电视原理周永乐

1、电视原理,主讲 周永乐,本课程总学时：32学时 成绩评定：平时成绩占40%，考试成绩占60%。 推荐教材： 裴昌幸电视原理与现代电视系统西安电子科技大学出版社 参考书目： 赵坚勇 电视原理与系统西安电子科技大学出版社 俞斯乐、侯正信、冯启明电视原理国防工业出版社 新权、邓天平视频技术基础 华中科技大学出版社,绪 论 电 视 发 展 史 ,电视机到底是何时问世的?谁是“电视之父”?一直是颇有争议的问题。1991年年底，著名考古学家夏劳勒加博士在埃及尼罗河畔一座新发掘的古墓中，竟然发现了一台完好无损的彩色电视机。这台彩电以太阳能为动力，有四个三角形的荧光屏，四周还镶镀着黄金装饰边，而内里机件由目前世界上最先进的金属钛制成。这台彩色电视机质地坚固、造型美观，经科学鉴定，已有4200年以上的历史。这台彩色电视机从何而来，迄今仍是未解之谜。,4,据记载，电视的发明史可以追溯到19世纪。 1862年，意大利血统的神父卡塞利在法国创造了用电报线路传输图像的方法。 1873年，英国电器工程师史密斯发现了光电效应现象。 1884年，德国人布尼科夫发明了机械扫描方式，并登记了专利。 1900年，英国人康斯

2、坦丁-帕斯基在为国际电联会议起草的报告中，第一次正式使用“电视（television）”一词 。 1904年，英国人贝克威尔发明了一次电传一张照片的电视技术，但每传一张照片需要10分钟。,5,1925年，苏格兰人贝尔德，他经过精心设计，利用旧无线电器材、旧糖盒、自行车灯透镜、旧电线等废旧材料，制造出了世界是最原始的电视摄影机和接收机。在试验中奇迹出现了，荧光屏上居然出现了图像。1926年1月27日，贝尔德在英国伦敦皇家学会向40位科学家表演了他的发明。他在一间屋内放电视，科学家们在另一间屋观看，荧光屏上出现了一个在抽烟和说话的人的画面。这一次表演，后来被国际公认为电视第一次公开播放的日子。,6,最初的电视摄影机和接收机相距只有3码，图像也模糊不清。贝尔德家境贫穷，为了筹措研究资金，他与一家店铺老板商定，每天在店铺里放电视，以吸引顾客。老板每星期付给他酬金25英镑。贝尔德把这些钱全部用于购买材料，改进设备，继续进行电视的研究试验。,7,1928年，美国纽约31家广播电台进行了世界上第一次电视广播试验，由于显像管技术尚未完全过关，整个试验只持续了30分钟，收看的电视机也只有十多台。此举宣告

3、了作为社会公共事业的电视艺术的问世，是电视发展史上划时代的事件。 1929年，贝尔德的研究取得了重大进展，用无线电波把电视图像由伦敦送到纽约，纽约人在荧光屏上看到了伦敦。当时，这一新闻曾轰动整个世界。自此以后，电视很快在世界各国发展起来。,8,1929年美国科学家伊夫斯在纽约和华盛顿之间播送50行的彩色电视图像，发明了彩色电视机。1933年兹沃里金又研制成功可供电视摄像用的摄像管和显像管。完成了使电视摄像与显像完全电子化的过程，至此，现代电视系统基本成型。今天电视摄影机和电视接收的成像原理与器具，就是根据他的发明改进而来。,9,1936年11月2日，英国广播公司在伦敦郊外的亚历山大宫，播出了一场颇具规模的歌舞节目，并首次开办每天2小时的电视广播。全伦敦只有200多台收视电视机，但它标示着世界电视事业开始发迹。对当年柏林奥林匹克运动会的报道，更是年轻的电视事业的一次大亮相。当时共使用了4台摄像机拍摄比赛情况。其中最引人注目的是全电子摄像机。这台机器体积庞大，它的一个1.6米焦距的镜头就重45公斤，长2.2米，被人们戏称为电视大炮。此后，价格相当昂贵的电视在英国中上层家庭开始有所普及。19

4、37年，该公司播映英王乔治五世的加冕大典时，英国已有5万观众在观看电视。1939年，第二次世界大战爆发时，英国约有两万家庭拥有了电视机。,10,1939年4月30日，美国无线电公司通过帝国大厦屋顶的发射机，传送了罗斯福总统在世界博览会上致开幕词和纽约市市长带领群众游行的电视节目。成千上万的人拥入百货商店排队观看这个新鲜场面。二战结束时，美国约有7000台电视机。二战前开办电视的还有德国、法国、意大利等国。,11,1958年3月17日，是我国电视发展史上值得纪念的日子。这天晚上，我国电视广播中心在北京第一次试播电视节目，国营天津无线电厂（后改为天津通信广播公司）研制的中国第一台电视接收机实地接收试验成功。这台被誉为“华夏第一屏”的北京牌820型35cm电子管黑白电视机，如今摆在天津通信广播公司的产品陈列室里。中央电视台于1972年5月正式播出彩色电视节目，上海电视台则于同年10月播出彩色电视节目。在我国国庆50周年的日子里，数字电视试播成功。,我国电视的发展,12,第1章 彩色与视觉特性,1.1 光的性质 1.2 人眼的视觉特性 1.3 色度学 思考题和习题,1.1 光的性质,1.1.1

5、 可见光谱光是一种电磁辐射。 电磁辐射的波长范围很宽， 按波长从长到短的顺序排列， 依次是无线电波、 红外线、 可见光、 紫外线、 X射线和宇宙射线等。图1-1是电磁波按波长的顺序排列的电磁波谱。,波长在380780 nm范围内的电磁波能够使人眼产生颜色感觉， 称为可见光。 可见光在整个电磁波谱中只占极小的一段。 可见光谱的波长由780 nm向380 nm变化时， 人眼产生的颜色感觉依次是红、 橙、 黄、 绿、 青、 蓝、 紫7色。 一定波长的光谱呈现的颜色称为光谱色。太阳光包含全部可见光谱， 给人以白色感觉。 光谱完全不同的光，人眼有时会有相同的色感。用波长540 nm的绿光和700 nm的红光按一定比例混合，可以使人眼得到580 nm黄光的色感。这种由不同光谱混合出相同色光的现象叫同色异谱。,图 1-1 电磁辐射波谱,1.1.2 物体的颜色物体分为发光体和不发光体。 发光体的颜色由它本身发出的光谱所确定， 如白炽灯发黄和荧光灯发白， 各自有其特定的光谱色。 不发光体的颜色与照射光的光谱和不发光体对照射光的反射、透射特性有关。 红旗反射太阳光中的红色光、 吸收其他颜色的光而呈红色；

6、绿叶反射绿色的光、 吸收其他颜色的光而呈绿色； 白纸反射全部太阳光而呈白色； 黑板能吸收全部太阳光而呈黑色。 绿叶拿到暗室的红光下观察成了黑色， 这是因为红光源中没有绿光成分， 树叶吸收了全部红光而呈黑色。,1.1.3 标准光源在彩色电视系统中， 用标准白光作为照明光源。 为了便于对标准白光进行比较和计算， 用绝对黑体的辐射温度色温表示光源的光谱性能。 绝对黑体也称全辐射体， 是指不反射、 不透射， 完全吸收入射辐射的物体。 它对所有波长辐射的吸收系数均为1。 绝对黑体在自然界是不存在的， 其实验模型是一个中空的、 内壁涂黑的球体， 在其上面开了一个小孔， 进入小孔的光辐射经内壁多次反射、 吸收， 已不能再逸出到外面， 这个小孔就相当于绝对黑体。,绝对黑体所辐射的光谱与它的温度密切相关。 绝对黑体的温度越高， 辐射的光谱中蓝色成分越多， 红色成分越少。 光源的色温是这样定义的： 光源的可见光谱与某温度的绝对黑体辐射的可见光谱相同或相近时， 绝对黑体的温度称为该光源的色温， 单位以绝对温度开氏度(K)表示。 色温与光源的实际温度无关， 彩色电视机荧光屏的实际温度为常温， 而其白场色温是6

7、500K。,图 1-2 标准光源的光谱分布,常用的标准白光有A、 B、 C、 D65和E光源5种， 它们的光谱分布如图1-2所示。 (1) A光源 色温为2854 K的白光， 光谱偏红， 相当于充气钨丝白炽灯所产生的光。 (2) B光源 色温为4874 K的白光， 近似中午直射的太阳光。(3) C光源 色温为6774 K的白光， 相当于白天的自然光。 它是NTSC制彩色电视白光标准光源。,(4) D65光源 色温为6504 K的白光， 相当于白天的平均光照。 它是PAL制彩色电视的白光标准光源。 (5) E光源 色温为5500 K的等能量白光(E白)。 它是为简化色度学计算所采用的一种假想光源， 实际并不存在。 电视演播室卤钨灯光源的色温为3200 K， 有体积小、 亮度高、 寿命长、 色温稳定等优点。,1.1.4 光的度量单位1. 光通量光通量是按人眼的光感觉来度量的辐射功率，用符号表示，其单位名称为流明(lm)。 当555 nm的单色光辐射功率为1 W时， 产生的光通量为683 lm， 或称1光瓦。 在其他波长时， 由于相对视敏度V()下降， 相同辐射功率所产生的光通量随之下降。

8、40 W的钨丝灯泡输出的光通量为468 lm， 发光效率为11.7 lm/W； 40 W的日光灯可以输出2100 lm的光通量， 发光效率为52.5 lm/W； 电视演播室卤钨灯发光效率可达80100 lm/W。,2. 光照度光照度E，单位勒(克斯)，符号为lx。 1勒(克斯)等于1流明的光通量均匀分布在1平方米面积上的光照度。 为了对光照度单位勒有个大概的印象， 下列数据可供参考： 室外晴天光照度约为10 000勒，多云约为500勒， 傍晚约为50勒， 月光约为10-1勒， 黄昏约为10-2勒， 星光约为10-4勒。,1.2 人眼的视觉特性,人能感觉到图像的颜色和亮度是眼睛的生理结构所决定的。 电影和电视都是根据人眼的视觉特性发明的。 电影每秒投射24幅静止画面， 每画面投射2次， 由于人眼的视觉惰性， 看起来就同活动景象一样。 电视每秒扫描50幅画面， 每幅画面是由312根扫描线组成的， 由于人眼的视觉惰性和有限的细节分辨能力， 看起来就成了整幅的活动景象。 人眼的视觉特性是电视技术发展的重要依据。,1.2.1 视觉灵敏度波长不同的可见光光波， 给人的颜色感觉不同， 亮度感觉也不同

9、， 人眼对不同波长光的灵敏度是不同的。 人眼的灵敏度因人而异， 同一个人眼睛的灵敏度也随年龄和健康状况有所变化， 所以采用统计方法， 用许多正常视力的观察者来做实验， 取其平均值。,图 1-3 标准视敏度曲线,经过对各种类型人的实验进行统计， 国际照明委员会推荐标准视敏度曲线(也称相对视敏函数曲线)如图1-3中的V（）曲线所示。 图中曲线表明具有相等辐射能量、 不同波长的光作用于人眼时， 引起的亮度感觉是不一样的。 可以看出人眼最敏感的光波长为555 nm， 颜色是黄绿色， 这一区域颜色， 人眼看起来省力， 不易疲劳。 在555 nm两侧， 随着波长的增加或减少， 亮度感觉逐渐降低。 在可见光谱范围之外， 辐射能量再大， 人眼也是没有亮度感觉的。,1.2.2 彩色视觉人眼视网膜上有大量的光敏细胞，按形状分为杆状细胞和锥状细胞。 杆状细胞灵敏度很高， 但对彩色不敏感， 人的夜间视觉主要靠它起作用， 因此， 在暗处只能看到黑白形象而无法辨别颜色。 锥状细胞既可辨别光的强弱， 又可辨别颜色， 白天视觉主要由它来完成。 关于彩色视觉， 科学家曾做过大量实验并提出视觉三色原理的假设， 认为锥状细胞又可分成三类，分别称为红敏细胞、 绿敏细胞、 蓝敏细胞。,它们各自的相对视敏函数曲线分别为图1-3所示的VR（）、 VG（）、 VB（）， 其峰值分别在580 nm、 540 nm、 440 nm处。 图中VB（）曲线幅度很低， 已将其放大了20倍。 三条曲线的总和等于相对视敏函数曲线V（）。 三条曲线是部分交叉重叠的， 很多单色光同时处于两条曲线之下， 例如600 nm的单色黄光就处在VR（）、 VG（）曲线之下， 所以600 nm的单色黄光既激励了红敏细胞， 又激励了绿敏细胞， 可引起混合的感觉。 当混合红绿光同时作用于视网膜时， 分别使红敏细胞、 绿敏细胞同时受激励， 只要混合光的比例适当， 所引起的彩色感觉， 可以与单色黄光引起的彩色感觉完全相同。,不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的， 产生的彩色视觉各异， 人眼因此能分辨出五光十色的颜色。 电视技术利用了这一原理， 在图像重现时， 不是重现原来景物的光谱分布， 而是利用三种相似于红、 绿、 蓝锥状细胞特性曲线的三种光源进行配色， 在色感上得到了相同的效果。,

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