液晶电视维修之三基色原理.ppt

第3章 彩色电视的基本原理,3.1 色度学的基本知识 3.2 彩色图像的分解与重现 3.3 兼容制彩色电视制式 3.4 PAL制彩色全电视信号 3.5 彩色电视接收机概述 3.6 彩色显像管 习题三,3.1 色度学的基本知识,3.1.1光与色光是一种以电磁波辐射形式存在的物质电磁波的频谱范围很广，包括无线电波、红外线、可见光波、紫外线、X射线、宇宙射线等可见光随着波长由长到短的变化，对人眼中引起的颜色感觉是不一样的，呈现的色光依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等以后用“色调”这一术语来表示颜色的类别电磁波波谱及可见光的波长如图3-1所示,图3-1 电磁波的波谱,3.1.2 彩色的三要素任意一种彩色光，均可用亮度、色调和色饱和度来表示，它们又称做彩色三要素亮度是指彩色光对人眼所引起的明亮程度感觉当光波的能量增强时，亮度就增加；反之亦然此外，亮度还与人眼的光谱响应特性有关，不同的彩色光，即使强度相同，当分别照射同一物体时也会对人眼产生不同的亮度感觉实验表明：人眼对λ＝550nm的光波亮度感觉最灵敏,色调是指光的颜色种类例如，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫分别表示不同的色调，色调是彩色最基本的特性。

色饱和度是指彩色的纯度，即颜色掺入白光的程度，或指颜色的深浅程度某彩色掺入的白光越多，其色饱和度就越低；掺入的白光越少，其色饱和度就越高不掺入白光，即白光为零，则其色饱和度为100%；全为白光，则其色饱和度为零通常把色调与色饱和度合称为色度,3.1.3 三基色原理根据人眼的彩色视觉特性，在彩色重现过程中，并不要求恢复原景物反射光的全部光谱成分，而重要的是应获得与原景象相同的彩色感觉我们知道，不同波长的光会引起人眼不同的彩色感觉，同一波长的光引起的人眼彩色感觉是一定的那么是不是人眼对某一色调的感觉就只能对应一种波长的单色光呢？实践表明，几种不同波长的单色光混合在一起，也可以引起人眼产生与另外一种单色光相同的彩色感觉实践证明，自然界可见到的绝大部分彩色，都可以由几种不同波长（颜色）的单色光相混合来等效，这一现象叫做混色效应经进一步研究，人们终于得到了一个重要的原理——三基色原理,三基色原理的主要内容是：（1）自然界中的绝大部分彩色，都可以由三种基色按一定比例混合得到；反之，任意一种彩色均可以被分解为三种基色 （2）作为基色的三种彩色，要相互独立，即其中任何一种基色都不能由另外两种基色混合来产生。

（3）由三基色混合而得到的彩色光的亮度等于参与混合的各基色的亮度之和（4）三基色的比例决定了混合色的色调和色饱合度,彩色电视的实现就是基于此三基色原理的在彩色电视中，通常选用红(用字母R表示)、绿(用字母G表示)、蓝(用字母B表示)作为三种基色光三基色原理为彩色电视技术奠定了理论基础，极大地简化了用电信号来传送彩色图像的技术问题 彩色混色法有两种：一种是彩色光的混色，这种方式是用加法混色例如彩色电视中，利用三基色原理将彩色分解和重现，最终使三基色光同时作用于人眼中，视觉相加混合获得不同的彩色感觉另一种是彩色颜料的混色，是用减法混色，如绘画等，它们的混色规律是不同的这里只讨论彩色电视所用的相加混色法，其混色规律如图3-2所示,图3-2混色图 (a)相加混色图；(b)彩色三角形,从图3-2(a)得知：红光＋绿光＝黄光红光＋蓝光＝紫光绿光＋蓝光＝青光红光＋绿光＋蓝光＝白光以上均指各种光等量相加，若改变它们间的混合比例，则可以得到各种颜色的光 为了实现相加混色，除了将三种不同亮度的基色光同时投射到一个全反射表面上从而合成不同的彩色光以外，还可以利用人眼的视觉特性用下列方法进行混色：,（1）时间混色法：（2）空间混色法：彩色三角形是一等边三角形，三个顶点放置三基色，其余各混色可相应确定，如图3-2(b)所示，对该图的说明如下： (1)每条边上各点代表的颜色，是相应的两个基色按不同比例混合的混合色。

(2)彩色三角形的重心是白色，它是等量的三基色的混合色 (3)每根中线两端对应的彩色互为补色，由于中线过重心，说明两补色间可混合成白色(4)每边的彩色为纯色，色饱和度为100%3.1.4 亮度方程显像三基色要混合成白光，所需光通量之比是由所选用的标准白光和所选三基色的不同而决定的实验表明，目前NTSC制彩色电视中，由三基色合成的彩色光的亮度符合下面的关系：Y=0.299R+0.587G+0.114B (3-1)上式为彩色电视中常用的亮度方程，该式定量地说明了由三基色合成彩色光的亮度关系也是在彩色电视技术中，无论是彩色重现，还是彩色分解都必须遵守的一个重要关系式,由于彩色电视制式不同，所规定的标准白光和选择的显像三基色荧光粉是不一样的因此，由三基色合成的彩色光的亮度方程也不一样例如，PAL制的亮度方程为Y=0.222R+0.707G+0.071B但因NTSC制使用较早，所以，PAL制并没有采用它本身的亮度方程，而是沿用了NTSC制的亮度方程实践表明，由此引起的图像亮度误差很小，完全能满足人眼视觉对亮度的要求 亮度方程通常近似写成：Y=0.30R+0.59G+0.11B (3-2),在亮度方程中，R、G、B前面的系数0.30、0.59、0.11分别代表R、G、B三种基色对亮度所起的作用，称为可见度系数。

例如，在一个单位亮度的白光当中，红基色对白光亮度的贡献为30%，绿基色对白光亮度的作用为59%，蓝基色对白光亮度的贡献为11%当R=G=B=1时，合成的亮度为白色光；当R=G=B=0～1之间时，则为灰色光；当R=G=B=0时，为黑色光；当R、G、B取不同的值时，就可以配出各种不同色调和不同饱和度的颜色在彩色电视信号传输过程中，亮度信号和三基色信号是以电压的形式来代表的，因此，亮度方程可以改写成电压的形式，即EY＝0.30ER+0.59EG+0.11EB,这里，EY、ER、EG、EB各代表亮度信号、红基色信号、绿基色信号和蓝基色信号的电压，且分别独立已知其中任意三种，就可通过加、减法矩阵电路来合成第四种在后面的讨论中，为了书写方便，仍把以上四种信号电压EY、ER、EG、EB分别以Y、R、G、B来表示,3.2 彩色图像的分解与重现,3.2.1 彩色图像的分解电视图像是通过摄像管把图像的光信号变成电信号的但由于一幅图像的细节变化很多，因此不能将整幅图像直接变成电信号，而是先将一幅彩色平面图像分解成许许多多彩色的像素，每一像素均可用亮度、色调和色饱和度这三个要素来表征；再将每一像素顺序转变成电信号。

对于活动图像而言，每一像素的三要素都是时间的函数根据三基色原理，首先，用分色系统把彩色图像分解成红、绿、蓝三幅基色光，同时送到对应的红、绿、蓝摄像管的光敏靶上，三基色摄像管在扫描电路的作用下进行光电转换，然后进行预失真γ校正，以补偿光电转换系统的非线性经过光电转换，三基色光就变成了三个电信号ER、EG、GB这样就完成了图像的分解，如图3-3(a)所示,图3-3 彩色电视传送的基本过程,3.2.2 彩色图像的重现在发送端，用摄像管取得了代表红、绿、蓝三基色的电信号，相应地，在接收端就可以把这三个基色电信号再转换成按比例混合的彩色光，这样就正确地重现了景物的彩色图像其具体工作过程如下：在接收端，见图3-3，经过传输通道，图像信号又被解码器分解为三个基色信号去控制彩色显像管的三条电子束在彩色显像管荧光屏上涂敷着按一定规律紧密排列的红、绿、蓝三色荧光粉，显像管的三条电子束在扫描过程中各自轰击相应的荧光粉3.3 兼容制彩色电视制式,3.3.1 色度信号的编码传输1. 色度信号的编码1)亮度信号与色度信号在兼容制彩色电视中，为了做到彩色、黑白相互兼容，重要条件之一就是要求彩色全电视信号和黑白全电视信号一样，也只占有6MHz的带宽。

但是彩色图像经电视摄像机就形成了R、G、B三个基色信号，且每一基色信号的带宽都与黑白图像信号的带宽相同，则三个基色占用的频带宽度总和就为18MHz，显然无法兼容传输因此，彩色电视一般不直接传送这三个基色信号，而必须先对它们进行一定的编码为了实现兼容，彩色电视编码最好含有两类信号：一种是代表图像明暗程度的亮度信号，另一种是代表图像彩色的色度信号黑白电视接收机只需接收其中的亮度信号，就能直接收看到彩色电视节目，只不过显示的图像是黑白的；而彩色电视接收机就必须同时接收亮度信号和色度信号，通过解码器处理后，获得R、G、B三基色信号，最后送至彩色显像管重现出彩色图像由亮度方程Y=0.3R+0.59G+0.11B可知，亮度信号可由R、G、B三基色信号合成色度信号虽有R、G、B三种，但根据亮度方程，在Y、R、G、B这四个物理量中，只有三个量是独立的因此，作为传送彩色信息的色度信号只需选择两种基色信号就可以了例如，可选用Y作亮度信号，选用R、B作色度信号，而G可以通过亮度方程求得但这样做有个很大的缺点，即亮度信号Y已经代表了被传送彩色光的全部亮度，而R、B本身也还含有亮度成分，这显然是多余的，且在传输过程中易干扰亮度信号Y。

为了克服这一缺点，彩色电视系统一般不选用基色本身作为色度信号，而选用的是色差信号,2)色差信号用基色信号减去亮度信号就得到色差信号例如R-Y、B-Y、G-Y就是三种基色信号分别减去亮度信号Y而形成的，它们分别叫做红色差信号、绿色差信号和蓝色差信号由亮度方程(3-2)可得出三种色差信号的幅值：R-Y=R-(0.3R+0.59G+0.11B)=0.7R-0.59G-0.11B (3-3)B-Y=B-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R-0.59G+0.89B (3-4)G-Y=G-(0.3R+0.59G+0.11B)=-0.3R+0.41G-0.11B (3-5) ,由于G-Y信号幅值较小，对改善信噪比不利，并且G-Y又可由R-Y和B-Y通过简单的电阻矩阵合成产生，所以电视系统通常只传送Y、R－Y和B-Y这三种信号，而不传送G-Y信号，其中，Y仅代表亮度信息，而R-Y，B-Y代表色度信息显然，这给兼容制电视系统提供了方便与可能图3-4给出了由R、G、B这三种基色信号通过编码合成的亮度信号Y与色差信号R-Y、B-Y的示意图,图3-4 由R、G、B合成亮度信号Y与色差信号R-Y、B-Y的示意图,3）频带压缩选用亮度信号Y和两色差信号R-Y、B-Y作为彩色电视信号传送，如果不加任何限制和处理的话，则彩色电视信号总的频带依然过宽，技术上还是难以实现，所以必须压缩彩色电视信号的频带宽度。

彩色电视的图像清晰度是由亮度信号的带宽来保证的，且为了达到兼容，此亮度信号必须与黑白电视信号保持一致的带宽（即0～6MHz），所以彩色电视信号中的亮度信号不能压缩，必须保持原有的6MHz带宽根据人眼对彩色细节的分辨能力比对亮度细节的分辨能力低得多这一特点，可将彩色信号的频带加以压缩，不必传送色度信号的高频分量色度信号的高频分量可由亮度信号来代替，重现的彩色图像效果能够满足人眼的视觉要求我国彩色电视系统在传送彩色图像时规定：将色度信号带宽由0～6MHz压缩到0～1.3MHz2.传送色差信号的优点1)兼容效果好当选用Y、R-Y、B-Y三种信号时，Y仅代表被传送景物的亮度，而不含色度而且，当所传送的图像为黑白图片时，色差信号均为零，因为任何黑白图片仅有亮度明暗的层次变化，因此它们的三基色信号总是相等的例如，传送一灰色时，其三基色信号为R=G=B=0.4V，它们合成的亮度信号Y=0.4V，所以色差信号R-Y,B-Y也为零因此，色差信号只表示色度不表示亮度而且三色差信号对亮度的贡献为零这个道理不难证明，只要将式(3-2)的左边项移到右边，并加以整理便可以得到：  0=0.3(R-Y)+0.59(G-Y)+0.11(B-Y) (3-6) ,。