第2章(电视原理与接收技术).ppt

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1、国防工业出版社国防工业出版社赵坚勇赵坚勇 编著编著电视原理与接收技术电视原理与接收技术电视图像传送原理电视图像传送原理 第第2章章 内容提要内容提要 本本章章介介绍绍电电视视图图像像的的传传送送原原理理，主主要要内内容容包包括括电电视视传传像像原原理理、电电视视图图像像基基本本参参数数和和黑黑白白全全电电视视信信号号的的组成。组成。跳至目录跳至目录 知识要点逐行扫描和隔行扫描；逐行扫描和隔行扫描；CCDCCD摄像机的光电转换摄像机的光电转换图像宽高比、场频和行数；图像宽高比、场频和行数；图像信号；图像信号；消隐脉冲和同步脉冲；消隐脉冲和同步脉冲；开槽脉冲和均衡脉冲；开槽脉冲和均衡脉冲；黑白全电

2、视信号。黑白全电视信号。教学建议 要求了解活动图像分解为一连串的静止图像，静止图要求了解活动图像分解为一连串的静止图像，静止图像又分解为像素的顺序传送原理。像又分解为像素的顺序传送原理。掌握逐行扫描和隔行扫描，隔行扫描是本章难点。掌握逐行扫描和隔行扫描，隔行扫描是本章难点。熟悉面阵熟悉面阵CCD的三种基本型式、帧积累方式和场积累的三种基本型式、帧积累方式和场积累方式。方式。了解图像宽高比、场频和行数三个参数选取依据，掌了解图像宽高比、场频和行数三个参数选取依据，掌握三个选取的参数。握三个选取的参数。熟悉正极性图像信号和负极性图像信号的定义。熟悉正极性图像信号和负极性图像信号的定义。掌握消隐脉冲

3、和同步脉冲，了解行频稍高、稍低时产生掌握消隐脉冲和同步脉冲，了解行频稍高、稍低时产生的现象，了解场频稍高、稍低时产生的现象的现象，了解场频稍高、稍低时产生的现象 熟悉开槽脉冲和均衡脉冲。熟悉开槽脉冲和均衡脉冲。掌握黑白全电视信号。掌握黑白全电视信号。建议学时数为建议学时数为5学时学时2.1 2.1 电视传像原理电视传像原理2.2 2.2 电视图像基本参数电视图像基本参数2.3 2.3 黑白全电视信号的组成黑白全电视信号的组成 2.1 2.1 电视传像原理电视传像原理 电视广播用无线电波传送活动图像和伴音，电视广播用无线电波传送活动图像和伴音，传送伴音要把随时间变化的声能变成电信号传传送伴音要把

4、随时间变化的声能变成电信号传送出去，接收机再把电信号转换为声音。图像送出去，接收机再把电信号转换为声音。图像的亮度信息与空间位置有关且随时间变化，要的亮度信息与空间位置有关且随时间变化，要传送活动图像，在发送端要把亮度信息从空间、传送活动图像，在发送端要把亮度信息从空间、时间的多变量函数变成时间的单变量函数电信时间的多变量函数变成时间的单变量函数电信号。号。人眼的分辨力是有限的，当人眼看图像上两个点构成的人眼的分辨力是有限的，当人眼看图像上两个点构成的视角小于视角小于1 1分时，眼睛已不能将这两点区分开来。根据这一视分时，眼睛已不能将这两点区分开来。根据这一视觉特性，我们可以将一幅空间上连续的

5、黑白图像分解成许多小觉特性，我们可以将一幅空间上连续的黑白图像分解成许多小单元，这些小单元面积相等、分布均匀，明暗程度不同。大量单元，这些小单元面积相等、分布均匀，明暗程度不同。大量的单元组成了电视图像，这些单元称为像素。报纸上的照片就的单元组成了电视图像，这些单元称为像素。报纸上的照片就是这样构成的，在近距离仔细观察时，画面由许多小黑点组成；是这样构成的，在近距离仔细观察时，画面由许多小黑点组成；当离开一定距离观看时，看到的是一幅完整的照片。单位面积当离开一定距离观看时，看到的是一幅完整的照片。单位面积上的像素数越多，图像越清晰。一幅高质量的图像有几十万个上的像素数越多，图像越清晰。一幅高质

6、量的图像有几十万个像素，要用几十万个传输通道来同时传送图像信号是不可能的，像素，要用几十万个传输通道来同时传送图像信号是不可能的，由于人眼的视觉惰性，可以把图像上各像素的亮度信号按从左由于人眼的视觉惰性，可以把图像上各像素的亮度信号按从左到右、从上到下的顺序一个一个地传送。电视接收机按发送端到右、从上到下的顺序一个一个地传送。电视接收机按发送端的顺序依次将电信号转换成相应亮度的像素，只要在视觉暂留的顺序依次将电信号转换成相应亮度的像素，只要在视觉暂留时间里完成一幅图像所有像素的电光转换，那么人眼感觉到的时间里完成一幅图像所有像素的电光转换，那么人眼感觉到的是一幅完整的图像。是一幅完整的图像。利

7、用视觉惰性，我们同样可以把连续动作分解为利用视觉惰性，我们同样可以把连续动作分解为一连串稍有差异的静止图像。电影就是每秒放映一连串稍有差异的静止图像。电影就是每秒放映24242 2幅稍有差异的静止画面来得到活动图像的，电视采用幅稍有差异的静止画面来得到活动图像的，电视采用每秒传送每秒传送5050幅稍有差异的电视画面来得到连续动作的幅稍有差异的电视画面来得到连续动作的效果。效果。利用人眼的视觉惰性和有限分辨力，活动图像可利用人眼的视觉惰性和有限分辨力，活动图像可分解为一连串的静止图像，静止图像又可分解为像素，分解为一连串的静止图像，静止图像又可分解为像素，只要在只要在1/50s1/50s时间里，

8、发送端依次对一幅图像所有像素时间里，发送端依次对一幅图像所有像素的亮度信息进行光电转换，接收端依次重现相应亮度的亮度信息进行光电转换，接收端依次重现相应亮度的像素，就可以完成活动图像的传输。这种将图像分的像素，就可以完成活动图像的传输。这种将图像分解成像素后顺序传送的方法叫做顺序传送原理。解成像素后顺序传送的方法叫做顺序传送原理。2.1.1 2.1.1 逐行扫描逐行扫描2.1.2 2.1.2 隔行扫描隔行扫描2.1.3 CCD2.1.3 CCD摄像机的光电转换摄像机的光电转换 2.1.1 2.1.1 逐行扫描逐行扫描 在电视发送端用摄像器件实现光电转换，在接在电视发送端用摄像器件实现光电转换，

9、在接收端用显像管实现电光转换。荧光粉在电子束的冲收端用显像管实现电光转换。荧光粉在电子束的冲击下会发光，将其涂在玻璃屏上构成电视显像管的击下会发光，将其涂在玻璃屏上构成电视显像管的荧光屏。荧光屏的发光强弱取决于冲击电子的数量荧光屏。荧光屏的发光强弱取决于冲击电子的数量与速度，只要用代表图像的电信号去控制电子束的与速度，只要用代表图像的电信号去控制电子束的强弱，再按规定的顺序扫描荧光屏，便能完成由电强弱，再按规定的顺序扫描荧光屏，便能完成由电到光的转换，重现电视图像。显像管中的电子束扫到光的转换，重现电视图像。显像管中的电子束扫描是通过水平偏转线圈和垂直偏转线圈实现的，详描是通过水平偏转线圈和垂

10、直偏转线圈实现的，详见见7.1.27.1.2节。在水平偏转线圈所产生的垂直磁场作用节。在水平偏转线圈所产生的垂直磁场作用下，电子束沿着水平方向扫描，叫做行扫描。同时下，电子束沿着水平方向扫描，叫做行扫描。同时在垂直偏转线圈所产生的水平磁场作用下，电子束在垂直偏转线圈所产生的水平磁场作用下，电子束作垂直方向扫描，叫做帧扫描。作垂直方向扫描，叫做帧扫描。假假定定在在水水平平偏偏转转线线圈圈里里通通过过如如图图2-1(a)2-1(a)所所示示的的锯锯齿齿形形电电流流，t0t0t1t1期期间间电电流流线线性性增增长长时时，电电子子束束在在垂垂直直偏偏转转磁磁场场的的作作用用下下从从左左向向右右作作匀匀

11、速速扫扫描描叫叫做做行行扫扫描描正正程程，t1t1时时刻刻正正程程结结束束时时，电电子子束束扫扫到到屏屏幕幕的的最最右右边边。t1t1t2t2期期间间偏偏转转电电流流快快速速线线性性减减小小，电电子子束束从从右右向向左左迅迅速速扫扫描描，叫叫做做行行扫扫描描逆逆程程，t2t2时时刻刻逆逆程程结结束束时时，电电子子束束又又回回扫扫到到屏屏幕幕的的最最左左边边，电电子子束束在在水水平平方方向向往往返返一一次次所所需需的的时时间间为为行行扫扫描描周周期期(T(TH H)。行行扫扫描描周周期期THTH等等于于行行正正程程时时间间THFTHF和和行行逆逆程程时时间间THRTHR之之和。行扫描周期的倒数就

12、是行扫描频率和。行扫描周期的倒数就是行扫描频率fHfH。图图2-12-1逐行扫描电流和光栅逐行扫描电流和光栅t ti iH H(a)(a)行扫描电流行扫描电流(b)(b)帧扫描电流帧扫描电流(a)(a)t2t2(b)(b)T THFHFt6t6i i Z Zt0t0T TZFZFT TZRZRT TZ Z(c)(c)(c)(c)扫描光栅扫描光栅图图2-12-1逐行扫描电流和光栅逐行扫描电流和光栅t ti iH H(a)(a)行扫描电流行扫描电流(b)(b)帧扫描电流帧扫描电流(a)(a)t1t1(b)(b)T THRHRT TH Hi i Z Zt0t0t5t5T TZFZFT TZRZRT

13、TZ Z(c)(c)t4t4(c)(c)扫描光栅扫描光栅t0t0t3t3t7t7t8t8t9t9t10t10t0t0t1t1t2t2t3t3t4t4t5t5t6t6t7t7t8t8t9t9t10t10 假定在垂直偏转线圈里通过如图假定在垂直偏转线圈里通过如图2-1(b)2-1(b)所示的锯齿形电流，所示的锯齿形电流，电子束在水平偏转磁场的作用下将产生自上而下，再自下而上电子束在水平偏转磁场的作用下将产生自上而下，再自下而上扫描，形成帧扫描正程和逆程，帧扫描的周期扫描，形成帧扫描正程和逆程，帧扫描的周期T TZ Z等于帧正程时等于帧正程时间间T TZFZF和帧逆程时间和帧逆程时间T TZRZR之

14、和。帧扫描周期的倒数就是帧扫描频率之和。帧扫描周期的倒数就是帧扫描频率f fZ Z。帧扫描频率。帧扫描频率f fZ Z远低于行扫描频率远低于行扫描频率f fH H。如果把行偏转电流如果把行偏转电流i iH H和帧偏转电流和帧偏转电流i iZ Z同时分别通入水同时分别通入水平和垂直偏转线圈里，那么，在水平偏转磁场和垂直偏转磁场平和垂直偏转线圈里，那么，在水平偏转磁场和垂直偏转磁场共同作用下，电子束同时沿水平方向和垂直方向扫描，在屏幕共同作用下，电子束同时沿水平方向和垂直方向扫描，在屏幕上显示出如图上显示出如图2-12-1（c c）所示的光栅。由于行扫描时间比帧扫描）所示的光栅。由于行扫描时间比帧

15、扫描时间短得多，整个屏幕高度有时间短得多，整个屏幕高度有600600多条扫描线，所以电视机的多条扫描线，所以电视机的扫描线看起来是水平直线。这种扫描方式电子束从图像上端开扫描线看起来是水平直线。这种扫描方式电子束从图像上端开始，从左到右、从上到下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行地始，从左到右、从上到下以均匀速度依照顺序一行紧跟一行地扫完全帧画面，称为逐行（扫完全帧画面，称为逐行（progressiveprogressive）扫描。）扫描。逆程扫描线会降低图像质量，故在行、逆程扫描线会降低图像质量，故在行、帧逆程期间用消隐脉冲截止扫描电子束，使逆帧逆程期间用消隐脉冲截止扫描电子束，使逆程扫描线消失

16、。为了提高效率，正程扫描时间程扫描线消失。为了提高效率，正程扫描时间应占整个扫描周期的大部分，电视标准规定了应占整个扫描周期的大部分，电视标准规定了行逆程系数行逆程系数和帧逆程系数和帧逆程系数：=T=THRHR/T/TH H=18%=18%=T =TZRZR/T/TZ Z=8%=8%在逐行扫描中，所有帧的光栅都应相互在逐行扫描中，所有帧的光栅都应相互重合，这就要求帧扫描周期重合，这就要求帧扫描周期T TZ Z是行扫描周期是行扫描周期T TH H的整数倍，也就是每帧的扫描行数的整数倍，也就是每帧的扫描行数Z Z为整数，为整数，T TZ Z=Z=ZTHTH，f fH H=ZfZfZ Z。2.1.2

17、 2.1.2 隔行扫描隔行扫描 电视图像为了保证有足够的清晰度，扫描行数需在电视图像为了保证有足够的清晰度，扫描行数需在600600左右；为了保证不产生闪烁感觉，帧扫描频率应在左右；为了保证不产生闪烁感觉，帧扫描频率应在48Hz48Hz以上，以上，这样图像信号的频带很宽，使设备复杂化。隔行这样图像信号的频带很宽，使设备复杂化。隔行（interlacinginterlacing）扫描在不增加带宽的前提下，保证有足够）扫描在不增加带宽的前提下，保证有足够的清晰度又避免了闪烁现象。的清晰度又避免了闪烁现象。隔行扫描就是把一帧图像分成两场来扫，第一场扫描隔行扫描就是把一帧图像分成两场来扫，第一场扫描1

18、 1、3 3、5 5等奇数行，称为奇数场。第二场扫描等奇数行，称为奇数场。第二场扫描2 2、4 4、，、，6 6等等偶数行，称为偶数场。每帧图像经过两场扫描，所有像素全偶数行，称为偶数场。每帧图像经过两场扫描，所有像素全部扫完。偶数场扫描线正好嵌在奇数场扫描线的中间，如图部扫完。偶数场扫描线正好嵌在奇数场扫描线的中间，如图2-22-2（c c）所示。我国电视标准规定，每秒传送）所示。我国电视标准规定，每秒传送2525帧，每帧图帧，每帧图像为像为625625行，每场扫描行，每场扫描312.5312.5行，每秒扫描行，每秒扫描5050场。场频为场。场频为50Hz50Hz，不会有闪烁现象，一帧由两场

19、复合而成，每帧画面仍为，不会有闪烁现象，一帧由两场复合而成，每帧画面仍为625625行，图像清晰度没有降低，而频带却压缩一半。行，图像清晰度没有降低，而频带却压缩一半。图图2-22-2隔行扫描电流和光栅隔行扫描电流和光栅t ti iH H(a)(a)行扫描电流行扫描电流(b)(b)场扫描电流场扫描电流(a)(a)(b)(b)t0t06 6(c)(c)扫描光栅扫描光栅9 94 43 37 78 84 4(c)(c)1 11 13 32 22 25 55 56 67 7 7 78 89 91010101011111111121212121313131314141414151515151616171

20、71717181818181616i iV V 图图2-22-2（a a）是是行行扫扫描描电电流流波波形形，图图2-2-2 2（b b）是是场场扫扫描描电电流流波波形形，为为简简化化，图图中中未未画画出出行行、场场扫扫描描的的逆逆程程时时间间；一一帧帧光光栅栅由由9 9行行组组成成，图图2-22-2（c c）中中奇奇数数场场光光栅栅用用实实线线表表示示，偶偶数数场场光光栅栅用用虚虚线线表表示示；奇奇数数场场结结束束时时正正好好扫扫完完第第5 5行行的的前前半半行行，偶偶数数场场一一开开始始扫扫第第5 5行行的的后后半半行行，偶偶数数场场第第一一整整行行(第第6 6行行)起起始始时时垂垂直直方方

21、向向正正好好扫扫过过半半行行，插插在在第第1 1行行和和第第2 2行行的的中中间间，形形成成隔隔行行扫扫描描。由由此此可可见见，隔隔行行扫扫描描要要将将偶偶数数场场光光栅栅嵌嵌在在奇数场光栅中间，每帧的扫描行数必须是奇数。奇数场光栅中间，每帧的扫描行数必须是奇数。隔行扫描存在下列缺点：隔行扫描存在下列缺点：行间闪烁效应：行间闪烁效应：从电视图像整体来看，隔行扫描后图从电视图像整体来看，隔行扫描后图像场频保持像场频保持50Hz50Hz，高于临界闪烁频率，观看时不会感觉到闪烁。，高于临界闪烁频率，观看时不会感觉到闪烁。但当图像中有一行亮线时，每秒只出现但当图像中有一行亮线时，每秒只出现2525次，

22、低于临界闪烁频次，低于临界闪烁频率，会感到闪烁，这叫行间闪烁。率，会感到闪烁，这叫行间闪烁。并行现象：并行现象：并行现象有真实并行和视在并行。在隔行并行现象有真实并行和视在并行。在隔行扫描中，要求行、场扫描频率保持一定的关系，否则两场光栅扫描中，要求行、场扫描频率保持一定的关系，否则两场光栅不能均匀相嵌，最坏的情况奇、偶两场光栅重合就是真实并行，不能均匀相嵌，最坏的情况奇、偶两场光栅重合就是真实并行，这时图像清晰度降低一半。当图像上有一物体垂直方向运动速这时图像清晰度降低一半。当图像上有一物体垂直方向运动速度恰好是一场时间下移一行距离时，该物体后一场图像与前一度恰好是一场时间下移一行距离时，该

23、物体后一场图像与前一场相同，当观察者的视线随运动物体移动时，看起来是两行并场相同，当观察者的视线随运动物体移动时，看起来是两行并成了一行，图像清晰度下降，这被称为视在并行。成了一行，图像清晰度下降，这被称为视在并行。垂直边沿锯齿化现象：垂直边沿锯齿化现象：当图像上有物体水平方向运动当图像上有物体水平方向运动速度足够大时，因隔行分场传送，相邻两行在时间上相差，结速度足够大时，因隔行分场传送，相邻两行在时间上相差，结果运动物体图像垂直边缘出现锯齿，锯齿深度就是物体在一场果运动物体图像垂直边缘出现锯齿，锯齿深度就是物体在一场时间内水平方向移动的距离。时间内水平方向移动的距离。2.1.3 CCD2.1

24、.3 CCD摄像机的光电转换摄像机的光电转换 8080年代，年代，CCD(ChargeCCD(Charge Coupled Devices Coupled Devices电电荷耦合器件荷耦合器件)制成的固体摄像机已经实用，固制成的固体摄像机已经实用，固体摄像机的寿命很长，能够经受强烈的震动而体摄像机的寿命很长，能够经受强烈的震动而不损坏，工作电压又很低，体积小重量轻，而不损坏，工作电压又很低，体积小重量轻，而且均匀性好，几乎没有几何失真，这些突出的且均匀性好，几乎没有几何失真，这些突出的优点使优点使CCDCCD固体摄像机现在完全代替了真空摄固体摄像机现在完全代替了真空摄像管摄像机。像管摄像机。

25、1.1.势阱势阱 如图如图2-32-3所示的由所示的由P P型半导体、二氧化硅绝缘层和型半导体、二氧化硅绝缘层和金属电极组成的金属电极组成的MOSMOS结构。在电极上未加电压之前如图结构。在电极上未加电压之前如图2-32-3（a a），），P P型半导体中的空穴均匀分布；当栅极型半导体中的空穴均匀分布；当栅极G G上上加正电压加正电压U UG G时，栅极下面的空穴受到排斥，从而形成时，栅极下面的空穴受到排斥，从而形成一个耗尽层，见图一个耗尽层，见图2-3(b)2-3(b)，当，当U UG G数值高于某一临界值数值高于某一临界值U Uthth时，在半导体内靠近绝缘层的界面处，将有自由电时，在半导

26、体内靠近绝缘层的界面处，将有自由电子出现，形成子出现，形成层很薄的反型层，反型层中电子密度层很薄的反型层，反型层中电子密度很高，通常称为沟道，如图很高，通常称为沟道，如图2-3(c)2-3(c)所示。这种所示。这种MOSMOS电极电极结构与结构与MOSMOS场效应管不同之处是没有源极和漏极，因此场效应管不同之处是没有源极和漏极，因此即使栅极电压脉冲式突变到高于临界值即使栅极电压脉冲式突变到高于临界值U Uthth，反型层也，反型层也不能立即形成，这时，耗尽层将进一步向半导体深处不能立即形成，这时，耗尽层将进一步向半导体深处延伸。延伸。(b)Ub)UG GU Uthth(b)(b)图图2-3 M

27、OS2-3 MOS结构与势阱结构与势阱反型层反型层M MO OS S(c)(c)耗尽层耗尽层金属电极金属电极SiOSiO2 2P P型型半半导导体体基片基片(a)(a)G G(c)Uc)UG GU Uthth(a)Ua)UG G=0=0 耗尽层的深度可想象成势阱的概念，当注入电耗尽层的深度可想象成势阱的概念，当注入电子形成反型层时，加在耗尽层上的电压将要下降，子形成反型层时，加在耗尽层上的电压将要下降，把耗尽层想象成一个容器把耗尽层想象成一个容器(阱阱)，这种下降可看成向，这种下降可看成向阱内倒入液体，势阱中的电子不能装到边沿。阱内倒入液体，势阱中的电子不能装到边沿。2.2.电荷的转移电荷的转

28、移(耦合耦合)图图2-42-4表示一个四相表示一个四相CCDCCD中电荷的转移，在图中电荷的转移，在图2-42-4（a a）中，）中，11是是2V2V，2244是是10V,10V,所以所以2244下面的势阱很深，电荷存在里面。在图下面的势阱很深，电荷存在里面。在图2-4(b)2-4(b)中，中，22由由10V10V变为变为2V2V，22下面的势阱变浅，所有下面的势阱变浅，所有的电荷，转移到的电荷，转移到33、44下面的势阱中，结果如图下面的势阱中，结果如图2-4(c)2-4(c)所示。在图所示。在图2-4(d)2-4(d)中，中，11由由2V2V变为变为10V10V，原，原来在来在33、44下

29、面的势阱中的电荷向右转移分布下面的势阱中的电荷向右转移分布33、44、11下面的势阱中，结果如图下面的势阱中，结果如图2-4(e)2-4(e)所所示，这整个的过程就是示，这整个的过程就是2244下面的势阱中的电下面的势阱中的电荷转移到的荷转移到的33、44、11下面的势阱中。下面的势阱中。1 2 3 4 1 21 2 3 4 1 22V 10V 2V 10V 10V10V 10V10V 2V 10V 2V 10V（a a）1 2 3 4 1 21 2 3 4 1 22V 102 10V 2V 102 10V 10V10V 2V 2V 2V2V（b b）1 2 3 4 1 21 2 3 4 1

30、22V 2V 2V2V 10V 10V 10V10V 2V 2V 2V2V（c c）（e e）1 2 3 4 1 21 2 3 4 1 210V 2V 10V 10V 2V 10V 10V10V 10V10V 2V 2V1 2 3 4 1 21 2 3 4 1 210V 2V 10V 10V 2V 10V 10V10V 210 2V 210 2V（d d）图图2-4 2-4 四相四相CCDCCD电荷的转移电荷的转移 图图2-52-5是是三三个个电电荷荷包包在在四四相相时时钟钟1144驱驱动动下下向向前前转转移移的的示示意意图图。图图2-52-5上上部部是是四四相相时时钟钟1144的的波波形形，

31、图图2-52-5下下部部第第一一行行是是电电极极，所所有有标标志志为为11的的电电极极应应全全部部连连在在一一起起接接到到11波波形形的的驱驱动动线线上上，标标志志为为22的的电电极极应应全全部部连连在在一一起起接接到到22波波形形的的驱驱动动线线上上，所所有有标标志志为为33的的电电极极应应全全部部连连在在一一起起接接到到33波波形形的的驱驱动动线线上上，标标志志为为44的的电电极极应应全全部部连连在在一一起起接接到到44波波形形的的驱驱动动线线上上。第第二二行行是是t1t1时时刻刻三三个个电电荷荷包包的的位位置置，由由四四相相时时钟钟驱驱动动，逐逐步步向向右右移移动动，t2t2t6t6各各

32、个个时时刻刻的的电电荷荷包包位位置置如如下下面面各各行行所所示示，CCDCCD中中的的电电荷荷就就这这样样在在四相时钟的驱动下向前转移。四相时钟的驱动下向前转移。11223344t1t1t2t2t3t3t4t4t5t5t6t6图图2-5 2-5 三个电荷包在时钟三个电荷包在时钟1144的驱动下向前转移的驱动下向前转移1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 41 21 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 41 2t1t1t2t2t3t3t4t4t5t5t6t6 3.3.面阵面阵CCDCCD的三种基本型式的三种基本型式 CCDCCD作为摄像机中的光电传感器，必须能作为摄像机中的光电传感器，

33、必须能接受一幅完整的光像，每个像素对应一个接受一幅完整的光像，每个像素对应一个CCDCCD光敏单元，所以光敏单元，所以CCDCCD必须排列成二维阵列的形必须排列成二维阵列的形式，称为面阵式，称为面阵CCDCCD，每列都是一个如前所述的，每列都是一个如前所述的线阵线阵CCDCCD移位寄存器，而列之间有由扩散形成移位寄存器，而列之间有由扩散形成的阻挡信号电荷的势垒叫做沟阻，可以防止电的阻挡信号电荷的势垒叫做沟阻，可以防止电荷从与转移方向相垂直的方向流走。面阵荷从与转移方向相垂直的方向流走。面阵CCDCCD有下面三种基本型式：有下面三种基本型式：FT FT型型(Frame Transfer(Fram

34、e Transfer 帧转移型帧转移型)帧转移型面阵帧转移型面阵CCDCCD如图如图2-6(a)2-6(a)所示，摄像器件分所示，摄像器件分为光敏成像区和存储区两部分，场正程期间在光敏成为光敏成像区和存储区两部分，场正程期间在光敏成像区每个单元积累信号电荷像区每个单元积累信号电荷,在场消隐期间由垂直在场消隐期间由垂直CCDCCD移位寄存器把信号电荷全部高速传送到存储区，存储移位寄存器把信号电荷全部高速传送到存储区，存储区的信号在每一行消稳期间向前推进一行，在行正程区的信号在每一行消稳期间向前推进一行，在行正程期由水平期由水平CCDCCD移位寄存器逐像素读出。移位寄存器逐像素读出。帧转移型帧转移

35、型CCDCCD在帧转移期间，全部电荷在成像区在帧转移期间，全部电荷在成像区移动，一列中的每一个像素都被这列中后面的其它像移动，一列中的每一个像素都被这列中后面的其它像素的光线照射过，因此景物中的亮点就会在图像上产素的光线照射过，因此景物中的亮点就会在图像上产生一条垂直亮带，这个现象称为拖尾。生一条垂直亮带，这个现象称为拖尾。光敏区光敏区存储区存储区(a)(a)(b)(b)(c(c)图图2-6 2-6 面阵面阵CCDCCD的三种基本型式的三种基本型式(a)(a)帧转移型面阵帧转移型面阵CCD (b)CCD (b)行间转移型面阵行间转移型面阵CCD (c)CCD (c)帧行间转移型面阵帧行间转移型

36、面阵CCDCCD光敏列光敏列存储列存储列 IT IT型型(Interline Transfer(Interline Transfer 行间转移型行间转移型)行间转移型面阵行间转移型面阵CCDCCD如图如图2-6(b)2-6(b)所示，摄像器件的所示，摄像器件的光敏成像部分和存储部分以垂直列相间的形式组合，光敏成像部分和存储部分以垂直列相间的形式组合，场正程期间在成像列积累信号电荷，场消隐期间一次场正程期间在成像列积累信号电荷，场消隐期间一次转移到相应的存储列上。存储列的信号在每一行消隐转移到相应的存储列上。存储列的信号在每一行消隐期间沿垂直方向下移一个单元，在行正程期间由水平期间沿垂直方向下移

37、一个单元，在行正程期间由水平CCDCCD移位寄存器逐像素读出信号。移位寄存器逐像素读出信号。行间转移型行间转移型CCDCCD中，电荷包在存储列中每行时间移中，电荷包在存储列中每行时间移动一行距离，经过一场才才能将全部电荷移出，虽然动一行距离，经过一场才才能将全部电荷移出，虽然存储列采用光屏蔽，但斜射光和多次反射光仍会形成存储列采用光屏蔽，但斜射光和多次反射光仍会形成假信号而产生拖尾。假信号而产生拖尾。FIT FIT型型(帧行间转移型帧行间转移型)帧行间转移型面阵帧行间转移型面阵CCDCCD如图如图2-6(c)2-6(c)所示，所示，成像区与行间转移型成像区与行间转移型CCDCCD相似，成像区与

38、存储相似，成像区与存储区的关系与帧转移型区的关系与帧转移型CCDCCD相似。相似。帧行间转移型帧行间转移型CCDCCD中电荷包从成像区向存中电荷包从成像区向存储区转移是在场消隐期间进行，而且在光屏蔽储区转移是在场消隐期间进行，而且在光屏蔽和存储列中进行，拖尾基本上不存在。和存储列中进行，拖尾基本上不存在。4.4.隔行读出隔行读出 与显像管中的隔行扫描类似，面阵与显像管中的隔行扫描类似，面阵CCDCCD的光生电的光生电荷是隔行读出的，但因为沿用真空摄像管的术语和荷是隔行读出的，但因为沿用真空摄像管的术语和叙述的方便，常常把隔行读出也说成隔行扫描。隔叙述的方便，常常把隔行读出也说成隔行扫描。隔行读

39、出有帧积累方式和场积累方式两种。行读出有帧积累方式和场积累方式两种。帧积累方式帧积累方式(Frame Integration Mode)(Frame Integration Mode)的结构如的结构如图图2-72-7所示，存储在奇数行各像素中的光生电荷在奇所示，存储在奇数行各像素中的光生电荷在奇数场读出，存储在偶数行各像素中的光生电荷在偶数场读出，存储在偶数行各像素中的光生电荷在偶数场读出，每个像素的光生电荷的积累时间是一帧数场读出，每个像素的光生电荷的积累时间是一帧时间时间1 12525秒。秒。帧积累方式的光生电荷积累时间长，上一场的光帧积累方式的光生电荷积累时间长，上一场的光生电荷保留在光

40、敏区，出现在下一场中，所以有一生电荷保留在光敏区，出现在下一场中，所以有一场时间的延迟，引起动态分辨率下降。场时间的延迟，引起动态分辨率下降。光敏光敏二极管二极管垂垂直直转转移移CCDCCD水平读出水平读出CCDCCD（b b）光敏光敏二极管二极管垂垂直直转转移移CCDCCD水平读出水平读出CCDCCD（a a）图图2-7 2-7 帧积累方式电荷转移帧积累方式电荷转移（a a）奇场）奇场 （b b）偶场）偶场 场积累方式场积累方式(Field Integration Mode)(Field Integration Mode)的结构如图的结构如图2-2-8(a)8(a)、(b)(b)所示，两个相

41、邻行的电荷加起来同时转移到垂直所示，两个相邻行的电荷加起来同时转移到垂直CCDCCD移位寄存器。隔行读出是由相加电荷的组合方式不同来移位寄存器。隔行读出是由相加电荷的组合方式不同来实现的。图实现的。图2-8(a)2-8(a)的组合方式是奇数场，图的组合方式是奇数场，图2-8(b)2-8(b)的组合的组合方式是偶数场。每个像素的光生电荷积累时间是一场时间方式是偶数场。每个像素的光生电荷积累时间是一场时间1 15050秒。秒。场积累方式有如下特点：场积累方式有如下特点：没有一场时间的延迟。没有一场时间的延迟。图像垂直边缘的闪烁减少。图像垂直边缘的闪烁减少。宽的动态范围和抗弥散性好。（弥散也称光晕，

42、开宽的动态范围和抗弥散性好。（弥散也称光晕，开花。光敏区某一点被过曝光时，电荷从势阱中溢出，流入花。光敏区某一点被过曝光时，电荷从势阱中溢出，流入相邻的势阱内，出现一种像墨水发泅那样的现象，使画面相邻的势阱内，出现一种像墨水发泅那样的现象，使画面变白。）变白。）垂直方向分辨率略有降低垂直方向分辨率略有降低。光敏光敏二极管二极管垂垂直直转转移移CCDCCD水平读出水平读出CCDCCD（b b）光敏光敏二极管二极管垂垂直直转转移移CCDCCD水平读出水平读出CCDCCD（a a）图图2-8 2-8 场积累方式电荷转移场积累方式电荷转移（a a）奇场）奇场 （b b）偶场）偶场 5.5.彩色彩色CC

43、DCCD摄像机摄像机 广播电视中常用的是三片式彩色广播电视中常用的是三片式彩色CCDCCD摄像机，被摄像机，被摄物体的光线从镜头进入摄像机后被分色棱镜分为红、摄物体的光线从镜头进入摄像机后被分色棱镜分为红、绿、蓝三路光线投射到三片绿、蓝三路光线投射到三片CCDCCD传感器上，分别进行传感器上，分别进行光电转换后变为三路电信号光电转换后变为三路电信号R R、G G、B B。应用电视中常用的是单片式彩色应用电视中常用的是单片式彩色CCDCCD摄像机，单片彩摄像机，单片彩色色CCDCCD摄像机用一个摄像机用一个CCDCCD传感器产生传感器产生R R、G G、B B三种颜色三种颜色的信号，必须用滤色器

44、将光进行分色后送到各个光敏的信号，必须用滤色器将光进行分色后送到各个光敏单元。单片单元。单片CCDCCD传感器输出信号为红、绿、蓝混合信传感器输出信号为红、绿、蓝混合信号，必须通过彩色信号分离电路分解出红、绿、蓝基号，必须通过彩色信号分离电路分解出红、绿、蓝基色信号。色信号。2.22.2电视图像基本参数电视图像基本参数 2.2.1 2.2.1 图像宽高比图像宽高比 2.2.2 2.2.2 场频场频 2.2.3 2.2.3 行数行数 2.2.12.2.1图像宽高比图像宽高比 图像宽高比也称幅型比。根据人眼的视觉特性，图像宽高比也称幅型比。根据人眼的视觉特性，视觉最清楚的范围是垂直视角为视觉最清楚

45、的范围是垂直视角为1515水平视角为水平视角为2020的一个矩形视野，因而确定电视接收机的屏幕为矩形，的一个矩形视野，因而确定电视接收机的屏幕为矩形，矩形画面的宽高比为矩形画面的宽高比为4343。矩形屏幕的大小用对角线。矩形屏幕的大小用对角线长度表示，并习惯用英寸作单位，一般家用电视机有长度表示，并习惯用英寸作单位，一般家用电视机有35cm35cm（1414英寸）、英寸）、46cm46cm（1818英寸）、英寸）、51cm51cm（2020英寸）、英寸）、74cm74cm（2929英寸）等都是指屏幕对角线长度，观看的最英寸）等都是指屏幕对角线长度，观看的最佳距离分别为佳距离分别为2m2m、2.

46、5m2.5m、3m3m、4m4m，观看距离约为屏高，观看距离约为屏高的的6 6倍，眼睛应与荧光屏中心处于同一水平线。倍，眼睛应与荧光屏中心处于同一水平线。为增强临场感与真实感，还可加大幅型比。例为增强临场感与真实感，还可加大幅型比。例如，高清晰度电视或大屏幕高质量电视要求水平视角如，高清晰度电视或大屏幕高质量电视要求水平视角加大，观看距离约为屏高的三倍，幅型比定为加大，观看距离约为屏高的三倍，幅型比定为169169。2.2.22.2.2场频场频 选择场扫描频率主要应考虑不能出现光栅选择场扫描频率主要应考虑不能出现光栅闪烁，人眼的临界闪烁频率与屏幕亮度、图像闪烁，人眼的临界闪烁频率与屏幕亮度、图

47、像内容、观看条件以及荧光粉的余辉时间等因素内容、观看条件以及荧光粉的余辉时间等因素有关，为不引起人眼的闪烁感觉，场频应高于有关，为不引起人眼的闪烁感觉，场频应高于48Hz48Hz。随着屏幕亮度提高，屏幕尺寸加大，观。随着屏幕亮度提高，屏幕尺寸加大，观看距离变近，场频应相应提高。看距离变近，场频应相应提高。场频的选择还要考虑交流电源对电视图像的影响。电视接场频的选择还要考虑交流电源对电视图像的影响。电视接收机电源滤波不良或因杂散电源磁场的影响，交流电源干扰混收机电源滤波不良或因杂散电源磁场的影响，交流电源干扰混入视频信号中使图像产生一种垂直方向的明暗变化，或呈现为入视频信号中使图像产生一种垂直方

48、向的明暗变化，或呈现为一、二条水平暗条。当电源频率与场频相同并与电源同步时，一、二条水平暗条。当电源频率与场频相同并与电源同步时，这些干扰在图像上是固定不动的，只要不太大，眼睛感觉不出这些干扰在图像上是固定不动的，只要不太大，眼睛感觉不出来；当电源频率与场频不同时，干扰图形将是移动的，以两个来；当电源频率与场频不同时，干扰图形将是移动的，以两个频率的差频向上或向下滚动，俗称频率的差频向上或向下滚动，俗称“滚道滚道”。交流电源干扰如。交流电源干扰如加在行锯齿波上，造成光栅扭曲现象。当场频与电源频率不同加在行锯齿波上，造成光栅扭曲现象。当场频与电源频率不同时，光栅不但扭曲而且摆动，很令人讨厌。因此

49、在制定电视标时，光栅不但扭曲而且摆动，很令人讨厌。因此在制定电视标准时都规定场频与本国的电网频率相同。在我国电视标准中，准时都规定场频与本国的电网频率相同。在我国电视标准中，场频选为场频选为50Hz。随着新型荧光粉的出现，电视屏幕亮度不断提。随着新型荧光粉的出现，电视屏幕亮度不断提高，一些高亮度的画面常引起闪烁感觉，而现代接收机生产工高，一些高亮度的画面常引起闪烁感觉，而现代接收机生产工艺水平已能消除电源干扰，所以将来会采用比艺水平已能消除电源干扰，所以将来会采用比50Hz更高的场频。更高的场频。2.2.32.2.3行数行数 在在1.2.31.2.3节中得到分辨力公式节中得到分辨力公式 =34

50、38 =3438 （）（1-21-2）式中式中L L表示眼睛与图像之间的距离，表示眼睛与图像之间的距离，d d表示能分辨的表示能分辨的两点间最小距离，对于正常视力的人，在中等亮度情况两点间最小距离，对于正常视力的人，在中等亮度情况下观看静止图像时，下观看静止图像时，为为1 11.51.5。设设Z Z为每帧扫描行数，为每帧扫描行数，h h为屏幕高度，则有为屏幕高度，则有d=d=，代入公式（代入公式（1-21-2）得：）得：Z=3438Z=3438取标准视距取标准视距L L为屏幕高度为屏幕高度h h的的4 46 6倍，并取倍，并取为为11时，时，则可算得应该取的扫描行数为则可算得应该取的扫描行数为