天津大学电子信息工程学院Tianjin University本课程是电子信息类电子信息工程、通信工程和相近专业学生的一门专业主干课程 目的是使学生掌握电视系统的基本原理 因为它是专业课程专业知识的综合体现。本课程对电视系统从基本原理、图像摄取、处理、传输、存储、重现 以及所涉及的视觉特性、三基原理与计制、电视传像基本原理、彩电视制式、电视信号的形成、处理与录放、电视信号接收原理、电视信号数字处理原理和数字电视系统原理做较为系统的分析。Tianjin University教材《电视原理》 高等学校电子信息类规划教材 俞斯乐等国防工业出版社第6版2005年参考书目1、《电视原理实验》国防工业出版社2、《数字电视技术基础》惠新标、郑志航编著电子工业出版社3、《数字电视原理》卢官明等编机械工业出版社4、《数字视频技术及其应用》黎洪松清华大学出版社Tianjin University作业与实验要求 1、完成规定课堂作业。2、独立完成实验操作 上交实验报告。Tianjin University电视的诞生 是20世纪人类最伟大的发明之一。1925年 苏格兰发明家约翰.洛吉.贝尔德用自行装置的机械电视设备 第一次将移动的图像传向远处的接收机现场。Tianjin University1925年10月2日 位于伦敦一间顶楼的临时实验室里 贝尔德用摄像机扫描了一个木偶的头部。他欣喜地发现 木偶的头部被闪烁不定地复制在他安置于另一间屋子的荧屏上。于是 他飞快地跑出实验室 临时雇了一个小伙计坐在他的摄像机前 重复他的实验。这位名叫威廉.泰因顿的年轻小伙子幸运地成为历史上第一个出现在电视上的人。Tianjin UniversityTianjin UniversityTianjin University最早的电视广播于1929年在伦敦开播 使用了约翰·洛吉·贝尔德建造的系统。画面引起了一阵轰动 但它们一点儿也不像现代的电视广播。现代彩电视画面是由500至1000条以上的扫描线组合起来的。贝尔德的画面只有30条扫描线 并且是黑白两种颜 这使得画面 多媒体调度台非常模糊。世界上最早的电视台是1936年11月2日在伦敦郊外亚历山大宫建立的大众电视台。我国第一座电视台是1958年5月1日试运行的北京电视台 也就是现在的中央电视台。Tianjin University电视技术本身 第一代——黑白电视 20世纪20年代 第二代——彩电视 20世纪40年代 第三代——高清晰度电视 20世纪80年代 Tianjin University信号处理技术 第一代——模拟电视第二代——数字处理电视第三代——数字电视电路工艺 第一代——电子管第二代——晶体管第三代——大规模集成电路Tianjin University传输媒介 单一的地面微波扩充到电缆、卫星、网络、无线移动功能覆盖 单一的活动图像广播扩充到数据广播、视频点播、收费电视、立体电视、多视点视频等Tianjin University电视技术的特点 快速发展模拟、数字电视并存各种制式雄并起各类设备争奇斗艳多学科综合的、代表性的电子信息工程 物理学、生理学、数学、电子电路、计算机、信号处理、通信技术 深入日常生活 可见可感构思奇巧、实现精到有助于实现知识的贯穿和系统概念的建立Tianjin University20世纪70年代参加全国电视会战1979年创建了天津大学电视研究室 现为天津大学电视与图像信息研究所 是中国高校中唯一经国家教育部批准设立的从事这一领域研究的科研单位。1980年代
“Ф91mm钻孔彩电视设备”获国家科技进步二等奖 “电视多工广播”获国家教委
科技进步一等奖 “彩电视屏幕墙系统”获机电部科技进步三等奖“数字HDTV/TV 频带压缩编解码技术” 被电子部评为电子行业“八五”国家科技攻关重大成果。“HDTV信源解码器”的研制任务 被国家计委、科技部等评为“九五”国家重点攻关重大成果。“数字高清晰度电视系统关键技术与设备”2002年获国家科
多媒体集中控制器技进步二等奖
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及上海市科技进步一等奖。“数字高清晰度电视机顶盒技术”2003年获天津市科技进步一等奖。出版了我国电视技术领域的首部专著《电视原理》 作为全国统?嘟滩哪壳耙研薇嗔?版 获电子部全国工科电子类专业优秀教材一等奖。Tianjin University 电视 根据人眼视觉特性以一定的信号形式实时传送活动景物图像的技术。电视摄像机光电转换景物处理设备传输信道接收设备电视显示器电光转换观看者Tianjin University电视技术的精髓就是研究如何用最经济、最有效的方法使重现光像能够使人感到最逼真地模拟实际景物的光像。电视使人人都是千里眼、顺风耳 人人不出屋 便见天下物。“电”“视”顾名思义是物理学与生理学结合的科学。为使使重现光像逼真地模拟实际景物的光像必须首先了解光特性 了解人对光像的感觉特性。Tianjin University1.1.1 电磁辐射与可见光谱780nm380nm可见光Tianjin University1.光的波长范围有限 它只占整个电磁波波谱中极小的一部分。2.不同波长的光呈现出的颜各不相同 随着波长由长到短 呈现的颜依次为 红红、、橙橙、、黄黄、、绿绿、、青青、、蓝蓝、、紫紫3.只含有单一波长的光称为单光 包含有两种或两种以上波长的光称为复合光 复合光作用于人眼 呈现混合。太阳辐射的光含有各种单光的波谱 给人以白光的综合感觉。Tianjin University4.太阳发出的白光中包含了所有的可见光 若把太阳辐射的一束光投射到棱镜上 太阳光会经过棱镜分解成一组按红红、、橙橙、、黄黄、、绿绿、、青青、蓝、、蓝、紫紫顺序排列的连续光谱 被分解之后的光 若再次经过棱镜 就不能再分解了 这种单一波长的光称谱光。玻璃棱镜太阳光偏转角小偏转角大白屏幕Tianjin University太阳光谱辐射大部分为可见光 人恰恰对这部分电磁辐射敏感。电视不但可以把视线不可及的景物变成可及的 还可以把视力不可见的变成可见的 如红外电视和紫外电视。为了真实重现彩景物需要研究光源。光源包括太阳光和人造光源。彩感觉是人眼主观视觉功能和物体、光源属性等客观条件结合的产物。同一物体在不同光源下可呈现不同的彩。Tianjin University一、温的概念——定量地描述光源所发出的白光的品位。绝对黑体——指既不反射也不透射而完全吸收入射波的理想物体。温——当绝对黑体在某一特定绝对温度下 其辐射的相对光谱功率分布与某一光源的光谱相同时 则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的温 单位是开 K 。Tianjin University二、标准照明体和标准光源相似北方天空之日光温约7500K的日光D75平均太阳光温约6504K的日光D65印刷工艺用之标准光温约5000K的日光D50相似北方45度仰角之日光温约6740K的平均日光C近正午之阳光温约4874K的直射阳光B近日出或日落时之日光温于2856K完全辐射体的光A模拟代表标准照明体Tianjin UniversityAA白光源白光源 2800K2800K BB白光源白光源 4800K4800K CC白光源白光源
6770K6770K DD6565白光源白光源 6500K6500K EE白光源白光源 5500K5500K 等能白光 等能白光 EE白白 Tianjin
钢骨架塑料复合管University1.2.1 1.2.1 眼睛的构造眼睛的构造Tianjin University人的视觉系统对颜的感知可归纳出如
下几个特性 眼睛可类比于一个摄像机。人的视网膜通过神经元来感知外部世界的颜。每个神经元或者是一个对亮度和颜敏感的锥体细胞 或者是一个只对亮度敏感而对颜不敏感的杆体细胞。Tianjin University1.光谱光视效率光的度量是指用人眼的视觉度量光。视觉效应是由可见光刺激人眼引起的。如果光的辐射功率相同而波长不同 则引起的视觉效果也不同 不仅颜感觉不同 而ctsb
且亮度感觉也不同。在产生相同亮度感觉的情况下 测出各种波长光的辐射功率Фλ 则 光谱光视效能 Kλ1 /Фλ用来衡量视觉对波长为λ的光的敏感程度。Tianjin University当λ555nm时 有最大的光谱光视效能 KmK555任意波长光的光谱光视效能Kλ与Km之比称为光谱光视效率 相对视敏度 用函数Vλ表示 Vλ Kλ / Km Vλ也可用得到相同主观亮度感觉时所需各波长光的辐射功率Фλ 表示 Vλ
Ф 555 /ФλTianjin Universi ty相对视敏度4005006007000.20.40.60.81.0/nm明视觉
暗视觉1933年国际照明委员会 CIE 测得的明视觉与暗视觉的光谱光视效率曲线Tianjin University2.光度学中几个度量单位发光强度I 单位是cd 读作坎德拉光源在给定方向上发出波长555 nm的单辐射 且在此方向上的辐射功率为
1/683 W/sr 则称该光源在此方向上的发光强度为1 cd。cd是国际单位制 米.千克.秒制 的一个基本单位。Tianjin University光通量Φ 单位是lm读作流明按人眼光感觉度量的辐射功率。1流明等于发光强度为1cd的点光源 在1球面度立体角内发射的光通量。1lm 1cd·sr波长555nm的单光辐射功率为φ555 1
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W时产生的光通量为1光瓦。根据坎德拉的定义 1光瓦683流明波长λ的单光辐射功率为φλ瓦时 相当于波长555 nm的单光辐射功率为φλVλ瓦 光通量为φλVλ光瓦 或683 φλVλ流明。Tianjin University非单一波长的光源 其发出之光通量 是它在各波长范围所发出的光通量总和。对于N个单光λ1、λ2、…λN组成的光源 NΦ 683∑iVilmi1对于具有连续光谱功率分布密度φeλ的光源 Φ683∫φVdlmTianjin University亮度L: 单位是cd/m2 读作坎/米2亮度表示发光面的明亮程度。 同样的发光强度面积越小亮度越大 照度E 单位是lx读作勒克斯照度表示物体表面受到光照射时 单位面积上入射的光通量。1勒克司等于每平方米上有1流明的光通量。1 lx 1 lm/m2 同样的光通量面积越小光照度越大 Tianjin University1.明暗视觉亮环境下锥体细胞、杆体细胞共同起作用 分辨明暗、彩 称为明视觉。暗环境下只有杆体细胞起作用 只能分辨明暗 称为暗视觉。暗视觉比明视觉的相对视敏度曲线偏左。Tianjin University2.彩视觉彩光的三个基本参量彩三要素 1 亮度——光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉。 2 调——表示颜的种类。 3 饱和度——表示颜的深浅程度。即彩的纯度 掺入白的程度。度——调和饱和度又合称为度。度既说明彩的类别 又说明彩的深浅程度。亮度取决于人眼感觉的光功率的大小。调取决于进入人眼的光的波长。饱和度取决于纯光中混入白光的程度。Tianjin UniversityTianjin University3.立体视觉双眼立体视觉 两眼相距约58-72mm两眼视物相当于从不同角度看物体 物体融合为立体图像。形成双眼立体视觉的主要因素是视差和辐辏。Tianjin University人眼能感觉的绝对亮度范围与在适应了某一环境平均亮度下的亮度范围不同。前者为1亿比1 后者为1千比1。视亮度——在一定背景亮度环境下人的主观亮度感觉。费涅尔系数ξΔLmin/LΔLmin称
为可见度阈值。视亮度S klgLk0 韦伯-费涅尔定律 ξ、k、k0在一定背景亮度环境下为常数 不同的背景亮度环境有所不同。Tianjin University锥体细胞在3cd/m2时最灵敏杆体细胞在10-3cd/m2时最灵敏背景亮度环境很低或很高时 ξ较大 视亮度不敏感2002200Tianjin University图像中最大亮度Lmax与最小亮度Lmin的比值C称为对
比度。C Lmax/ Lmin例 实际传送的景物亮度200-20000cd/m2 电视屏幕亮度
2-200cd/m2 两者对比度都为100重现景物的亮度范围无需与实际景物的相等 只需保持二者的对比度相同。人眼不能觉察的亮度差别无需精确复制。Tianjin
University视觉掩盖效应 在空间不均匀背景中 可见度阈值将会增大 这种现象称为视觉掩盖效应。在图像边缘处可以粗量化。-24-18-12-606121824123456可见度阈值可见度阈值对比度对比度2.752.75对比度对比度8.78.7对比度对比度27.527.5背景阶跃变化对比度背景阶跃变化对比度Tianjin University1.黑白细节分辨力视敏角分辨角θ——观测点 眼睛所在点 与人眼能分辨的相距最近的两个点所形成的夹角。正常人的视敏角θ≈11.5分人眼的分辨力——视敏角θ的倒数Tianjin Universityd/ 2πD θ/36060θ3438d/D分辨力与观看位置、照明强度、景物相对对比度、物体运动速度有关。人眼相当于一个低通滤波器。M条纹DdθHTianjin University2.彩细节分辨力??人眼对彩细节的分辨力远比对黑白细节的分辨力低。??彩电视系统传送彩图像时 细节部分只传送黑白图像。——大面积着原
理绿绿..绿绿..黑黑..斑点颜斑点颜5mm5mm2.5mm2.5mm1mm1mm可分辨的斑可分辨的斑点直径点直径蓝蓝红红白背景颜背景颜191923234040262690909494100100分辨力分辨力绿蓝绿蓝红蓝红蓝绿红绿红黑蓝黑蓝黑红黑红黑绿黑绿黑白黑白细节别细节别Tianjin University3.彩调分辨力??人眼对不同波长的光有不同的调感觉。??人眼能分辨出调差别的最小波长变化称为调分辨阈 调分辨力与调分辨阈成反比。??调分辨力随波长变化而改变 480640 nm 区间光的调分辨力较高。??饱和度变小时 人眼的调分辨力下降。??亮度太大或太小时 人眼的调分辨力下降。Tianjin University4.彩饱和度分辨力视觉所能分辨的光饱和度由100到0变化的等级数称为彩饱和度分辨力。彩饱和度分辨力随波长变化而改变。数值在425之间。红、蓝区域饱和度分辨力较高。Tianjin University当有光脉冲刺激人眼时 视觉的建立和消失都需要一定的过程 光源消失以后 景物影像会在视觉中保留一段时间 称为视觉惰性。视觉暂留时间在0.050.2秒Tianjin University??若电视画面间歇性重复呈现 只要重复频率为50Hz左右 视觉上就有很好的连续画面的感觉。??不引起闪烁感觉的光脉冲最低重复频率称为临界闪烁频率。人眼在不同亮度下视亮度与作用时间的关系lgcmfaLbTianjin
University10HZ10HZ30HZ50HZ闪烁演示Tianjin University1.3.1 三基原理人的彩视觉假说——视网膜上的锥体细胞有三种类型 红光敏细胞、绿光敏细胞和蓝光敏细胞。红、绿、蓝三种光敏细胞对不同频率的光的感知程度不同 具有各自的视敏度函数VRλ、VGλ和VBλ 图1-8 。相对视敏度函数 VλVRλVGλVBλ设某彩光的功率分布为Φeλ 对应三种光敏细胞有三个光通量
ΦR∫φeλVRλdλΦG∫φeλVGλdλΦB∫φeλVBλdλ总光通量Φ ΦR ΦG ΦBTianjin University人对该彩光的亮度感觉决定于总光通量Φ 人对该彩光的度感觉决定于ΦR、ΦG、ΦB之间的比例。彩重现并不要求恢复景物的原始光谱成分 只需获得与原景物相同的彩感觉。具有不同光谱功率分布的光 只要ΦR、ΦG、ΦB相同则它们的彩视觉完全等效。
