幕的最右邊，接著偏轉(zhuǎn)電流又很快地線性減小（t2~t3），電子束就相應(yīng)從右向左運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)大約12μs的時(shí)間后，又回到屏幕的最左邊。電子束從屏幕最右邊回到最左邊的這段運(yùn)動(dòng)過(guò)程所對(duì)應(yīng)的時(shí)間叫做行掃描的逆程，用TRH表示。按照我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，行掃描的正程與逆程時(shí)間之和，即

行掃描周期TH為64μs。因此行掃描鋸齒波電流的重復(fù)頻率fH=1/TH=15625Hz。假定只在行偏轉(zhuǎn)線圈里通過(guò)鋸齒波電流，而不在場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈里通過(guò)鋸齒波電流，即電子束只有行掃描而沒(méi)有場(chǎng)掃描，那么熒光屏上將只呈現(xiàn)一條水平亮線,如圖2-10（b）所示。圖2-10行掃描和場(chǎng)掃描示意圖設(shè)在顯像管的場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈里通過(guò)的鋸齒波電流如圖2-10（c）所示。那么電子束在水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生自上而下（t1~t2），再自下而上（t2~t3）的運(yùn)動(dòng)。電子束自上而下的運(yùn)動(dòng)過(guò)程叫做場(chǎng)掃描的正程，用TSV表示。電子束自下而上的運(yùn)動(dòng)過(guò)程叫做場(chǎng)掃描的逆程，用TRV表示。場(chǎng)掃描的周期TV等于正程掃描時(shí)間（TSV）和逆程時(shí)間（TRV）之和。假定只在場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈里通過(guò)鋸齒波電流，而不在行偏轉(zhuǎn)線圈里通過(guò)鋸齒波電流，那么熒光屏上將只呈現(xiàn)出一條垂直的亮線,如圖2-10（d）所示。電子束在掃描的正程時(shí)間內(nèi)傳送和重現(xiàn)圖像，而在掃描的逆程時(shí)間內(nèi)不傳送圖像內(nèi)容，只為下次掃描的正程做準(zhǔn)備。因此，電子束掃描的正程時(shí)間長(zhǎng)，逆程時(shí)間短，并且掃描的逆程時(shí)間不能在熒光屏上出現(xiàn)掃描線（回掃線），要設(shè)法消隱掉。當(dāng)行、場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈中同時(shí)通過(guò)鋸齒波電流時(shí)，將同時(shí)產(chǎn)生垂直和水平的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在這兩個(gè)磁場(chǎng)的共同作用下，電子束既作水平方向的偏轉(zhuǎn)，也作垂直方向的偏轉(zhuǎn)，其結(jié)果就形成了電視中的掃描光柵。

由于傳送和接收?qǐng)D像是電子束以行為單位掃描完成的，因此就存在著掃描的方式問(wèn)題。在電視技術(shù)中，常用的掃描方式有逐行掃描和隔行掃描。

2.逐行掃描

所謂逐行掃描，就是電子束自上而下逐行依次進(jìn)行掃描的方式。這種掃描的規(guī)律為：電子束從第一行左上角開始掃描，從左到右掃完第一行，然后從右回到左邊，再掃描第二行、第三行……直至最后一行，掃完一幅（幀）完整的圖像為止。接著電子束從最下面一行又向上移動(dòng)到第一行開始的位置,又從左上角開始掃描第二幅（幀）圖像，一直重復(fù)下去。在電視技術(shù)中，電子束的行掃描和場(chǎng)掃描實(shí)際上是同時(shí)進(jìn)行工作的，電子束在水平掃描的同時(shí)也要進(jìn)行垂直掃描，即電子束在水平偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和垂直偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)作用下，一方面作水平方向的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還作垂直方向的運(yùn)動(dòng)。由于行掃描速度遠(yuǎn)大于場(chǎng)掃描速度，因此在電視

屏幕上看到的是一條條稍向下傾斜的水平亮線所形成的均勻光柵。如圖2-11（a）所示。圖2-11逐行掃描示意圖(a)場(chǎng)正程光柵；(b)場(chǎng)逆程光柵；(c)行掃描鋸齒波電流；(d)場(chǎng)掃描鋸齒波電流圖2-11是一種逐行掃描方式光柵形成的示意圖（用11行掃描線簡(jiǎn)化示意）。從圖2-11（a）、（b）中可以看出，電子束在場(chǎng)掃描的正程有9行掃描，在場(chǎng)掃描的逆程有2行掃描。電子束從第1行最左邊的a開始順序向下掃描，一直掃描到第9行最右邊的d點(diǎn)，這就形成了場(chǎng)掃描的正程。從圖2-11（a）、（b）中可以看出，電子束從屏幕右邊最下方的d點(diǎn)開始快速往上掃描，經(jīng)過(guò)最后第10、11行的時(shí)間間隔，又回到了第一場(chǎng)開始時(shí)的位置（即第1行最左邊的a點(diǎn)），這就形成了場(chǎng)掃描的逆程。至此，第一場(chǎng)掃描結(jié)束，等待第二場(chǎng)掃描的開始。圖2-11（c）、（d）分別給出了行、場(chǎng)掃描的鋸齒波電流。受電影技術(shù)的啟發(fā)，在電視技術(shù)中也采用類似的方式，每秒鐘傳送25幀圖像就可以達(dá)到傳送活動(dòng)圖像的目的，即幀頻fZ=25Hz，但是逐行掃描方式存在一個(gè)問(wèn)題：

如果每秒傳送25幀圖像，人眼看上去會(huì)很不舒服，存在著閃爍的感覺(jué)（因?yàn)榕R界閃爍頻率約為45.8Hz）；如果每秒傳送50幀，雖然可以克服閃爍感，卻又會(huì)使電視信號(hào)所占用的頻帶太寬，其結(jié)果導(dǎo)致電視設(shè)備復(fù)雜，并使有限的電視波段范圍內(nèi)可容納的電視臺(tái)數(shù)量減少。

3.隔行掃描

隔行掃描就是把一幀圖像分成兩場(chǎng)來(lái)掃描。第一場(chǎng)掃描1、3、5等奇數(shù)行，形成奇數(shù)場(chǎng)圖像，然后進(jìn)行第二場(chǎng)掃描時(shí)才插進(jìn)2、4、6等偶數(shù)行，形成偶數(shù)場(chǎng)圖像。奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)快速均勻地相嵌在一起，利用人眼的視覺(jué)暫留特性，人們看到的仍是一幅完整的圖像。隔行掃描的行結(jié)構(gòu)要比逐行掃描的復(fù)雜一些。下面以每幀9行掃描線（Z=9）為例來(lái)說(shuō)明隔行掃描光柵的形成過(guò)程。為簡(jiǎn)化起見，行、場(chǎng)逆程掃描時(shí)間均忽略不計(jì)，如圖2-12所示。圖2-12隔行掃描示意圖(a)第一場(chǎng)；(b)第二場(chǎng)；(c)兩場(chǎng)相嵌；(d)行、場(chǎng)掃描電流波形從圖2-12中可以看出，一幀圖像的掃描行數(shù)為9行（Z=9），若分兩場(chǎng)來(lái)完成一幀圖像掃描的話，則每場(chǎng)必須掃描4.5行。第一場(chǎng)（奇數(shù)場(chǎng)）先掃描第1、3、5、7行及第9行的前半行，即電子束從屏幕左上方a點(diǎn)開始掃描，當(dāng)掃描到第9行的一半（b點(diǎn)）時(shí)，第一行正程結(jié)束，行掃描正好掃完4.5行。此時(shí)，電子束已移動(dòng)到光柵底部的中點(diǎn)（b點(diǎn)），從而完成第一場(chǎng)圖像的掃描，形成了奇數(shù)場(chǎng)的掃描光柵，如圖2-12（a）所示。由于場(chǎng)逆程時(shí)間為零，電子束將立即從b點(diǎn)跳到b′點(diǎn)，從而開始第二場(chǎng)（偶數(shù)場(chǎng)）掃描。第二場(chǎng)首先掃描第9行的后半行，接著掃描第2、4、6、8行。電子束從屏幕最上方b′點(diǎn)開始行掃描，當(dāng)掃描到第8行最右邊的d點(diǎn)時(shí)，第二場(chǎng)掃描正程就結(jié)束了，行掃描也正好掃完4.5行。此時(shí)，電子束已到達(dá)屏幕的右下角（即d

點(diǎn)），從而完成了第二場(chǎng)圖像的掃描，形成了偶數(shù)場(chǎng)的掃描光柵，如圖2-12（b）所示。奇、偶兩場(chǎng)掃描完畢，恰好是一幀圖像的掃描行數(shù)，兩場(chǎng)光柵均勻相嵌，就形成了一幅隔行掃描的復(fù)合光柵，如圖2-12（c）所示。

以上分析了隔行掃描方式下一幀圖像的光柵形成過(guò)程。由于行、場(chǎng)掃描電流是連續(xù)的，因此，當(dāng)掃描完第一幀的兩場(chǎng)光柵后，接著就會(huì)進(jìn)行第二幀（三、四場(chǎng)）、第三

幀（五、六場(chǎng)）……的掃描。行、場(chǎng)掃描電流的波形如圖2-12（d）所示。隔行掃描技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是受電影技術(shù)的啟發(fā)。在電影技術(shù)中每秒傳送24幅畫面，為了不引起人眼的閃爍感，而又不增加每秒傳送畫面的幅數(shù)，通常采用遮光的方法將每幅畫面連放兩次，這樣銀幕上畫面實(shí)際上變化48次，從而消除了閃爍現(xiàn)象。在電視技術(shù)中，采用隔行掃描，每秒仍傳送25幀圖像，但每幀圖像分兩場(chǎng)傳送，即場(chǎng)掃描頻率fV為50Hz，這時(shí)電視屏幕每秒變化50次，從而也消除了人眼的閃爍感。我國(guó)現(xiàn)行的廣播電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：幀頻為25Hz，一幀圖像分625行傳送，所以行掃描頻率為fH=25×625=15625Hz。隔行掃描方式的幀頻較低，電子束掃描圖像時(shí)所占的頻帶

寬度較窄（約6MHz），對(duì)電視設(shè)備要求不高，因此，它是目前電視技術(shù)中廣泛采用的方法。隔行掃描的關(guān)鍵是要保證偶數(shù)場(chǎng)正好嵌套在奇數(shù)場(chǎng)中間，否則會(huì)降低圖像清晰度。要保證隔行掃描準(zhǔn)確，每場(chǎng)掃描行數(shù)一般選擇為奇數(shù)。我國(guó)電視規(guī)定為每幀625行，國(guó)外每幀分別有405行、525行、819行等，都為奇數(shù)。這樣就要求第一場(chǎng)掃描結(jié)束于最后一行的一半處，此場(chǎng)結(jié)束后必須回到圖2-12（b）所示屏幕上方中央的b′點(diǎn)，再開始第二場(chǎng)掃描。這樣才能保證相鄰的第二場(chǎng)掃描剛好嵌套在第一場(chǎng)各掃描線的中間。

4.我國(guó)模擬廣播電視掃描參數(shù)

我國(guó)模擬廣播電視采用隔行掃描方式，其主要掃描參數(shù)如下：

行周期TH=64μs；行頻fH=15625Hz；

行正程TSH=52μs；行逆程TRH=12μs；

場(chǎng)周期TV=20ms；場(chǎng)頻fV=50Hz；場(chǎng)正程TSV=18.4ms；場(chǎng)逆程TRV=1.6ms；

幀周期TZ=40ms；每幀行數(shù)Z=625行（其中正程575行，逆程50行）；

幀頻fZ=25Hz；每場(chǎng)行數(shù)312.5行（其中正程287.5行，逆程25行）。2.4.4彩色圖像的分解與合成

1.彩色圖像的分解

電視圖像是通過(guò)攝像管把圖像的光信號(hào)變成電信號(hào)。由于一幅圖像細(xì)節(jié)變化很多，因此不能將整幅圖像直接變成電信號(hào)，而是先將一幅彩色平面圖像分解成許許多多彩色的像素，每一像素均可用亮度、色調(diào)和色飽和度這三個(gè)要素來(lái)表征，再將每一像素順序轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。對(duì)于活動(dòng)圖像而言，每一像素的三要素都是時(shí)間的函數(shù)。根據(jù)三基色原理，首先，用分色系統(tǒng)把彩色圖像分解成紅、綠、藍(lán)三幅基色光，同時(shí)送到對(duì)應(yīng)的紅、綠、藍(lán)攝像管的光敏靶上，三基色攝像管在掃描電路的作用下進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行預(yù)失真γ校正，以補(bǔ)償光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的非線性。經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，三基色光就變成了三個(gè)電信號(hào)ER、EG、EB，這樣就完成了圖像的分解，如圖2-13上部所示。圖2-13彩色圖像的分解與合成過(guò)程

2.彩色圖像的重現(xiàn)

在接收端，如圖2-13下部所示，經(jīng)過(guò)傳輸通道，圖像信號(hào)又被解碼器分解為三個(gè)基色信號(hào)去控制彩色顯像管的三條電子束。加到顯像管三個(gè)陰極上的三基色信號(hào)ER、EG、EB分別控制R、G、

B三條電子束的強(qiáng)弱，彩色顯像管屏幕上就呈現(xiàn)出三幅基色圖像，由于三色熒光粉依空間位置緊密相嵌在一起，則人眼所感覺(jué)到的就是它們混合構(gòu)成的彩色圖像。

2.5圖像顯示的基本參量

2.5.1亮度、對(duì)比度和灰度

1.亮度

亮度就是人眼對(duì)光的明暗程度的感覺(jué)，通常以B表示，度量亮度的單位為尼特（nit）。尼特定義為在一平方米面積內(nèi)具有一坎德拉（cd）的發(fā)光強(qiáng)度，即1nit=1cd/m2?？驳吕璫d又叫燭光。

亮度的單位還有其他幾種表示，例如：熙提（sb，１sb＝１cd/cm2＝104nit)、英尺-朗伯（fl）等。顯示器屏幕的亮度就是指在屏幕表面的單位面積上，垂直于屏面方向所給出的發(fā)光強(qiáng)度。

亮度是用來(lái)表示發(fā)光面的明亮程度的。如果發(fā)光面的發(fā)光強(qiáng)度越大，發(fā)光面的面積越小，則看到的明亮程度

越高，即亮度越大。普通CRT熒光屏的亮度一般可以達(dá)到100nit左右。

2.對(duì)比度

客觀景物的最大亮度與最小亮度之比稱為對(duì)比度(Contrast)，通常以C表示。對(duì)比度指的是一幅圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間的不同亮度層級(jí)的測(cè)量，差異范圍越大代表對(duì)比度越大，差異范圍越小代表對(duì)比度越小。當(dāng)顯示器屏幕上的對(duì)比度達(dá)到100∶1時(shí)就可容易地顯示生動(dòng)、豐富的色彩。對(duì)于重現(xiàn)的顯示圖像而言，其對(duì)比度不僅與顯像管的最大亮度Bmax和最小亮度Bmin有關(guān)，還與周圍的環(huán)境亮度BD有關(guān)。對(duì)比度C的計(jì)算公式為：顯然，周圍環(huán)境越亮，顯示圖像的對(duì)比度就越低。

例如：晚上，某人從一間15W普通白熾燈照明的房間突然進(jìn)入另一間100W普通白熾燈照明的同等大小房間時(shí)，人的第一感覺(jué)是好亮?。坏绻麖囊婚g500W燈泡照明的同等大小房間立刻進(jìn)入上述100W燈泡照明的房間時(shí)，人的第一感覺(jué)是好暗啊。這個(gè)例子說(shuō)明在適應(yīng)了一定的環(huán)境亮度后，人對(duì)明暗有一定的視覺(jué)范圍，環(huán)境亮度不同，視覺(jué)范圍也不同，人眼的主觀感覺(jué)也會(huì)隨之改變，即人眼的明亮感覺(jué)是相對(duì)的。目前，普通CRT顯像管的最大發(fā)光亮度可以做到上百尼特的數(shù)量級(jí)，而所攝取客觀景物的實(shí)際最大亮度可高達(dá)上萬(wàn)尼特，兩者差別很大，CRT顯像管重現(xiàn)的圖像是無(wú)法達(dá)到客觀景物的實(shí)際亮度的。但由于人眼對(duì)背景有很強(qiáng)的適應(yīng)性，只要保持重現(xiàn)圖像的對(duì)比度與客觀景物相等，就可以獲得與客觀景物一樣的明暗感覺(jué)。也就是說(shuō)，顯像管重現(xiàn)的圖像沒(méi)有必要（也不可能）達(dá)到客觀景物的實(shí)際亮度，而只要反映出它的對(duì)比度即可。正因?yàn)槿绱?，并不反映景物?shí)際亮度的電影和電視圖像，卻能給人以真實(shí)的亮度感覺(jué)。通常電視接收機(jī)的對(duì)比度達(dá)到30~40就可以獲得比較滿意的收看效果。顯示器重現(xiàn)圖像的對(duì)比度越大，圖像的黑白層次就越豐富，人眼的感覺(jué)也就越細(xì)膩、越柔和。例如，當(dāng)從電視接收機(jī)屏幕上觀看實(shí)況轉(zhuǎn)播時(shí)，雖然實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)亮度范圍可達(dá)200~20000尼特，而電視屏幕的亮度范圍僅為2~200尼特（設(shè)環(huán)境亮度為30尼特），但人眼仍有真實(shí)的主觀亮度感覺(jué)，因?yàn)樗鼈兊膶?duì)比度相同，都為100（當(dāng)然還應(yīng)保持適當(dāng)?shù)牧炼葘哟危?/p>

3.灰度

灰度使用黑白色調(diào)來(lái)表示物體。我們平常所說(shuō)的黑

白照片、黑白電視，實(shí)際上都應(yīng)該稱為灰度照片、灰度電視才確切?；叶戎胁话魏紊?，即不存在紅色、黃色這樣的顏色等?；叶鹊耐ǔ１硎痉椒ㄊ前俜直龋秶鷱?%~100%。每個(gè)灰度對(duì)象都具有從0%（白色）~100%（黑色）的亮度值，注意這個(gè)百分比是以純黑為基準(zhǔn)的百分比，百分比越高顏色越偏黑，百分比越低顏色越偏白?；叶茸罡呦喈?dāng)于最高的黑，就是純黑?；叶茸畹拖喈?dāng)于最低的黑，也就是“沒(méi)有黑”，那就是純白。自然界中的大部分物體平均灰度約為20%。圖像從黑色到白色之間的過(guò)渡色統(tǒng)稱為灰色，灰度就是將這一灰色劃分成能加以區(qū)別的層次數(shù)。例如，為了鑒別電視機(jī)所能恢復(fù)原圖像明暗層次的程度，電視臺(tái)發(fā)送

一個(gè)十級(jí)灰度信號(hào)。電視機(jī)經(jīng)調(diào)整后在圖像中能區(qū)分的從黑到白的層次數(shù)稱為該電視接收機(jī)具有相應(yīng)的灰度等級(jí)。我國(guó)電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：甲級(jí)電視接收機(jī)應(yīng)能達(dá)到八級(jí)灰度等級(jí)，乙級(jí)電視接收機(jī)應(yīng)能達(dá)到七級(jí)灰度等級(jí)。2.5.2圖像的尺寸與幾何形狀

1.圖像的尺寸

根據(jù)人眼的特性，視覺(jué)最清楚的范圍約為垂直夾角15°、水平夾角20°的矩形面積。因此，目前世界各國(guó)顯示器屏幕都采用矩形，畫面的寬高比為4∶3或5∶4。隨著顯示技術(shù)的進(jìn)步，幅型比（即寬高比）向大屏幕方向發(fā)展，目前已出現(xiàn)寬高比為5∶3、5∶3.3、16∶9、16∶10等尺寸的屏幕。顯像管屏幕的大小常用矩形對(duì)角線尺寸來(lái)衡量，一般家用中小型顯示器屏幕對(duì)角線長(zhǎng)度為35~100cm不等。人

們習(xí)慣用英寸表示，如14、18、21、25、29、34和40英寸等，它們的對(duì)角線分別為35、47、53、64、74、86和100cm等。

2.圖像的幾何相似性

顯示器重現(xiàn)圖像要與實(shí)際景象形狀相似，比例要一致。這種幾何上的相似性很重要，盡管看電視時(shí)并沒(méi)有實(shí)際景象與圖像相對(duì)照，重現(xiàn)圖像有一定的失真也不易感覺(jué)出來(lái)，但是對(duì)于觀眾熟悉的人物或器具，若失真稍大一些就容易被覺(jué)察出來(lái)，故圖像失真應(yīng)限制在一定的范圍內(nèi)。圖像失真通常分為非線性失真和幾何失真兩種。

1）非線性失真

非線性失真是由行、場(chǎng)鋸齒波電流非線性失真引起的。設(shè)系統(tǒng)傳送的是標(biāo)準(zhǔn)方格信號(hào)，則掃描鋸齒波電流及對(duì)應(yīng)的幾何圖像如圖2-14所示。圖2-14（a）是當(dāng)行、場(chǎng)掃描電流均為線性時(shí)的理想情況，此時(shí)重現(xiàn)圖像與原圖像相似，沒(méi)有非線性失真。當(dāng)行、場(chǎng)掃描電流非線性時(shí)，其重現(xiàn)的方格寬度、高度就會(huì)不均勻而呈現(xiàn)非線性失真，如圖2-14（b）、（c）所示。圖2-14顯示圖像的非線性失真(a)不失真；(b)iYH失真；(c)iYV失真

2）幾何失真

由于偏轉(zhuǎn)線圈繞制和安裝不當(dāng)，導(dǎo)致磁場(chǎng)方向不規(guī)則、不均勻，以及行、場(chǎng)磁場(chǎng)彼此不垂直等，則掃描光柵將分別產(chǎn)生枕形、桶形及平行四邊形等幾何失真。圖2-15給出了枕形、桶形和平行四邊形等幾何失真的情況。圖2-15電視圖像的幾何失真(a)枕形失真；(b)桶形失真；(c)平行四邊形失真圖2-15（a）表示偏轉(zhuǎn)線圈中心磁場(chǎng)弱、邊緣磁場(chǎng)強(qiáng)，重現(xiàn)圖像產(chǎn)生四個(gè)邊緣向內(nèi)凹陷的枕形失真。圖2-15（b）表示偏轉(zhuǎn)線圈中心磁場(chǎng)強(qiáng)、邊緣磁場(chǎng)弱，重現(xiàn)圖像四個(gè)邊緣向外凸出的桶形失真。圖2-15（c）表示行、場(chǎng)兩偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)不垂直而造成的平行四邊形失真。2.5.3電視圖像清晰度與電視系統(tǒng)分解力

1.垂直分解力

垂直分解力是指沿著圖像的垂直方向上能夠分辨出像素的數(shù)目，顯然它受每幀屏幕顯示行數(shù)Z′（或者總行數(shù)Z）的限制。在最佳的情況下，垂直分解力M就等于顯示行數(shù)Z′?？紤]到圖像內(nèi)容的隨機(jī)性，則有效垂直分解力M可由下式估算出：

M=KeZ′=Ke(1－β)Z

式中，Ke稱為克爾（Kel