扫描原理与电视信号

第二章 电视图像转换原理与电视信号
2.1 电视图象顺序传送原理
2.1.1电视图象的组成及表示 2.1.2图象顺序传送原理 2.1.3光电转换的过程 如果用放大镜仔细观察报纸上刊登的传真照片, 就可以发现 它们是由许多大小不等、疏密不同的黑点子组成, 而且点子越小、 越密, 画面就越细腻、清晰同样, 呈现在电视机屏幕上的图像也是 由许多相互联系、彼此配合、亮度相同或不同的小单元组成, 这些 构成电视图像的基本单元称为像素。
第二章 电视图像转换原理与电视信号 图b)中, iH为行扫描锯齿波电流; TH为行扫描周期; TSH为行 扫描正程期, 在此期间, 电子束由屏幕左侧扫至右侧并显示亮 线; TrH为行扫描逆程, 在此期间电子束迅速回扫至左侧(TrH TSH), 并且采取消隐措施不在屏幕上显示亮线。 当偏转电流在a点时为最大负值, 此时电子束应射到荧光 屏左边a1点处, 当偏转电流逐渐变化到b点时, 电子束偏移随着 减小, 光点由a1点回到荧光屏中央b1点。 当偏转电流由b点向c 点正向增加到最大正值时, 电子束向屏幕右侧偏移, 光点由b1 点到达右边c1点, 电子束自左至右完成扫描正程。正程结束后, 扫描电流由最大正值c点很快地经d变到最大负值e点, 因此电 子束很快地由荧光屏右侧c1点经中央d1点折回到左边e1点。 则电子束完成自右至左的扫描逆程。
第二章电视图像转换原理与电视信号21电视图象顺序传送原理211电视图象的组成及表示212图象顺序传送原理213光电转换的过程如果用放大镜仔细观察报纸上刊登的传真照片就可以发现它们是由许多大小不等疏密不同的黑点子组成而且点子越小画面就越细腻清晰同样呈现在电视机屏幕上的图像也是由许多相互联系彼此配合亮度相同或不同的小单元组成这些构成电视图像的基本单元称为像素
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 上述摄取的图像信号(电信号)符合像素越亮, 对应的输出 电平越低; 像素越暗, 输出信号电平越高的光电转换规律, 称 之谓负极性图像信号。反之, 如果输出电平值与像素亮度成 正比, 则称之谓正极性的图像信号。 图像重现的过程 图像的重现是依靠电视接收机的显像管来完成的。 显 像管的任务是将图像信号转换为光图像, 完成电到光的转换。 显像管主要有电子枪及荧光屏两部分组成(结构原理将在 第二章介绍)。 电子枪用于发射电子束, 电子束的强度取决于 加在控制栅极的正极性图像信号或加在阴极上的负极性图像 信号电平大小。 电子束轰击荧光屏时所产生光像的亮度取决 于电子束的强弱。 因此, 电视机荧光屏重现的亮度是由受图 像信号控制的一个个亮点所组成。
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 光电导摄像管的结构如图1-1所示。它主要由光敏 靶和电子枪两部分组成。光敏靶是由光敏半导体材料 制成的。景物通过光学系统在摄像管光敏靶上成像。 由于光像各部分的亮度不同, 靶上各相应部分的电导率 发生了相应变化, 与亮像素对应的靶单元的电导较大, 与暗像素对应的靶单元电导较小, 于是将景物各像素亮 度不同变成了靶面上各单元的电导不同, 光像变成了 “电像”。
第二章 电视图像转换原理与电视信号 电子枪的任务是发射电子束, 它由灯丝J、 阴极K、
栅极G及加速聚焦阳极A1、A2 等组成。电子束在聚焦线圈 和偏转线圈产生的磁场的联合作用下, 以聚焦状态按一定 规律(即从左到右、 从上到下一行一行)扫描靶上各点。当 电子束接触到靶面某点时, 使电子枪阴极与信号板、负载 RL和电源E构成一个回路, 在负载R L中就有电流流过,电流 大小取决于光敏靶该点电导率的大小。 因此, 当电子束按 一定规律在靶面上扫描时, 便在负载上依次得到与景物各 点亮度相对应的电信号,完成了将图像分解为像素以及把 各像素按顺序转变为相应电信号的光电转换过程。
第二章 电视图像转换原理与电视信号
2.2 电视扫描原理
2.2.1 电子扫描 如前所述, 电视图像的摄取与重现是基于光和电的相互 转换, 然而把空间的光图像变换成随时间变化的电信号, 以 及把随时间变化的电信号再转换成一幅空间的光图像, 则是 通过电子扫描来完成的。 电视接收机是采用磁偏转的方式来控制显像管中电子 束的扫描运动的, 即在器件外装置的偏转线圈中通以锯齿电 流, 使电子束受到电磁力的作用而偏转。
Байду номын сангаас
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第二章 电视图像转换原理与电视信号
图 1-1光电导摄像管结构图
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 为使图像信号重现成一幅完整的光图像, 需要电子束在 偏转磁场作用下完成从左到右、 从上到下全屏幕的扫描, 而 且电子束在荧光屏上轰击的几何位置也必须与发送端图像像 素的位置一一对应, 即收发两端要保持同步的工作状态。 图像的分解与复合过程如图1-2所示。 图(a)为投映到摄 像管靶面上的需要传送的“口”字图像。 为便于说明, 假设图 像沿垂直方向分为9格, 沿水平方向分为12格, 每一小格即为 一传送单元(像素)。
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 实际上, 由于人眼视觉分辨力有一定的极限, 在正常观看 距离下, 一幅电视图像大约有40万个像素时就可以使图像具 有令人满意的清晰程度。 由于图像是由像素构成的, 因此就可以通过传送组成它 的像素来实现传送图像的目的。 为了解决像素的传送问题, 人们采用一种顺序传送的方法, 就是在发送端把图像中各个 像素的亮度按一定的顺序变成相应的电信号, 并一个一个地 传送出去, 而在接收端则按同样的顺序把电信号转变成一个 一个相应的亮点重现出来。 实践证明, 由于人眼的视觉惰性, 只要顺序传送的速度足够快, 就会在主观感觉上觉得所有像 素同时发亮一样。 这种顺序传送法实质上就是按时间顺序传 送空间分布的像素的亮度。
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 将图像转变为顺序传送的电信号(图像的分解)或将 顺序传送的电信号重新恢复成光图像(图像的复合)的过 程称为扫描。 在扫描过程中, 像素的传送和恢复顺序是 从左到右、从上到下一行一行地进行的。 由于电视要传送活动图像, 即图像上各像素的亮度 是随时间不断变化的, 所以必须在一秒钟内传送很多幅 画面, 才会在电视荧屏上重现连续活动的图像。我国电 视标准规定一秒钟传送25幅画面, 这就是说电视系统必 须具备每秒约1 000万个像素的扫描速度。 这样高的扫 描速度, 只有采用电子扫描的方法才能实现。 实现光电转换的器件是发送端的摄像管。下面以光 电导摄像管为例, 简要说明从光到电的转换过程。
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第二章 电视图像转换原理与电视信号
图 1-3 水平扫描工作原理
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第二章 电视图像转换原理与电视信号
图 2 - 1 图像的分解与复合
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 电子扫描有逐行扫描和隔行扫描两种方式。 逐行扫描 时, 因为扫描一帧需时间为1/25 s, 时间较长, 当电子束扫到一 帧图像的某一像素时, 该像素当时发光较亮, 当电子束扫描过 去后, 该像素开始变暗, 直到经过1/25 s后电子束又扫到该像 素时, 于是又由最暗变到最亮。 这种状况在画面各处均存在, 于是使人产生画面的闪烁效应。实践证明, 减少换帧时间, 把 帧频提高到50Hz, 闪烁效应就可以消失。 但帧频如果由 25Hz提高到50 Hz, 图像信号的最高频率亦即信号频带宽度 将由约5.5 MHz提高到11MHz, 这是不允许的。目前在广播 电视中, 普遍采用隔行扫描的方法来克服闪烁效应, 并保持信 号频带宽度约为5.5MHz不变。 因此, 我们只介绍隔行扫描 原理。
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 电子束以1a→1b→1c…1l→2a→2b…2l的顺序一直 扫到最后一行的9l, 然后再回到第一行重复扫描。 电子 束扫描到“口”字上时, 摄像管输出高电平, 在“口”字以外 摄像管输出低电平, 扫描各行输出波形如图1-2(b)。 图(c)为显像管荧光屏根据负极性图像信号波形(图 (b))重现的“口”字图像。 电压高时, 电子束弱, 屏幕上被 轰击到的部分为暗像, 电压低时电子束强, 屏幕上被轰 击到的部分呈亮像。 只要扫描速度足够快, 则利用荧光 屏的余辉特性和人眼视觉惰性, 即可重现连续的图像。 当然, 显像管中电子束扫描必须与摄像管扫描规律完全 一致, 即同步扫描。
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第二章 电视图像转换原理与电视信号
2.1 电视图象顺序传送原理 2.2 电视扫描原理 2.3 电视图像的基本参数 2.4 视频图象信号
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 为了使电子束顺序地扫过整个屏幕, 显像管的管颈上需要 安装两对偏转线圈。一对是水平偏转线圈, 产生垂直磁场; 一 对是垂直偏转线圈, 产生水平磁场。当它们分别通以不同频率 的锯齿波电流时, 则电子束在垂直磁场作用下沿水平方向偏转, 即水平扫描; 电子束在水平磁场作用下沿垂直方向偏转, 即垂 直扫描。电子束在两对偏转线圈产生的磁场共同作用下, 完成 从左到右、从上到下的全屏幕扫描, 形成了矩形光栅。 根据电影技术实践证明, 传送活动图像每秒至少应放映24 幅瞬时拍摄的固定画面, 才会使人对放映后的图像获得平稳的 连续图像的感觉。 过低的幅频(每秒更迭的画面数)将使图像产 生抖动感。在电视中将一幅画面称为一帧, 并规定每秒传送25 帧(即帧频为25 Hz )。每帧图像分成625行传送, 这样每秒就 传送了15 625行, 即行频为f H=15 625 Hz 。
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第二章 电视图像转换原理与电视信号 扫描工作原理 1.水平扫描工作原理 在图1-3(a)中一对上下对称放置的偏转线圈(称为水平偏 转线圈或行偏转线圈)中通入如图(b)所示的行扫描锯齿波电 流。 产生磁场的方向可用右手螺旋定则确定, 其磁场方向根 据扫描电流正或负为向上或向下交变, 磁场强弱也随锯齿波 电流大小相应改变。 电子枪发射的电子束在通过这个磁场 时, 根据左手定则(电流方向与电子流方向相反)判定, 电子束 将向右或向左偏移, 偏移量大小与流入偏转线圈中的电流大 小或磁场强弱有关。 当偏转线圈中电流为零时, 电子束不产 生偏转, 打在荧光屏中心。因此, 只要改变偏转电流的大小 和方向, 就可以实现水平扫描。