图像信号系统原理第1章

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1、第一章第一章 电视基础知识电视基础知识 电视：用电子学的方法传送和重现活动图像的技术电视：用电子学的方法传送和重现活动图像的技术 。1-1电子扫描电子扫描 问题：怎样将图像信息变成电信号？问题：怎样将图像信息变成电信号？ 1.1.1 像素的概念像素的概念 将一幅图像分解为许多细小的局部单元，将这种将一幅图像分解为许多细小的局部单元，将这种小单元称为像素。即图像由像素排列而成，人眼通过小单元称为像素。即图像由像素排列而成，人眼通过像素之间视觉感受的差异来分辨图像信息。像素之间视觉感受的差异来分辨图像信息。 像素：组成一幅图像的基本单元，没有内部结构，只有像素：组成一幅图像的基本单元，没有内部结构

2、，只有确定的亮度和颜色。确定的亮度和颜色。 例：图像与像素例：图像与像素实物的像素趋于无穷小。实物的像素趋于无穷小。 一幅图像的像素为有限大，有限多。一幅图像的像素为有限大，有限多。 一帧图像：一帧图像：一幅平面图像上所有像素的集合。一幅平面图像上所有像素的集合。 图像的像素越小，像素密度越大，图像清晰图像的像素越小，像素密度越大，图像清晰度越高，包含的信息量越多。可见，像素的概念度越高，包含的信息量越多。可见，像素的概念可描述图像所载的信息量。可描述图像所载的信息量。 静止平面图像：静止平面图像： 每个像素的视觉特征（亮度和色彩）不随时每个像素的视觉特征（亮度和色彩）不随时间变化，只与其所在

3、的空间位置有关，可表示为间变化，只与其所在的空间位置有关，可表示为二维空间函数：二维空间函数： ),(yxfY 活动平面图像：每个像素的视觉特征都可随时间变化，即活动平面图像：每个像素的视觉特征都可随时间变化，即 ),(tyxfY 静止图像的传送：静止图像的传送：传送过程中，两边的开关必须密切配合。传送过程中，两边的开关必须密切配合。 按顺序将所有像素的特征信息传送一遍按顺序将所有像素的特征信息传送一遍 上述传送图像的方法称为上述传送图像的方法称为“扫描扫描” 活动图像的传送：活动图像的传送： 为使传送的信号能不失真地还原出原图像，要求为使传送的信号能不失真地还原出原图像，要求1/T 大大于像

4、素变化最大频率的于像素变化最大频率的2倍（奈奎斯特定理）。倍（奈奎斯特定理）。 要控制每个像素独立地随时间变化是很困难的，因为不可要控制每个像素独立地随时间变化是很困难的，因为不可能对每一个像素建立一个信号传送通道。如果每一个像素有能对每一个像素建立一个信号传送通道。如果每一个像素有一个信号传送通道，每个通道需要有一套转换和还原系统。一个信号传送通道，每个通道需要有一套转换和还原系统。 如果采用扫描抽样的方式获得图像信息，就可以只用一个如果采用扫描抽样的方式获得图像信息，就可以只用一个信号通道，如果要求信息不损失地传送，在抽样时就需要满信号通道，如果要求信息不损失地传送，在抽样时就需要满足足“

5、奈奎斯特定理奈奎斯特定理”。如果传送一帧的时间为。如果传送一帧的时间为 T，则，则 T 为对为对一个像素信号的一个像素信号的“抽样时间抽样时间”。 抽样和扫描传送的图像具有间断性，而实际要求在图抽样和扫描传送的图像具有间断性，而实际要求在图像还原时是连续变化的。像还原时是连续变化的。根据人眼特性进行的传送方案根据人眼特性进行的传送方案人眼对亮度感觉的出现和消失有一个滞后时间人眼对亮度感觉的出现和消失有一个滞后时间（暂留时间），约（暂留时间），约0.05s 0.2s，只要两幅间断图像的，只要两幅间断图像的间隔时间小于这个时间，人眼就会感到画面是连续的，间隔时间小于这个时间，人眼就会感到画面是连续

6、的，变化的也是连续的，不会有间断的感觉。变化的也是连续的，不会有间断的感觉。 因此抽样时间因此抽样时间 T 可由暂留时间来确定，而不用可由暂留时间来确定，而不用奈奎斯特定理。奈奎斯特定理。 视觉惰性：视觉惰性：只要按扫描的顺序还原每个像素，只要抽样速度只要按扫描的顺序还原每个像素，只要抽样速度足够快，人眼就能感觉到正常的活动图像。足够快，人眼就能感觉到正常的活动图像。活动图像还原的真实感活动图像还原的真实感 当图像变化过快时，人眼对快速变化图像细节当图像变化过快时，人眼对快速变化图像细节的分辨能力下降，人眼看到的是不清晰的图像。如的分辨能力下降，人眼看到的是不清晰的图像。如果按奎斯特定理传送完

7、整的图像信息，人眼看到的果按奎斯特定理传送完整的图像信息，人眼看到的图像仍是不清晰的。图像仍是不清晰的。 因此，当图像变化过快时，在抽样时间不变时，因此，当图像变化过快时，在抽样时间不变时，信息的传送率下降，故信息传送虽不完整，但并不信息的传送率下降，故信息传送虽不完整，但并不对视觉的真实感产生影响。对视觉的真实感产生影响。1.1.2 光电与电光变换光电与电光变换1、摄像管与光电转换、摄像管与光电转换 摄像管：是将光信号转换成电信号的器件，由光学摄像管：是将光信号转换成电信号的器件，由光学 成像系统、光电靶、电子扫描系统组成。成像系统、光电靶、电子扫描系统组成。 电源电源 E、负载、负载 R、

8、光电靶、电子束、阴极形成一个回路，光电、光电靶、电子束、阴极形成一个回路，光电靶相当于一个电阻，其大小与电子束打击处的光照强度有关。靶相当于一个电阻，其大小与电子束打击处的光照强度有关。 阴极射线管阴极射线管Cathode Ray Tube (CRT)2、显像管与电光转换、显像管与电光转换 显像管：是将电信号还原成图像信号的器件，由电子枪、荧显像管：是将电信号还原成图像信号的器件，由电子枪、荧 光屏、电子偏转扫描系统组成。光屏、电子偏转扫描系统组成。 显像管因电子束打显像管因电子束打击荧光粉而发光。击荧光粉而发光。 电子束的强弱由图像电信号控制，打到电子束的强弱由图像电信号控制，打到荧光屏上发

9、出可见光，电子束的扫描由偏荧光屏上发出可见光，电子束的扫描由偏转系统控制，并与摄像管的扫描同步。转系统控制，并与摄像管的扫描同步。 1.1.3 电子扫描电子扫描 电子束偏转控制器：偏转线圈电子束偏转控制器：偏转线圈 行行(水平水平)偏转：使电子束在水平方向上往复运动。偏转：使电子束在水平方向上往复运动。 场场(竖直竖直)偏转：使电子束在竖直方向上往复运动。偏转：使电子束在竖直方向上往复运动。 行偏转线圈：产生竖直方向的磁场线，线圈中电流用行偏转线圈：产生竖直方向的磁场线，线圈中电流用iH 表示，电子束偏转的大小由表示，电子束偏转的大小由iH的大小决定。的大小决定。 场偏转线圈：产生水平方向的磁

10、场线，线圈中电流用场偏转线圈：产生水平方向的磁场线，线圈中电流用iV 表示，电子束偏转的大小由表示，电子束偏转的大小由iV的大小决定。的大小决定。 扫描线圈扫描线圈 行偏转线圈行偏转线圈场偏转线圈场偏转线圈磁场磁场当当 iH 0、iV = 0 时，只有一条水平亮线时，只有一条水平亮线 ( iH在一定范围内变化在一定范围内变化) 当当 iH =0、iV 0时，只有一条竖直亮线时，只有一条竖直亮线 ( iV在一定范围内变化在一定范围内变化) 当当 iH 0、iV 0时，则产生一行行的扫描线时，则产生一行行的扫描线光栅。光栅。 扫描光栅扫描光栅1、逐行扫描、逐行扫描 扫描行的顺序与像素行的顺序相同。

11、扫描电流扫描行的顺序与像素行的顺序相同。扫描电流波形为锯齿波。波形为锯齿波。 电子扫描规定和要求电子扫描规定和要求 1、图像在扫描正程期间显示，在逆程期间，电、图像在扫描正程期间显示，在逆程期间，电子束截止，没有电子打到荧光屏上。子束截止，没有电子打到荧光屏上。 2、THS THR，TVS TVR3、扫描电流波形的正程要求为直线、扫描电流波形的正程要求为直线 当扫描正程波形不是直线时，将产生图像的当扫描正程波形不是直线时，将产生图像的失真，称为非线性失真。失真，称为非线性失真。 4、当扫描电流幅度不足时，将产生图像的压缩失真。、当扫描电流幅度不足时，将产生图像的压缩失真。 非线性失真非线性失真