第三讲 图像成像及显像知识

第三讲图像成像及显像知识

1. 视觉暂留效应

人的眼睛有一个重要的特性是视觉惰性，即光像一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光像的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留现象。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0．05至0．2秒。视觉暂留现象是近代电影与电视的基础，因为运动的视频图像都是运用快速更换静态图像来得到的。正因为人眼具有视觉暂留的特性，我们的眼睛在看任何东西时，都会产生一种很短暂的记忆。把这些记忆记下来，连结在一起，我们就会看到动作，从而在大脑中形成图像内容连续运动的错觉。这也是目前卡通动画，计算机动画的基本原理。我国采用PAL制的电视制式，即每秒钟传送25幅（帧）图像，每幅图像又分两次（场）扫描，从而实现活动图像的传送。根据视觉暂留现象，当一幅图像消失后，人眼对图像亮度的感觉并不立即消失，而有瞬时的保留，然后才逐渐消失，若每两幅图像出现的时间间隔小于人眼视觉暂留的时间（0.1s），人们就能看到流畅变化的电视画面。

2. 三基色原理

在日常生活中，当我们走近看电视屏幕或是用放大镜看电视屏幕，你会发现彩色图像是由很多红绿蓝三点构成。这是利用人眼空间细节分辨力差的特点，将三种基色光分别投射在同一表面的红绿蓝三个荧光粉上，因点距很小，人眼就会产生三基色光混合后的彩色感觉，这就是空间相加混色法。人们在进行混色实验时发现：自然界中出现的各种彩色，几乎都可以用某三种单色光以不同比例混合而得到。具有这种特性的三个单色光叫基色光，这三种颜色叫三基色。电视技术中使用的三基色是红、绿、蓝三色，其主要原因是人眼对这三种颜色的光最敏感，且用红、绿、蓝三色混合相加可以配出较多的彩色。根据三基色原理，我们只需要把要传送的各种彩色分解成红、绿、蓝三种基色，然后再将它们转变成三种电信号进行传送。在接收端，用彩色显像管将这三种电信号分别转换成红、绿、蓝三色光，就能重显原来的彩色图像。利用三基色原理，将彩色分解和重现，实现视觉上的各种彩色，是彩色图像显示和表达的基本方法。

3. 电视成像及传像原理

我们看到的是彩色图像，彩色是光的一种属性，没有光就没有彩色。在光的照射下，人们通过眼睛感觉到各种物体的彩色，这些彩色是人眼特性和物体客观特性的综合效果。电视技术就是根据人眼的视觉特性来传送和接受彩色图像的。在太阳光的照射下，人们可以看到五彩缤纷的大自然景物。由物理学的光学理论可知，光是一种以电磁波形式存在的物质。凡是能引起人眼视觉反应的电磁波称为可见光，即波长在380-780nm之间的电磁波，通过人眼，能够辨别光线的亮度和颜色。对于彩色光可以用亮度、色调和饱和度三个物理量来描述。在电视技术中，传输彩色图像，实质上就是传输图像的亮度和色度。

电视是根据人眼的视觉暂留特性和视觉心理，运用电子技术和光电技术，传送活动图像和声音信息的系统。通常由摄像、传输、显像三部分组成。我们先用摄像机将景物随时间和空间变化的光图像转换为电信号，即光信号转换为电信号，然后经过放大、调制等过程，将图像电信号调制在一个高频载波上，通过天线以无线电波的形式发送出去。在接收端（电视机）利用显像器件把电信号还原成光信号，重现人眼看得见的图像信息。由此可知，电视传像的

基本过程是通过光-电变换、信号传送、电-光变换而实现的。

4. 图像的清晰度与分辨率

图像清晰度（Picture Definition）和图像分辨力（Picture Resolution）是行业标准SJ/T 11324-2006和SJ/T 11346-2006中提出的两个参数，是描述显示设备对图像细节重现能力的重要指标。

图像清晰度指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度，规定用屏幕上能分辨清楚的最高线数来表示，单位是“电视行(TV Line)”也称电视线。电视和录像通常用清晰度来比较图像的质量，而摄像机一般使用分解力一词来衡量它。在PAL制的电视广播中，一幅图像在垂直方向上有625行，似乎垂直清晰度就等于625TV线，但由于场消隐以及电子束扫描误差和聚焦误差的影响，垂直清晰度总是小于每幅图像的实际扫描行数，一般介于有效扫描行数的0.5—1倍之间，通常为65%左右，因此，垂直清晰度≈625×0.65，大约是400TV线。对于4：3的图像模式，水平清晰度≈400×4/3，大约是533TV线。在实际工程中，通常将有效垂直清晰度计为576行，水平清晰度为720行。

分辨率与清晰度不同，是指在摄录、传输和显示过程中所使用的图像质量记录指标，以及显示设备自身具有的表现图像细致程度的固有屏幕结构，具体来说就是指单幅图像信号的扫描格式和显示设备的像素规格，其单位不是“电视线”，而是“像素”。像素是组成图像的最小单位，在黑白电视中像素是一个黑点，在彩色电视中像素则由红、绿、蓝三色的三元组组成，构成一幅图像的像素越多，图像就越清晰、逼真。图像信号的分辨率和显示设备的分辨率是由制式和规格决定的，其数值固定不变。

在知道图像的清晰度之后，我们可以大致推算出图像的分辨率，用“水平像素×垂直像素”来表示，例如PAL制电视标准分辨率为720×576。我们现在看的电视，尽管色彩鲜艳、画面逼真，但是，在图像的清晰度、层次细腻程度和稳定性方面还不能令人满意，特别是大屏幕电视、投影电视，越是靠近观看越觉得不清晰。这是因为目前的电视画面还不能满足人眼分辨图像细节能力的要求。人的视力需要电视图像的实际扫描行数要在900行以上才能满足人眼分辨能力的要求，这时看起来画面才显得层次清晰、细腻，这种能满足人眼分辨能力要求的电视就是我们常说的高清晰度电视，其画面可提供相当于标准清晰度电视画面五倍的信息量，具有更高的图像清晰度和分辨率。高清晰度电视采用16∶9的图像模式，而不是传统的4∶3模式，标准清晰度电视则采用兼容16∶9和4∶3模式。

5. 电视制式

完成模拟电视信号的发送和接收，需要采取某种特定的方式来实现，这种特定的方式就是彩色电视制式，根据模拟电视信号的编码和高频调制方式的不同，目前世界上主要有PAL制、NTSC制和SECAM制。中国、德国、英国及非洲一些国家采用PAL制；美国、日本、加拿大等国采用NTSC制；前苏联、法国和东欧一些国家采用SECAM制。目前国内的大部分电视机、影碟机都兼有PAL、NTSC制。

PAL制，每秒钟传送25幅（帧）画面，电视扫描线为625线，奇场在前，偶场在后，标准的数字化PAL电视标准分辨率为720×576，24比特的色彩位深，画面的宽高比为4：3。