电视成像原理

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6.1 引言
基本概念
像素
根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，平面图像总可以 看成是由许许多多小单元组成。在图像处理系统中，这些组 成画面的细小单元称为 像素。像素越小，单位面积上的像素 数目就越多，由其构成的图像就越清晰。
一幅黑白平面图像，表征它的特征参量是亮度。即组成黑白 画面的每个像素，不但有各自确定的几何位置，而且各自还 呈现着不同的亮度。由于电视系统传送的是活动图像，因而 每个像素亮度既是空间（二维）函数，同时又是时间函数。 用数学函数可表示 为：
提高帧频，会增加图像信号的传输带宽。为了消除闪烁感 又不使图像信号传输带宽过宽，提出了隔行扫描方案。
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6.1 引言
隔行扫描是将一帧电视图像分成两场进行交错扫描。第一场 对图像的奇数场扫描，第二场对图像的偶数场扫描。奇偶两场 光栅均匀相嵌，构成一幅完整画面。 由于扫完每一场屏幕从上到下整个亮一次，所以，扫完一幅 图像屏幕亮了两次。这样，帧频是场频的一半，在保证无闪烁 感的同时，又使图像信号的传输带宽下降一半。 一帧图像行数一般选为奇 数，每场均包含半行。奇 数场最后一行为半行，偶 数场第一行为半行，最后 一行为整行。 隔行扫描光栅及电流波形
在电视系统中，摄像管与显像管外部都装有水平和垂直两 组偏转线圈。同时加入锯齿波电流时，电子束既作水平扫描 又作垂直扫描，形成直线扫描光栅。
逐行扫描 电子束从屏幕左上端开始，按照从左到右，从上到下的 顺序以均匀速度一行接一行的扫描，一次连续扫描完成一 帧电视画面的方式称为逐行扫描。
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6.1 引言
同步包含两个方面：一是两端的扫描速度相同，称作同频； 二是两端画面之每行、每幅的扫描起始时刻相同，叫做同相。 既同频又同相才能实现同步扫描，保证重现图像既无水平方 向扭曲现象，也无垂直方向翻滚现象。
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6.1 引言
电子束的扫描是靠偏转系统实现的。只有电子束按一定规 律偏转，而且这种偏转规律与发送端一致时，才能重现原来 的图像。电子偏转分静电偏转和电磁偏转。
电子扫描由电子枪进行，指利用电场或磁场的作用，使电 子束高速运动。事实上，电子扫描正是电视系统中完成图像 分解和合成的基本手段。
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6.1 引言
按电子束的运动规律不同，电子扫描可以分为直线扫描、圆 扫描、螺旋扫描等多种方式。
在电视系统中，为了充分利用矩形屏幕，并使扫描设备简单 可靠，通常采用匀速单向直线扫描方式。 进行扫描时，要求收发两端的扫描规律必须严格一致，称为 同步。
(6-4)
AB 1 A B
2 2
这样，在偏转角较大时，偏转距离D为：
D L tan L
(6-5)
偏转角较小（磁场较弱）时，偏转距离D为：
D LAB
(6-6)
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6.1 引言
根据左手定则，对电子束施加水平方向磁场，电子束做 垂直方向偏转；对电子束施加垂直方向磁场，电子束做水 平方向偏转。
Fe ev B
(6-3)
注意：磁场较大时，屏幕边缘部分会出现延伸性失真，扫描 电流需要一定的非线性。进行线性扫描需要线性良好的锯齿 波电流流过线圈。但是，为了克服延伸性失真，实际电流需 要有一定的非线性。另外，要在水平和垂直方向同时施加磁 场进行扫描，需要两组互相垂直的偏转线圈。电磁偏转容易 实现大偏转角，射线电流大、像差小，所以摄像管和显像管 都采用电磁偏转。
从左至右的扫描称为行扫描；自上而下的扫描称为帧(或场) 扫描。
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6.1 引言
扫描的实质是将原来随空间和时间变化的函数变成只随时 间变化的函数，即 fB(x,y,t)→fB(t) ，所以传输通道的输出 u(t)= fB(t)，即单一时间函数的亮度信息变量。
在电视成像中，为了使人感觉到连续活动的图像，每秒钟 需要出现1000万个像素，能够达到如此高的记录速度的，只 有电子扫描技术。
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6.1 引言
垂直纸面向外的 均匀磁场 平面屏幕 偏 转 距 离
磁场强度B 电子速度v 电子质量m 电子电荷e
圆周半径 匀速运动 的电子 偏转中心
磁场区域
偏转角
mv B eR
mv Fe evB R
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电磁偏转示意图
6.1 引言
el 令 A mv
为常数，可得偏转角为：
sin ห้องสมุดไป่ตู้AB
第六章 电视成像原理
6.1 引言
电视是根据人眼视觉特性，以一定的信号形式实时传送活 动景物（或图像）的技术。
摄像部分，利用摄像管的光电效应，将景物随时间和空间 变化的光信息变成电信号；电信号通过一定的途径传输到接 收端，再由显示设备显示出原景物。显像部分一般利用荧光 材料或液晶的电光效应，将电信号重新还原成对应的光图像。
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帧周期应为行周期的整数倍Z，Z足够大 时，人眼将分辨不出行扫描光栅结构
6.1 引言
为了使图像均匀清晰，电视系统在逆程期间不传送图像信 号，采用消隐脉冲截止扫描电子束，使逆程无扫描线。 为了提高传输效率，应使正程时间远大于逆程时间。 我国电视广播技术体制规定：行逆程系数约为 18 ％，即 THR/TH~18%，帧逆程系数约为8％， TFR/TF~8%。 隔行扫描 一帧图像逐行扫描完成后，整个屏幕亮一次。根据人眼视 觉惰性及临界闪烁频率，在保证无闪烁感的条件下，要求电 视屏幕每秒钟亮的次数须在48次以上。
行扫描过程中，电子束从左到右的扫描称为行正程扫描， 所需时间THS；电子束从右到左的扫描称为行逆程扫描，所需 时间THR；行扫描周期TH=THS+THR，行扫描频率fH=1/TH。 电子束从上到下 的扫描称为帧正 程扫描，所需时 间 TFS ；电子束从 下到上的扫描称 为帧逆程扫描， 所需时间 TFR ；所 以，帧扫描周期 TF=TFS+TER ， 帧 扫 描 频 率 fF=1/TF 。
B f ( x, y, t )
(6-1)
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6.1 引言
图像帧 电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了 一个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许多像素组成， 帧是构成活动图像的最小单元。 扫描
将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程称为 扫描。扫描的过程和我们读书时视线从左到右、自上而下依 次进行的过程类似，扫完第一幅后扫第二幅，如此循环。
静电偏转
静电偏转是靠加在偏转板上的锯齿波电压，并在偏转板之 间形成电场E而使电子束受力产生偏转。电场力为：
Fe eE
式中e为电子的电荷。
(6-2)
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6.1 引言
电磁偏转
电磁偏转是靠偏转线圈中所通过的电流形成磁场，使电子 在磁场中运动受力而偏转，其偏转方向由电磁学的左手定则 确定。磁场力为：