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第一章第一章 电视基础知识电视基础知识 1．．1 电子扫描电子扫描 1．．1．．1像素的概念像素的概念 1．像素．像素 一幅平面图像，根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，总一幅平面图像，根据人眼对细节分辨力有限的视觉持性，总可以看成是由许许多多的可以看成是由许许多多的小单元小单元组成在图像处理系统中，这些组成在图像处理系统中，这些组成画面的细小单元称为组成画面的细小单元称为像素像素像素越小，单位面积上的像素数像素越小，单位面积上的像素数目就越多，由其构成的图像就越清晰目就越多，由其构成的图像就越清晰 一幅黑白平面图像，一幅黑白平面图像，表征它的特征参量是亮度表征它的特征参量是亮度这就是说，组成黑白画面这就是说，组成黑白画面的每个像素，不但有各自的每个像素，不但有各自确定的几何位置，而且它确定的几何位置，而且它们各自还呈现着不同的亮们各自还呈现着不同的亮度；又由于电视系统传送度；又由于电视系统传送的是活动图像，因而每个的是活动图像，因而每个在确定位置上的像素其亮在确定位置上的像素其亮度又随时间不断地变化着度又随时间不断地变化着也就是说像素的亮度又是时间的函数。

可见，也就是说像素的亮度又是时间的函数可见，像素亮度既是空间像素亮度既是空间（二维）函数，同时又是时间函数二维）函数，同时又是时间函数 2．图像帧．图像帧 电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许多像素组成个帧处理，或称为传送了一帧，每帧图像由许多像素组成 3．并行传输．并行传输 （无法实现）（无法实现） 理论上讲，可同时把不同位置上具有不同亮度的像素转变成理论上讲，可同时把不同位置上具有不同亮度的像素转变成相应的电信号，再分别用各个相应信道把这些信号同时传送出去相应的电信号，再分别用各个相应信道把这些信号同时传送出去 4．． 串行传输串行传输（实际应用）（实际应用） 根据人的视觉惰性，可把组成一帧图像的各个像素的亮度按根据人的视觉惰性，可把组成一帧图像的各个像素的亮度按一定顺序一个一个地转换成相应的电信号并依次传送出去，接收一定顺序一个一个地转换成相应的电信号并依次传送出去，接收端再按同样顺序将各个电信号在对应位置上转变成具有相应亮度端再按同样顺序将各个电信号在对应位置上转变成具有相应亮度的像素。

这种像素的串行传输具有两个特点：的像素这种像素的串行传输具有两个特点： 第第一一是是要要求求传传送送速速度度快快只只有有传传送送迅迅速速，，传传送送时时间间小小于于视视觉觉暂留时间，重现图像才会给人以连续无跳动的感觉；暂留时间，重现图像才会给人以连续无跳动的感觉； 第二是传送要准确每个像素一定要在轮到它传送时才被转第二是传送要准确每个像素一定要在轮到它传送时才被转换、传送，并被接收方接收且收、发双方每个像素被转换、还换、传送，并被接收方接收且收、发双方每个像素被转换、还原的的几何位置要一一对应即收发双方应同步工作，原的的几何位置要一一对应即收发双方应同步工作，同步同步在电在电视系统中是十分重要的视系统中是十分重要的  5．顺序转换的实现．顺序转换的实现 —— 扫描扫描 将将组组成成一一帧帧图图像像的的像像素素，，按按顺顺序序转转换换成成电电信信号号的的过过程程（（或或逆逆过过程程））称称为为扫扫描描扫扫描描的的过过程程和和我我们们读读书书时时视视线线从从左左到到右右、、自自上上而而下下依依次次进进行行的的过过程程类类似似从从左左至至右右的的扫扫描描称称为为行行扫扫描描；；自自上上而而下下的的扫扫描描称称为为帧帧(或或场场)扫扫描描。

电电视视系系统统中中，，扫扫描描多多是是由由电电子子枪枪进进行行的，通常称其为电子扫描的，通常称其为电子扫描 通过电子扫描与光电转换，就可以把反映一幅图像亮度的空通过电子扫描与光电转换，就可以把反映一幅图像亮度的空间与时间的函数，转换为只随时间变化的单值函数（电信号），间与时间的函数，转换为只随时间变化的单值函数（电信号），从而实现平面图像的顺序传送从而实现平面图像的顺序传送 1．．1．．2 电子扫描的实现与光电与电光变换电子扫描的实现与光电与电光变换 电电视视图图像像的的传传送送，，在在发发端端是是基基于于光光电电转转换换器器件件，，在在收收端端是是基基于于电光转换器件，实现这两种转换的器件分别称为摄像管和显像管电光转换器件，实现这两种转换的器件分别称为摄像管和显像管  1．摄像管与光电转换．摄像管与光电转换 （光电导）摄像管是（光电导）摄像管是一种电真空器件它主要一种电真空器件它主要由镜头、光电靶、电子枪、由镜头、光电靶、电子枪、聚焦线圈和偏转线圈组成聚焦线圈和偏转线圈组成 光光电电靶靶由由光光敏敏半半导导体体材材料料构构成成，，具具有有受受光光作作用用之之后后电电阻阻率率变变小小的的性性能能，，靶靶面面上上的的光光图图像像使使靶靶面面各各单单元元受受光光照照的的强强度度不不同同，，因因而而其其各各单单元元的的电电阻阻率率不不同同，，与与较较亮亮像像素素对对应应的的靶靶单单元元阻阻值值较较小小，，与与较较暗暗像像素素对对应应的的靶靶单单元元阻阻值值较较大大。

这这样样一一幅幅因因像像上上各各像像素素的的不不同同亮亮度度就就表表现现为为靶靶面面上上各单元的不同电阻值各单元的不同电阻值电子枪电子枪 从摄像管阴极发射出来的电子束，在电子枪的电场及偏转线圈从摄像管阴极发射出来的电子束，在电子枪的电场及偏转线圈的磁场力作用下，高速、顺序地扫过靶面各单元当电子束接触到的磁场力作用下，高速、顺序地扫过靶面各单元当电子束接触到靶面某单元时，就使阴极、信号板靶面某单元时，就使阴极、信号板(靶靶)、负载、电源构成一个回路负载、电源构成一个回路在负载在负载RL中就有电流流过，其电流大小取决于光电靶在该单元的电中就有电流流过，其电流大小取决于光电靶在该单元的电阻值大小光照强处，对应阻值较小、流过负载的电流就较大，因阻值大小光照强处，对应阻值较小、流过负载的电流就较大，因而而RL两端产生的压降也就较大，输出信号的电位也就越低两端产生的压降也就较大，输出信号的电位也就越低负极性信号负极性信号 2．显像管与电光转换．显像管与电光转换 显显像像管管是是在在接接收收端端重重现现图图像像的的电电真真空空器器件件，，主主要要由由电电子子枪枪、、荧荧光屏、偏转线圈等组成。

光屏、偏转线圈等组成 由阴极发射出的电子束，由阴极发射出的电子束，在偏转线圈所产生的磁场力作在偏转线圈所产生的磁场力作用下，按从左到右，从上到下用下，按从左到右，从上到下的顺序依次轰击荧光屏屏面的顺序依次轰击荧光屏屏面上涂有荧光粉，在电子束轰击上涂有荧光粉，在电子束轰击下荧光粉发光，其发光亮度正下荧光粉发光，其发光亮度正比于电子束携带的能量若将比于电子束携带的能量若将摄像端送来的信号加到显像管摄像端送来的信号加到显像管电子枪的阴极与栅极之间，就电子枪的阴极与栅极之间，就可以控制电子束携带的能量，使荧光屏的发光强度受图像信号的控可以控制电子束携带的能量，使荧光屏的发光强度受图像信号的控制设显像管的电一光转换是线性的制设显像管的电一光转换是线性的(实际为非线性的实际为非线性的)，那么，屏，那么，屏幕上重现的图像，其各像素的亮度都正比于所摄图像相应各像素的幕上重现的图像，其各像素的亮度都正比于所摄图像相应各像素的亮度，屏幕上便重现了发端的原图像亮度，屏幕上便重现了发端的原图像显像管内电子束偏转显像管内电子束偏转这这里里需需要要说说明明的的是是；；对对于于摄摄像像管管来来说说，，光光电电转转换换特特性性可可近近似似认认为为是是线线性性的的；；而而显显像像管管电电光光转转换换特特性性则则是是非非线线性性的的。

显显像像管管的的显显示示亮亮度度( (以以B Bd d表表示示) )，，与与其其栅栅、、阴阴极极间间电电压压( (u ugkgk表表示示) )的的γγ次次方方成成正正比比例，即例，即 (1-1) (1-1)式式中中，，K Kd d为为比比例例常常数数，，γγ为为显显像像管管光光电电转转换换持持性性的的非非线线性性失失真真系系数数、、通通常常γγ＝＝2 2～～3 3由由式式(1-1)(1-1)可可见见，，电电视视系系统统中中重重现现亮亮度度与与摄摄取取亮亮度度之之间间存存在在着着由由于于γγ引引起起的的非非线线性性失失真真、、这这种种失失真真常常称称为为γγ失失真真如如果果图图像像信信号号由由发发送送端端传传到到接接收收端端的的传传输输过过程程中中未未产产生生非非线线性性失失真真，，考考虑虑到到显显像像管管电电光光转转换换的的非非线线性性，，为为保保持持重重现现图图像像与与原原景景像像亮亮度度成成正正比比，，则则需需在在摄摄像像端端预预先先将将图图像像信信号号电电压压开开γγ次次方方，，即即 （（1-21-2））式式中中，，u u0 0代代表表摄摄像像电电压压，，B B0 0为为摄摄像像亮亮度度，，K K0 0为为比比例例常常数数。

重重现现亮亮度则为度则为 (1-3) (1-3)由式由式(1-3)(1-3)可见，经校正．系统将不再产生非线性失真可见，经校正．系统将不再产生非线性失真 显象端也可，为何不用？显象端也可，为何不用？ 1．．1．．3 电子扫描电子扫描 将将一一幅幅图图像像上上各各像像素素相相应应的的电电信信号号，，以以及及将将这这些些顺顺序序传传送送的的电电信信号号再再重重新新恢恢复复为为一一幅幅重重现现图图像像的的过过程程（（即即图图像像的的分分解解与与重重现现）），，都都是是通通过过电电子子扫扫描描来来实实现现的的摄摄像像管管与与显显像像管管中中，，电电子子束束按按一一定定规规律律在靶面上或荧光屏面上运动，即可完成摄像与显像的扫描过程在靶面上或荧光屏面上运动，即可完成摄像与显像的扫描过程 1 ．电子束偏转的基本原理．电子束偏转的基本原理 电子扫描是通过电子扫描是通过电子束在偏转磁场的作用下发生偏转而实现的。

电子束在偏转磁场的作用下发生偏转而实现的当当装在摄像管或显像管的外面的装在摄像管或显像管的外面的偏转线圈中通过电流时，会产生偏转线圈中通过电流时，会产生偏偏显像管内电子束偏转显像管内电子束偏转偏转线圈的结构偏转线圈的结构转转磁场，磁场的方向取决于流过线圈的磁场，磁场的方向取决于流过线圈的电流方向电子束垂直穿过磁场时，在电流方向电子束垂直穿过磁场时，在磁场力的作用下要发生偏转，其偏转方磁场力的作用下要发生偏转，其偏转方向遵从左手定则若偏转线圈中电流方向遵从左手定则若偏转线圈中电流方向改变，则电子束的偏转方向也发生改向改变，则电子束的偏转方向也发生改变；偏转线圈中的电流为零、则电子束变；偏转线圈中的电流为零、则电子束不偏转，射向荧光屏的中央因此，流不偏转，射向荧光屏的中央因此，流过偏转线圈中电流的幅度和方向，决定过偏转线圈中电流的幅度和方向，决定着偏转线圈中磁场的强弱和方向，最终着偏转线圈中磁场的强弱和方向，最终决定了电子束偏转角度的大小和方向决定了电子束偏转角度的大小和方向 2．逐行扫描．逐行扫描 当当线线圈圈偏偏转转中中分分别别流流过过行行、、场场锯锯齿齿波波扫扫描描电电流流时时就就会会产产生生相相应应的的垂垂直直方方向向与与水水平平方方向向的的偏偏转转磁磁场场，，在在这这两两个个磁磁场场的的共共同同作作用用下下，，使使电子束作水平与垂直方向的扫描运动。

电子束作水平与垂直方向的扫描运动 在锯齿波电流作用下，电子束产生自左向右、自上而下，一行紧在锯齿波电流作用下，电子束产生自左向右、自上而下，一行紧按行的运动，因而称其为逐行扫描按行的运动，因而称其为逐行扫描 扫描光栅演示扫描光栅演示隔行扫描场扫描电流图隔行扫描场扫描电流图光栅奇偶镶嵌演示光栅奇偶镶嵌演示 3．隔行扫描．隔行扫描 所谓隔行扫描，就所谓隔行扫描，就是在每帧扫描行数不变是在每帧扫描行数不变的情况下，将每帧图像的情况下，将每帧图像分为两场来传送，这两分为两场来传送，这两场分别称为奇场和偶场场分别称为奇场和偶场奇数场传送奇数场传送1、、3、、l 5、、……奇数行；偶数场传送奇数行；偶数场传送2、、4、、6、、……偶数行世界各国都采用隔行扫世界各国都采用隔行扫描的扫描方式描的扫描方式 fH=1/TH =1/(TH S+ THR )fV=1/TV =1/(TV S+ TVR ) 4 ．．隔行扫描隔行扫描 的意义的意义 在在电电视视系系统统中中、、要要使使传传送送的的图图像像清清晰晰，，并并具具有有活活动动、、连连续续而而又又无无闪闪烁烁感感，，则则要要求求传传送送频频率率大大于于临临界界闪闪烁烁频频率率47Hz（（人人眼眼的的临临界界闪闪烁烁频频率率与与图图像像的的亮亮度度、、对对比比度度等等因因素素有有关关））。

即即每每秒秒传传送送47场场以以上上的的图图像像因因此此，，我我国国电电视视制制式式规规定定，，场场扫扫描描频频率率fV为为50 Hz，，每每帧帧图图像像的的扫扫描描行行数数为为625行行若若采采用用逐逐行行扫扫描描的的话话，，帧帧频频与与场场频频相相等等理理论论分分析析可可以以得得出出，，电电视视图图像像信信号号的的最最高高频频率率约约为为11～～12MMz，，可可见见视视频频信信号号带带宽宽将将相相当当宽宽要要传传送送频频谱谱这这样样宽宽的的信信号号，，不不但但会会使使设设备备复复杂杂化化，，而而且且使使在在规规定定的的可可供供电电视视系系统统使使用用的的频频段段内内可可容容纳纳的的电电视视频频道道数数目目减减少少如如若若为为了了减减少少带带宽宽而而降降低低场场频频，，将将会会导导致致重重现现图图像像的的闪闪烁烁；；减减少少每每场场扫扫描描行行数数，，又又会会降降低低图图像像的的清清晰晰度度可可见见逐逐行行扫扫描描是是无无法法解解决决带带宽宽与与闪闪烁烁感感及及清清晰晰度度的的矛矛盾盾因因而而提提出出了了既既可可克克服服闪闪烁烁感感，，又又不不增增加加图图像像信信号号带带宽宽的的隔隔行扫描方式。

行扫描方式 在在我我国国隔隔行行扫扫描描每每秒秒传传送送5050场场，，即即场场频频fV为为50Hz 50Hz ，，因因而而将将有有效效地地降降低低闪闪烁烁感感，，帧帧频频却却为为25Hz25Hz，，隔隔行行扫扫描描即即减减小小了了闪闪烁烁感感，，并并使使图图像像信信号号的的带带宽宽仅仅为为逐逐行行扫扫描描的的一一半半，，大大约约为为5.5MHz左左右右，，所所以我国规定视频信号带宽按照以我国规定视频信号带宽按照6MHz分析计算分析计算 闪烁频率演示闪烁频率演示 5 ．．隔行扫描隔行扫描 的实现的实现 这里要强调指出的是，这里要强调指出的是， 隔行扫描方式要求每帧扫描总行数为隔行扫描方式要求每帧扫描总行数为奇数因为只有这样，在扫描锯齿波电流波形顶点位置对齐的情况奇数因为只有这样，在扫描锯齿波电流波形顶点位置对齐的情况下方可使相邻两场均匀嵌套其次，在隔行扫描中，整个画面的变下方可使相邻两场均匀嵌套其次，在隔行扫描中，整个画面的变化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而减少了闪烁感但就化是按场频重复的，它高于临界闪烁频率因而减少了闪烁感但就每行而言，它仍是按帧频重复的，即每每行而言，它仍是按帧频重复的，即每40ms重复一次，每秒重复重复一次，每秒重复25次，这是低于临界闪烁频率的。

所以，当我们接近电视机观看时，次，这是低于临界闪烁频率的所以，当我们接近电视机观看时，仍会感觉到行间闪烁；但当离开一定距离观看时，行间闪烁就不怎仍会感觉到行间闪烁；但当离开一定距离观看时，行间闪烁就不怎么明显了么明显了 忽略了扫描忽略了扫描的逆程的隔行扫的逆程的隔行扫描光栅及扫描电描光栅及扫描电流波形示意图如流波形示意图如图示，实线表示图示，实线表示扫描的正程，虚扫描的正程，虚线表示扫描逆程线表示扫描逆程期间的回扫线期间的回扫线实际系统中回扫线被消隐掉了）（实际系统中回扫线被消隐掉了） 6．扫描电流的非线性对显示图像的影响．扫描电流的非线性对显示图像的影响 由由于于电电子子束束是是在在扫扫描描正正程程期期间间传传送送图图像像信信号号的的，，因因此此在在正正程程期期间间要要求求扫扫描描速速度度均均匀匀，，这这就就要要求求流流过过偏偏转转线线圈圈的的电电流流线线性性良良好好，，否否则则重现图像将产生非线性失真重现图像将产生非线性失真 若原图像为方格信号，当行、场扫描电流波形均为线性变化的若原图像为方格信号，当行、场扫描电流波形均为线性变化的锯齿波时，重现图形无失真，仍为方格图形。

当行、场扫描电流只锯齿波时，重现图形无失真，仍为方格图形当行、场扫描电流只要有其中之一失真，显示的图形将出现非线性失真，图要有其中之一失真，显示的图形将出现非线性失真，图1- -10(b)和和(c)分别表示行、场扫描电流其中之一出现非线性失真的情况若二者分别表示行、场扫描电流其中之一出现非线性失真的情况若二者同时失真，将显示出复杂的失真图形同时失真，将显示出复杂的失真图形 行、场扫描电流幅度不行、场扫描电流幅度不足时同样会产生失真足时同样会产生失真  1．．1．．4 我国广播电视扫描参数我国广播电视扫描参数 ( (教材上没有，注意笔记教材上没有，注意笔记) ) 扫描方式：隔行扫描扫描方式：隔行扫描 行频行频 fH ：：15625Hz；；场频场频 fV ：：50 Hz（帧频（帧频25 Hz）；）；行周期行周期TH：：64μs场周期场周期TV：：20ms行正程时间行正程时间THS：：≥52μs场正程时间场正程时间TVS：：≥18.4 ms行逆程时间行逆程时间THR：：≤12μs场逆程时间场逆程时间TVR：：≤1.6 ms每帧扫描行数每帧扫描行数Z：：625行行每帧显示行数每帧显示行数Z/：：575行行每场扫描行数：每场扫描行数：312.5行行每场显示行数：每场显示行数：287.5行行 1．．1．．5 图像的分解力（清晰度）与信号带宽图像的分解力（清晰度）与信号带宽 广广播播电电视视的的扫扫描描参参数数是是在在参参数数确确定定时时的的现现有有技技术术条条件件的的制制约约下下，，根根据据人人们们对对电电视视图图像像清清晰晰度度的的要要求求，，经经过过折折衷衷考考虑虑而而确确定定的的。

扫扫描描参参数数一一经经确确定定，，其其图图像像的的清清晰晰度度和和图图像像信信号号带带宽宽亦亦随随之之确确定定了了电电视视图图像像的的分分解解力力通通常常用用能能分分辨辨黑黑白白相相间间线线条条的的线线数数来来表表示示例例如如，，说说500线线清清晰晰度度，，则则表表示示可可以以分分辨辨黑黑白白相相间间的的线线条条的的总总数数为为500条条，，即即黑黑白白相相间间的的线线条条个个250条条电电视视的的分分解解力力分分为为垂垂直直（（方方向）分解力和水平（方向）分解力向）分解力和水平（方向）分解力  1．垂直分解力．垂直分解力M 电视图的垂直分解力受每帧扫描行数电视图的垂直分解力受每帧扫描行数Z的限制，实际上是受每帧的限制，实际上是受每帧显示行数显示行数Z/的限制理想条件下，的限制理想条件下，M= Z/但在实际上但在实际上M与当时的图与当时的图像状态和扫描线的相对位置有关（如图示，圆点表示正在扫描的电像状态和扫描线的相对位置有关（如图示，圆点表示正在扫描的电子束），则总是有子束），则总是有M＜＜Z/FLASHFLASH动画动画）） 由于扫描线具有一由于扫描线具有一定的宽度（电子束具有定的宽度（电子束具有一定的截面积），所以一定的截面积），所以再现图象可以完全恢复再现图象可以完全恢复第一列和第三列的原图第一列和第三列的原图形，而第二列则完全复形，而第二列则完全复不能恢复了，第四列可以部分恢复。

这种极端的情形在实际的图象不能恢复了，第四列可以部分恢复这种极端的情形在实际的图象是很少见的，一般的图像总是具有一定的随机性，所以垂直分解力是很少见的，一般的图像总是具有一定的随机性，所以垂直分解力M介于有效扫描行数介于有效扫描行数Z/到到Z/的一半之间，可以用一个小于一的系数的一半之间，可以用一个小于一的系数k与与Z/的乘积来表示：的乘积来表示：M= kZ/通常k=0.76，则，则M=427线 由此可见，我国广播电视的垂直清晰度大于由此可见，我国广播电视的垂直清晰度大于400400线VHSVHS家用录家用录像机为像机为200200左右，左右，S-VHSS-VHS在在400400线左右，线左右，VCDVCD在在280280左右  2．水平分解力．水平分解力N 水水平平分分解解力力N是是指指图图像像在在水水平平方方向向上上可可以以区区分分出出垂垂直直的的黑黑白白相相间间的的线线条条数数目目电电子子束束在在垂垂直直方方向向上上扫扫描描是是一一行行一一行行进进行行的的，，相相邻邻两两行行互互不不重重叠叠，，则则垂垂直直方方向向上上象象素素是是不不连连续续的的，，水水平平方方向向每每一一行行的的扫扫描描则则是是连连续续进进行行的的。

由由于于扫扫描描电电子子束束具具有有一一定定的的截截面面，，对对于于竖竖直直的的黑黑白白相相间间的的线线条条扫扫描描时时，，在在黑黑白白的的交交界界处处，，转转换换图图像像信信号号的的电电平平不不能能突突变变若若图图象象的的细细节节比比电电子子束束的的直直径径更更小小，，则则会会完完全全反反映映不不了了这这种细节的变化，即存在种细节的变化，即存在孔阑效应孔阑效应 从提高水平分解力的观点上看，从提高水平分解力的观点上看，电子束截面的直径电子束截面的直径d越小图像的水越小图像的水平分力就会越高，但是电子束截面平分力就会越高，但是电子束截面的直径太小画面转换的效率将会降的直径太小画面转换的效率将会降低，所以电子束截面的直径低，所以电子束截面的直径d一般一般以扫描的行距相等为宜，此时的水以扫描的行距相等为宜，此时的水平分辨力与垂直分辨力相同（单位平分辨力与垂直分辨力相同（单位长度上），试验证明此时的图像质长度上），试验证明此时的图像质量最佳在画面宽高比为量最佳在画面宽高比为4:3时，时， 线 孔阑效应孔阑效应 3．图像信号的带宽．图像信号的带宽 任任何何景景物物都都有有一一定定的的背背景景亮亮度度，，反反映映在在图图像像信信号号上上就就是是信信号号的的直直流流分分量量，，也也就就是是说说图图像像信信号号最最低低频频率率是是直直流流。

可可见见只只要要知知道道了了图像信号的最高频率，就可以确定图像信号的带宽图像信号的最高频率，就可以确定图像信号的带宽 图图像像信信号号的的最最高高频频率率应应出出现现在在传传输输一一幅幅全全是是细细节节图图象象的的情情况况下下，，且且图图像像细细节节相相当当于于一一个个像像素素，，与与一一个个扫扫描描点点相相当当，，我我们们可可用用图图像像信号的带宽计算图来讨论信号的带宽计算图来讨论 图像信号的带宽计算图图像信号的带宽计算图 电视的水平分解力为电视的水平分解力为N，，则在行扫描正程时电子束扫过则在行扫描正程时电子束扫过每个象素的时间为每个象素的时间为td=THS/N由于存在孔阑效应，所以摄像由于存在孔阑效应，所以摄像输出的信号近似为正弦波，周输出的信号近似为正弦波，周期为期为2 td，因而图像信号的最，因而图像信号的最高频率高频率fmax为为1．．2 黑白全电视信号黑白全电视信号 黑白黑白全电视信号全电视信号由由 “图像信号图像信号”和确保扫描同步的和确保扫描同步的“复合同步信复合同步信号号”以及消除扫描逆程回扫线的以及消除扫描逆程回扫线的“复合消隐信号复合消隐信号”等辅助信号而构成等辅助信号而构成的。

的 1．．2．．1 主体信号主体信号 —— 图像信号图像信号 1．图像信号及其特征．图像信号及其特征 图像信号是由摄像管将明暗不同的景图像信号是由摄像管将明暗不同的景像经过电子扫描和光电转换而得的电信号像经过电子扫描和光电转换而得的电信号五条由白五条由白→灰灰→黑而变化的图像的图线信黑而变化的图像的图线信号如图号如图l-13所示（有正负极性之分），所所示（有正负极性之分），所示波形为一个行正程的对应波形一般来示波形为一个行正程的对应波形一般来说，图像信号是随机的，图说，图像信号是随机的，图1-13(c)给出了给出了一行的随机的图像信号的波形一行的随机的图像信号的波形 ⑴⑴ 图像信号具有直流成分，其数值确图像信号具有直流成分，其数值确定了图象的背景亮度，是定了图象的背景亮度，是单极性信号单极性信号 ⑵⑵ 对于一般活动图像，相邻两行或相对于一般活动图像，相邻两行或相邻两帧信号间具有较强的相关性，信号差邻两帧信号间具有较强的相关性，信号差别极小，别极小，可近似认为是周期信号可近似认为是周期信号正负极性图象信号正负极性图象信号 2．图像信号的基本参量．图像信号的基本参量(亮度、对比度和灰度亮度、对比度和灰度) 亮度亮度，通常是指单位面积的光通量。

因为单位面积光通量愈大，，通常是指单位面积的光通量因为单位面积光通量愈大，人眼感觉愈明亮，所以也可以说，人眼感觉愈明亮，所以也可以说，亮度是人眼对光的明暗程度的感觉亮度是人眼对光的明暗程度的感觉亮度常以亮度常以 B 表示，光通量的单位是烛光表示，光通量的单位是烛光(cd)，亮度的单位是尼持，亮度的单位是尼持(nit)或或熙提熙提(sb)电视图像的亮度取决于电视图像信号的平均直流成分，改变电视图像的亮度取决于电视图像信号的平均直流成分，改变电视图像信号的直流成分，可以改变其亮度电视图像信号的直流成分，可以改变其亮度 对比度对比度，，是客观景物最大亮度是客观景物最大亮度Bmax与最小亮度与最小亮度Bmin之比之比当以K表表示对比度时示对比度时 K=Bmax/Bmin电视图像的亮度一般都低于原景物亮度，考电视图像的亮度一般都低于原景物亮度，考虑到人眼的适应性，只要保持重现图像的对比度与原景物的对比度接虑到人眼的适应性，只要保持重现图像的对比度与原景物的对比度接近相等即可图像信号的黑、白电平差别愈大，则对比度愈高近相等即可图像信号的黑、白电平差别愈大，则对比度愈高 灰度灰度，，即亮度级差或称亮度层次即亮度级差或称亮度层次。

它反映电视系统所能重现的原它反映电视系统所能重现的原图像明、暗层次的程度通常电视台发送一个具有图像明、暗层次的程度通常电视台发送一个具有10级灰度的阶梯信级灰度的阶梯信号号(或称级差信号或称级差信号)，接收系统经调整后在重现图像中能加以区分的从黑，接收系统经调整后在重现图像中能加以区分的从黑到白的层次数，称其为该系统具有的灰度级由于显像管调制特性的到白的层次数，称其为该系统具有的灰度级由于显像管调制特性的非线性，电视接收机一般都达不到非线性，电视接收机一般都达不到10级灰度，一般只要能达到级灰度，一般只要能达到6级灰度，级灰度，就可收看到明、暗层次较满意的图像了就可收看到明、暗层次较满意的图像了 受到显像管发光亮度的限制受到显像管发光亮度的限制，，重现的图像重现的图像无法无法达到景物实际亮度达到景物实际亮度，，但只要能反映客观景物的对比度和灰度，便可获得满意的效果但只要能反映客观景物的对比度和灰度，便可获得满意的效果1．．2．．2 辅助信号辅助信号1．复合消隐信号．复合消隐信号 在在图图像像的的分分解解或或恢恢复复的的扫扫描描逆逆程程中中，，若若不不采采取取措措施施，，将将出出现现行行、、场场回回扫扫线线，，这这将将对对正正程程所所传传送送的的图图像像起起干干扰扰作作用用。

消消除除回回扫扫线线的的方方法法是是在在行行、、场场扫扫描描的的逆逆程程期期间间，，在在摄摄像像管管与与显显像像管管中中分分别别加加入入能能使使扫扫描描电电子子束束截截止止的的消消隐隐脉脉冲冲，，即即复复合合消消隐隐脉脉冲冲或或复复合合消消隐隐信信号号发发送送端端在在发发送送图图像像信信号号的的同同时时，，在在逆逆程程期期间间将将消消隐隐信信号号也也发发送送出出去去行、场消隐信号的电平等于图像信号的黑色电平；行、场消隐信号行、场消隐信号的电平等于图像信号的黑色电平；行、场消隐信号的周期应分别与行、场扫的周期应分别与行、场扫描周期相同；行、场消隐描周期相同；行、场消隐脉冲的宽度应分别等于行、脉冲的宽度应分别等于行、场扫描的逆程时间即行场扫描的逆程时间即行消隐脉冲宽度为消隐脉冲宽度为12μs，，场场消隐脉冲宽度为消隐脉冲宽度为1612μs (其中，包含着一个行的逆其中，包含着一个行的逆程程12μs)复合消隐信号复合消隐信号 2．复合同步信号．复合同步信号 电电视视系系统统中中发发扫扫描描必必须须严严格格同同步步，，即即收收、、发发扫扫描描对对应应的的行行、、场场起起始始和和终终止止位位置置必必须须严严格格一致，否则就会出现画面失真或不稳定现象。

一致，否则就会出现画面失真或不稳定现象 为了收、发同步的需要，电视发送端每当为了收、发同步的需要，电视发送端每当扫描完一行时加入一个行同步脉冲；每当扫描扫描完一行时加入一个行同步脉冲；每当扫描完一场时加入一个场同步脉冲，它们分别在行完一场时加入一个场同步脉冲，它们分别在行与场逆程期间传送，其宽度分别小于行、场逆与场逆程期间传送，其宽度分别小于行、场逆程时间我国电视标准规定，行同步脉冲宽度程时间我国电视标准规定，行同步脉冲宽度为为4.7μs，，脉冲前沿滞后行消隐信号前沿约脉冲前沿滞后行消隐信号前沿约复合同步信号复合同步信号1.3μs；；场同步脉冲宽度为场同步脉冲宽度为160μs（（2.5个行周期），脉冲前沿滞后个行周期），脉冲前沿滞后场消隐信号前沿场消隐信号前沿160μs在接收端必须先将这些行、场同步脉冲分在接收端必须先将这些行、场同步脉冲分离出来，用以分别控制接收机中的行、场扫描锯齿波电流的周期离出来，用以分别控制接收机中的行、场扫描锯齿波电流的周期和相位换言之，和相位换言之，只有当行、场同步脉冲到来时才开始行与场的只有当行、场同步脉冲到来时才开始行与场的回扫回扫，这就可保证收、发双方扫描电流的频率和相位都相同，即，这就可保证收、发双方扫描电流的频率和相位都相同，即可保证同步。

图可保证同步图1-15(a)中给出了行、场同步信号，通常将行、场中给出了行、场同步信号，通常将行、场同步信号合称为复合同步信号同步信号合称为复合同步信号扫描频率对重现图像的影响扫描频率对重现图像的影响相位不同对重现图像的影响相位不同对重现图像的影响并行现象并行现象同步脉冲前沿同步脉冲前沿 — 逆程开始时刻逆程开始时刻 3．槽脉冲和均衡脉冲．槽脉冲和均衡脉冲 电电视视系系统统中中，，提提取取行行同同步步信信息息的的方方法法，，是是利利用用鉴鉴相相或或微微分分电电路路来来提提取取行行同同步步脉脉冲冲的的前前沿沿由由于于场场同同步步脉脉冲冲较较宽宽，，因因而而在在场场同同步步期期间间会会使使行行同同步步信信息息丢丢失失这这样样，，在在场场逆逆程程期期间间行行就就可可能能失失步步，，可可能能会会造造成成每每场场开开始始时时的的前前几几行行不不能能立立刻刻同同步步，，而而使使屏屏幕幕显显示示图图像像的的最最上上面面几几行行出出现现不不稳稳定定现现象象解解决决这这个个问问题题的的办办法法是是在在场场同同步步脉脉冲冲上上加加开开几几个个槽槽，，称称为为槽槽脉脉冲冲，，并并使使槽槽脉脉冲冲的的后后沿沿(即即上上升升沿沿)恰恰好好对对应应于于应应该该出出现现原原行行同同步步脉脉冲冲的的前前沿沿位位置置。

加加入入槽槽脉脉冲冲之之后后就就可可以以保保证证在在场场同同步步脉脉冲冲期期间间可可以以检检测测出出行行同同步步脉脉冲冲槽槽脉脉冲冲的的宽宽度度与与行行同同步步脉冲相同，也是脉冲相同，也是4.7μs 行行、、场同步脉冲幅度相场同步脉冲幅度相同同 、、 宽度宽度 不同，所以分离不同，所以分离行、场同步脉冲一般借助于行、场同步脉冲一般借助于微分与积分电路的组合微微分与积分电路的组合微分电路可提取出行同步脉冲分电路可提取出行同步脉冲或槽脉冲的上升沿用于行同或槽脉冲的上升沿用于行同步；积分电路却可以选出宽步；积分电路却可以选出宽度较大的场同步脉冲度较大的场同步脉冲 但但是是，，由由于于电电视视系系统统一一般般采采用用隔隔行行扫扫描描，，相相邻邻两两场场扫扫描描的的起起点点和和终终点点位位置置都都不不相相同同对对于于奇奇数数场场来来说说，，它它是是在在半半行行处处结结束束，，场场消消隐隐信信号号和和场场同同步步信信号号应应在在行行扫扫描描到到半半行行时时加加入入；；对对于于偶偶数数场场扫扫描描来来说说，，它它是是在在一一个个整整行行后后结结束束，，场场消消隐隐与与场场同同步步信信号号应应在在一一个个整整行行结结束束后后加加入入。

若若将将奇奇数数场场和和偶偶数数场场的的同同步步脉脉冲冲分分两两排排画画出出，，并并令令场场同同步步脉脉冲冲起起始始沿沿对对齐齐，，则则得得如如图图所所示示波波形形在在进进行行、、场场同同步步分分离离时时，，每每一一个个行行同同步步脉脉冲冲出出现现，，要要对对积积分分电电容容器器进进行行一一次次充充电电，，行行同同步步脉脉冲过后则进行放电由于奇数场和偶数场同步脉冲前沿出现时、行冲过后则进行放电由于奇数场和偶数场同步脉冲前沿出现时、行同步脉冲相互错开半同步脉冲相互错开半行，造成积分电容器行，造成积分电容器上的起始电压不同，上的起始电压不同，这就必然导致两场同这就必然导致两场同步时间的差异，如图步时间的差异，如图所示，存在时差所示，存在时差Δt对场同步脉冲的检测对场同步脉冲的检测造成影响造成影响场同步积分输出场同步积分输出 为了保证偶数场的扫描线准确地嵌套在奇数场各扫措线之间，为了保证偶数场的扫描线准确地嵌套在奇数场各扫措线之间，必须保证相邻两场场同步脉冲前沿到达积分电路时，积分电容器上必须保证相邻两场场同步脉冲前沿到达积分电路时，积分电容器上要有相同的起始电压，否则就无法保证正确的嵌套，严重时甚至会要有相同的起始电压，否则就无法保证正确的嵌套，严重时甚至会出现扫描光栅完全重合的现象。

为此，在场同步脉冲前后（场消隐出现扫描光栅完全重合的现象为此，在场同步脉冲前后（场消隐期间）以及中间，每隔半行都增加一个行同步脉冲，这样就可以使期间）以及中间，每隔半行都增加一个行同步脉冲，这样就可以使相邻两场的场同步脉冲前沿到达积分电路时，积分电容器上所充的相邻两场的场同步脉冲前沿到达积分电路时，积分电容器上所充的电压基本相等为了使增加脉冲后的平均电平不增加，把这部分脉电压基本相等为了使增加脉冲后的平均电平不增加，把这部分脉冲宽度减小为原来的一半冲宽度减小为原来的一半(即即2.35μs)场同步脉冲上的槽也每半行场同步脉冲上的槽也每半行一个，槽宽仍为一个，槽宽仍为4.7μs，，场同步期间要开场同步期间要开5个槽每个场同步脉冲前、后每个场同步脉冲前、后各有各有5个个 2.35μs 宽的脉宽的脉冲，常称其为前、后均冲，常称其为前、后均衡脉冲，如图衡脉冲，如图l-17(c)所所示这样一来，无论奇示这样一来，无论奇场还是偶场，送到场积场还是偶场，送到场积分电路去的波形都是完分电路去的波形都是完全相同的全相同的 开槽场同步开槽场同步 1．．2．．3 黑白全电视信号黑白全电视信号 1．全电视信号波形．全电视信号波形 将将图图像像信信号号、、复复合合同同步步、、复复合合消消隐隐、、槽槽脉脉冲冲和和均均衡衡脉脉冲冲等等叠叠加加，，即即构构成成黑黑白白全全电电视视信信号号，，通通常常也也称称其其为为视视频频信信号号。

我我国国现现行行电电视视标标推推规规定定：：以以负负极极性性全全电电视视的的同同步步信信号号顶顶电电平平作作为为100％％；；则则黑黑色色电电平平和和消消隐隐电电平平的的相相对对幅幅度度为为75％％；；白白色色电电平平相相对对幅幅度度为为10％％～～12.5％％；；图图像像信信号号电电平平介介于于白白色色电电平平与与黑黑色色电电平平之之间间各各脉脉冲冲的的宽宽度度为为：：行行同同步步4.7μs；；场场同同步步160μs (2.5行行，，H表表示示行行，，V表表示示场场)；；均均衡衡脉脉冲冲2.35μs；；槽脉冲槽脉冲4.7μs；；场消隐脉冲场消隐脉冲1612μs；；行消隐脉冲行消隐脉冲12μs正极性信号正极性信号黑白全电视信号黑白全电视信号 2．全电视信号的频谱．全电视信号的频谱 所所谓谓频频谱谱，，就就是是信信号号中中所所含含的的频频率率成成份份及及其其能能量量分分布布，，即即各各频频率率成成份份的的相相对对幅幅度度全全电电视视信信号号的的频频谱谱，，应应是是它它所所包包含含的的主主体体信信号号(图像信号图像信号)与辅助信号的频谱之和，图象信号的谱有一定规律性与辅助信号的频谱之和，图象信号的谱有一定规律性。

⑴⑴ 静止图像的频谱静止图像的频谱 ①① 只在水平方向有亮度变化的静止图像只在水平方向有亮度变化的静止图像 这这种种情情况况下下，，每每个个行行扫扫描描得得到到的的图图象象信信号号都都是是一一样样的的（（以以行行频频重复）为了方便讨论，我们忽略了行逆程根据傅立叶分析，频重复）为了方便讨论，我们忽略了行逆程根据傅立叶分析，频谱是线状谱，位于行频谱是线状谱，位于行频fH及其谐波及其谐波n fH上且n越大，能量（幅度）越越大，能量（幅度）越小（对于我国，小（对于我国，6MHz带宽最高谐波次数带宽最高谐波次数n=384） ②② 在垂直方向也有亮度变化在垂直方向也有亮度变化 信信号号仍仍然然是是以以行行频频重重复复的的，，用用二二维维傅傅立立叶叶级级数数分分解解，，可可得得频频谱谱分分布布图图频频谱谱成成份份为为n fH ±m fV，，其其频频谱谱分分布布是是离离散散谱谱线线簇簇(谱谱线线群群)，，主主谱谱线线为为n fH特特点点是是信信号号能能量量集集中中在在行行频频fH及及其其各各次次谐谐波波n fH的的主主谱谱线线上上，，n越越大大能能量量越越小小在在每每个个主主谱谱线线两两旁旁存存在在着着场场频频及及其其谐谐波波的的许许多多副副谱谱线线。

m越越大大，，副谱线能量也越小副谱线能量也越小 ③③ 垂直方向有细节变化垂直方向有细节变化 垂垂直直方方向向有有精精细细细细节节变变化化时时，，两两场场信信号号会会有有差差异异，，其其信信号号波波形形以以帧帧为为周周期期重重复复，，故故频频谱谱成成应为应为n fH±m fF（（fF为帧频，为帧频，25Hz）由于垂直方向内容有不小的）由于垂直方向内容有不小的相关性，所以，帧间差引起奇数倍成份相对较小相关性，所以，帧间差引起奇数倍成份相对较小 ⑵⑵ 运动图象信号的频谱运动图象信号的频谱 对对于于一一般般速速度度运运动动的的物物体体，，形形成成的的帧帧周周期期信信号号波波形形表表现现为为随随运运动动情情况况而而在在时时间间轴轴上上的的相相位位有有变变化化随随景景物物运运动动，，两两旁旁的的依依时时间间左左右右摆摆动动，，主主谱谱线线两两旁旁的的副副谱谱线线近近乎乎连连续续因因电电视视图图像像相相邻邻帧帧间间、、行间相关较大，因此相邻群之间有信号能量的空白区行间相关较大，因此相邻群之间有信号能量的空白区 或活动图像，行频主谱线两旁的副谱线谐波次数不大于或活动图像，行频主谱线两旁的副谱线谐波次数不大于20。

按按m=20计算，各谱线群所占宽度仅为计算，各谱线群所占宽度仅为2m fV＝＝20×20×50＝＝2kHz，，相相邻两主谱线间距为邻两主谱线间距为15.625kHz，，可见各群谱线间存在着很大的空隙可见各群谱线间存在着很大的空隙 ⑶⑶ 图像信号的频谱待征图像信号的频谱待征 ①① 以以行行频频及及其其谐谐波波为为中中心心,形成梳齿状的离散频谱形成梳齿状的离散频谱 ②② 随随着着行行频频谐谐波波次次数数的的增增高高，，谱谱线线幅幅度度逐逐渐渐减减小小这这说说明明黑黑白白图图像像信信号号的的主主要要能能量量分分布在视频信号的低频端布在视频信号的低频端 ③③ 实践证明，无论是静止实践证明，无论是静止全电视信号的频谱全电视信号的频谱 ④④ 辅助信号的频谱辅助信号的频谱 由于各辅助信号均为周期性脉冲信号，其频谱与脉冲宽度有由于各辅助信号均为周期性脉冲信号，其频谱与脉冲宽度有关若以τ表示脉冲宽度，则周期性脉冲信号的频谱如图所示一表示脉冲宽度，则周期性脉冲信号的频谱如图所示一般来说，能量主要集中在般来说，能量主要集中在f＝＝3/τ以内，故可近似认为这类脉冲信号以内，故可近似认为这类脉冲信号的最高频率为的最高频率为fmax＝＝3/τ。

以行同步脉冲为例，以行同步脉冲为例，τ＝＝4.7μs，，则则3/τ＝＝638kHz因而我们可以说，各辅助信号也都是小于因而我们可以说，各辅助信号也都是小于6MHz的离散的离散谱 结论：全电视信号具有在结论：全电视信号具有在0～～6MHz范围内、离散分布的频谱范围内、离散分布的频谱结构为了分析问题简单，常以图结构为了分析问题简单，常以图l-21表示全电视信号的频谱表示全电视信号的频谱1．．3 彩色的基本概念彩色的基本概念 1．．3．．1 彩色和光密不可分彩色和光密不可分 1．可见光的特性．可见光的特性 光光是是一一种种以以电电磁磁波波形形式式存存在在的的物物质质，，人人眼眼可可以以看看见见的的光光叫叫可可见它是波长范围为见它是波长范围为380 nm到到780nm之间的电磁波之间的电磁波 不不同同波波长长的的光光呈呈现现出出的的颜颜色色各各不不相相同同，，随随着着波波长长由由长长到到短短，，呈呈现的颜色依次为：红、橙、黄、绿、言、蓝、紫现的颜色依次为：红、橙、黄、绿、言、蓝、紫 只只含含有有单单一一波波长长的的光光称称为为单单色色光光，，包包含含有有两两种种或或两两种种以以上上波波长长的的光光标标为为复复合合光光（（复复色色光光）），，复复合合光光作作用用于于人人眼眼，，呈呈现现混混合合色色。

例例如如，，太太阳阳辐辐射射的的光光含含有有七七种种单单色色光光的的波波谱谱，，但但却却给给认认以以白白光光的的综合感觉综合感觉 太太阳阳发发出出的的白白光光中中包包含含了了所所有有的的可可见见光光，，若若把把太太阳阳辐辐射射的的一一束束光光投投射射到到棱棱镜镜上上太太阳阳光光会会经经过过棱棱镜镜分分解解成成一一组组按按红红、、橙橙、、黄黄、、绿绿、、青青、、蓝蓝、、紫紫顺顺序序排排列列的的连连续续光光谱谱被被分分解解之之后后的的色色光光，，若若再再次次经经过棱镜，它是不能再分解了，这种单一波长的色光也称过棱镜，它是不能再分解了，这种单一波长的色光也称谱色光谱色光可见光谱图可见光谱图2．物体的颜色．物体的颜色 我我们们看看到到的的颜颜色色有有两两种种不不同同的的来来源源：：一一种种是是发发光光体体所所呈呈现现的的颜颜色色，，例例如如各各种种彩彩色色灯灯和和霓霓红红灯灯等等所所发发出出的的彩彩色色光光；；另另一一种种是是物物体体反反射射或或透透射射的的彩彩色色光光那那些些本本身身不不发发光光的的物物体体，，在在外外界界光光线线照照射射下下，，能能有有选选择择地地吸吸收收一一些些波波长长的的光光，，而而反反射射或或透透射射另另一一些些波波长长的的光光，，从从而而使使物物体体呈呈现现一一定定的的颜颜色色。

例例如如，，红红旗旗反反射射红红光光而而吸吸收收其其它它颜颜色色的的光光，，因因而而呈呈现现红红色色；；绿绿色色的的植植物物因因反反射射绿绿色色光光而而吸吸收收所所有有其其它它色色光光而而呈呈现现绿绿色色，，白白云云反反射射全全部部阳阳光光而而呈呈白白色色；；煤炭吸收全部照射光而呈现黑色等等煤炭吸收全部照射光而呈现黑色等等 既既然然物物体体呈呈现现的的颜颜色色是是由由于于物物体体反反射射(或或透透射射)光光的的种种类类不不同同而而产产生生的的，，那那么么物物体体呈呈现现的的颜颜色色显显然然与与照照射射它它的的光光源源有有关关绿绿草草的的绿绿色色是是由由于于它它在在日日光光照照射射下下才才表表现现出出来来的的，，如如果果把把绿绿草草拿拿到到红红光光下下观观察察，，就就会会发发现现它它不不再再是是红红色色而而近近乎乎是是黑黑色色的的，，这这是是因因为为红红色色光光源源中中没没有有绿绿光光成成分分，，绿绿草草全全部部吸吸收收了了红红光光，，所所以以变变成成黑黑色色人人们们日日常常生生活活中中都都会会有有这这样样的的经经验验，，某某些些东东西西在在日日光光下下看看到到的的颜颜色色与与在在灯灯光光下下看看到到的的颜颜色色有有差差异异，，恰恰恰恰说说明明由由于于日日光光与与灯灯光这两种光源所含的光谱成分不同，使同一物体表现为不同的颜色。

光这两种光源所含的光谱成分不同，使同一物体表现为不同的颜色 应应该该指指出出，，不不能能从从看看到到的的颜颜色色来来判判断断光光谱谱的的分分布布这这是是因因为为虽虽然然一一定定的的光光谱谱分分布布表表现现为为一一定定的的颜颜色色，，但但同同一一颜颜色色则则可可由由不不同同的的光光谱谱分分布布而而获获得得例例如如，，黄黄色色可可以以由由单单一一波波长长的的黄黄光光产产生生，，也也可可以以由由两两种种波波长长不不同同的的光光(红红光和绿光光和绿光)按一定比例混合而产生，二者给人的颜色感觉却是相同的按一定比例混合而产生，二者给人的颜色感觉却是相同的3．色温和标准光源．色温和标准光源 通通常常的的照照明明光光源源，，如如太太阳阳、、日日光光灯灯、、白白炽炽灯灯泡泡等等所所发发出出的的光光虽虽然然都都笼笼统统地地称称其其为为白白光光，，但但由由于于发发光光物物质质不不同同，，它它们们的的光光谱谱成成分分相相差差很很大大，，用用它它们们照照射射相相同同物物体体时时，，呈呈现现的的颜颜色色则则相相差差较较大大例例如如，，白白炽炽灯灯泡泡偏偏橙橙红红（（呈呈暖暖色色调调）），，而而汞汞灯灯偏偏青青蓝蓝（（呈呈冷冷色色调调））。

为为了了比比较较和和区区别别各各种种光光源源的的特特性性，，国国际际照照明明委委员员会会(CIE)规规定定了了A、、B、、C、、D、、E等等几几种种标标准准白白色色光源，并以基本参量光源，并以基本参量“色温色温”予以表征予以表征1)色温的概念色温的概念 色色温温是是以以绝绝对对黑黑体体的的加加热热温温度度来来定定义义的的所所谓谓绝绝对对黑黑体体是是指指既既不不反反射射光光、、也也不不透透射射光光，，而而完完全全吸吸收收入入射射光光的的物物体体，，被被加加热热时时的的电电磁磁波波辐辐射射波波谱谱仅仅由由温温度度决决定定随随着着温温度度的的增增加加，，黑黑体体辐辐射射能能量量将将增增大大，，其其功功率率波波谱谱向向短短波波方方向向移移动动所所以以当当温温度度升升高高时时，，不不仅仅亮亮度度增增大大，，其其发发光光颜颜色色也也随随之之变变化化为为了了区区分分各各种种光光源源的的不不同同光光谱谱分分布布与与颜颜色色，，可可以以用用绝绝对对黑黑体体的的温温度度来来表表征征当当绝绝对对黑黑体体在在某某一一特特定定绝绝对对温温度度下下，，所所辐辐射射的的光光谱谱与与某某光光源源的的光光谱谱具具有有相相同同的的特特性性时时，，则则绝绝对对黑黑体体的的这这一一特特定定温温度度就就定定义义为为该该光光源源的的色色温温，，单单位位以以K表表示示。

例例如如，，温温度度保保持持在在2800 K时时的的钨钨丝丝灯灯泡泡所所发发的的白白光光，，与与温温度度保保持持在在2854K的的绝绝对对黑黑体体所所辐辐射射光光的的功功率率波波谱谱基基本本一一致致，，于于是是既既称称该该白白光光的的色色温温即即为为2854K可可见见、、色色温温并并非非光光源源本本身身的的实实际际温温度，而是表征光源波谱持性的参量度，而是表征光源波谱持性的参量 (2)标准白光源标准白光源 A 光源：相当于光源：相当于2800 K钨丝灯所发的光钨丝灯所发的光其色温为其色温为2854K它的光谱能量分布主要集它的光谱能量分布主要集中于波长较长的区域，因而中于波长较长的区域，因而A光源的光总带光源的光总带着橙红色着橙红色 B 光源：相当于中午直射的太阳光其光源：相当于中午直射的太阳光其色温为色温为4800 K在实验室中可由特制的滤在实验室中可由特制的滤色镜从色镜从A光源中获得光源中获得 C 光源：相当于白天的自然光色温为光源：相当于白天的自然光色温为 6800K其波谱成分在其波谱成分在400～～500nm处较大，处较大，因此因此C光源的光偏蓝色。

它被选作为光源的光偏蓝色它被选作为NTSC制彩色电视系统的标准白光源制彩色电视系统的标准白光源 D 光源：相当于白天平均照明光因其色温为光源：相当于白天平均照明光因其色温为6500 K，故又称，故又称D65光源它被选作为光源它被选作为PAL制彩色电视系统的标准白光源制彩色电视系统的标准白光源 E 光源：是一种理想的等能量的白光源，其色温为光源：是一种理想的等能量的白光源，其色温为5500 K其光谱能量分布是一条平行于横轴的水平直线，在可见光波长范围内，光谱能量分布是一条平行于横轴的水平直线，在可见光波长范围内，各波长具有相同的辐射功率采用这种光源有利于彩色电视系统中各波长具有相同的辐射功率采用这种光源有利于彩色电视系统中问题的分析和计算这种光源在实际中是不存在的，是假想的光源问题的分析和计算这种光源在实际中是不存在的，是假想的光源1．．3．．2视觉特性视觉特性 电电影影、、黑黑白白及及彩彩色色电电视视技技术术，，均均是是利利用用了了人人眼眼视视觉觉的的某某些些特特性性而而实实现现的的黑黑白白电电视视中中，，不不但但利利用用了了人人眼眼的的视视觉觉惰惰性性，，同同时时还还利利用用了了人人眼眼分分辨辨力力的的局局限限性性(即即当当相相邻邻像像素素靠靠近近到到一一定定程程度度时时，，人人眼眼无无法法分分辨辨，，会会产产生生连连续续象象素素的的感感觉觉)。

彩彩色色电电视视中中，，除除了了利利用用以以上上特特性性外外，，还利用了人眼的彩色视觉特性，主要包括视敏特性和彩色视觉还利用了人眼的彩色视觉特性，主要包括视敏特性和彩色视觉1．相对视敏曲线．相对视敏曲线 在在可可见见光光范范围围内内，，同同一一波波长长的的光光，，当当其其强强度度不不一一样样时时，，给给人人的的亮亮度感觉是不相同的；对于相同强度而波长不同的光度感觉是不相同的；对于相同强度而波长不同的光(E光源光源)，给人的，给人的亮亮度度感感觉觉也也是是不不同同的的实实践践证证明明，，人人眼眼感感到到最最亮亮（（最最灵灵敏敏））的的是是黄黄绿绿色色，，最最暗暗（（最最迟迟钝钝））的的是是蓝蓝色色和和紫紫色色如如相相对对视视敏敏曲曲线线所所示示(E光光源源)基基准准是是人人眼眼最最敏敏感感的的、、波波长长为为555nm的的黄黄绿绿光光(l00％％)对对于于不不同同的的人人，，相相对对视视敏敏曲曲线线的的形形状状是是会会稍稍有有差异的相对视敏曲线相对视敏曲线 2．人眼的亮度感觉．人眼的亮度感觉 亮度感觉，即包括人眼所能感觉到的最大亮度与最小亮度的差亮度感觉，即包括人眼所能感觉到的最大亮度与最小亮度的差别及在不同环境亮度下对同一亮度所产生的主观明亮程度的感觉。

别及在不同环境亮度下对同一亮度所产生的主观明亮程度的感觉 (1) 人的视觉范围很宽，能感受到的亮度范围大约从百分之几人的视觉范围很宽，能感受到的亮度范围大约从百分之几nit到几百万到几百万nit( (但不能同时感受到这样大的亮度范围，当人眼适应但不能同时感受到这样大的亮度范围，当人眼适应了某一平均环境亮度之后，视觉范围就变得小多了之所以如此，了某一平均环境亮度之后，视觉范围就变得小多了之所以如此，是因为人眼的感光作用有随外界光的强弱而自动调节的能力是因为人眼的感光作用有随外界光的强弱而自动调节的能力) ) (2) 在在不不同同环环境境亮亮度度下下，，人人眼眼对对同同一一亮亮度度的的主主观观感感觉觉也也不不相相同同在在光光天天化化日日之之下下，，如如果果有有人人在在你你身身边边打打开开手手电电筒筒，，你你可可能能毫毫无无亮亮度度明明显显增增加加的的感感觉觉；；但但若若是是漆漆黑黑的的夜夜晚晚，，即即使使离离你你较较远远有有人人划划一一根根火火柴柴，，你你也也会会感感觉觉到到光光亮亮实实验验表表明明，，人人眼眼察察觉觉亮亮度度变变化化的的能能力力是是有有限限的的，，且且随随着着亮亮度度B的的增增大大，，能能觉觉察察的的最最小小亮亮度度变变化化ΔBmin也也增增大大；；但但在在相相当当大大的的亮亮度度范范围围内内，，可可察察觉觉的的最最小小亮亮度度变变化化与与相相应应亮亮度度之之比比(ΔBmin/B)却等于一个常数。

却等于一个常数 上上述述特特性性告告诉诉我我们们：：电电视视重重现现景景像像的的亮亮度度无无需需等等于于实实际际景景物物的的亮亮度度；；人人眼眼不不能能觉觉察察出出的的亮亮度度差差别别，，在在重重现现景景像像时时可可不不予予精精确确复复制制，，只只要要保保持持重重现现图图像像的的对对比比度度，，就就会会有有十十分分逼逼真真的的感感觉觉这这给给电电视视图图象的传输与重现带来了极大的方便象的传输与重现带来了极大的方便 3．人的彩色感觉．人的彩色感觉 人人眼眼视视网网膜膜里里存存在在着着大大量量光光敏敏细细胞胞；；按按其其形形状状可可分分为为杆杆状状相相锥锥状状两两种种杆杆状状光光敏敏细细胞胞的的灵灵敏敏度度极极高高，，主主要要靠靠它它在在低低照照度度时时辩辩别别明明暗暗，，但但它它对对彩彩色色是是不不敏敏感感的的；；锥锥状状细细胞胞既既可可辨辨别别明明暗暗，，又又可可辨辨别别彩彩色色白白天天的的视视觉觉过过程程主主要要靠靠锥锥状状细细胞胞来来完完成成，，夜夜晚晚视视觉觉则则由由杆状细胞起作用，所以在较暗处无法辨别彩色杆状细胞起作用，所以在较暗处无法辨别彩色 锥锥状状细细胞胞又又分分为为三三类类，，分分别别称称为为红红敏敏、、绿绿敏敏和和蓝蓝敏敏。

如如果果某某束束光光线线只只能能引引起起某某一一种种光光敏敏细细胞胞兴兴奋奋、、而而另另外外两两种种光光敏敏细细胞胞仅仅受受到到很很微微弱弱刺刺激激，，我我们们感感觉觉到到的的便便是是某某一一种种色色光光；；若若红红敏敏细细胞胞受受刺刺激激，，则则感感觉觉到到的的是是红红色色；；若若红红、、绿绿敏敏细细胞胞同同时时受受刺刺激激，，则则产产生生的的彩彩色色感感觉觉与与由由黄黄单单色色光光引引起起的的视视觉觉效效果果相相同同显显然然，，随随着着三三种种光光敏敏细细胞胞所所受受光光刺刺激激程程度度上上的的差差异异，，还还会会产产生生各各式式各各样样的的彩彩色色感感觉觉因因此此，，当当我我们们在在摄摄取取彩彩色色景景物物时时，，若若用用三三个个分分别别具具有有与与人人眼眼三三种种锥锥状状细细胞胞相相同同光光谱谱特特性性的的摄摄像像管管，，分分别别摄摄取取代代表表红红、、绿绿、、蓝蓝三三个个彩彩色色分分量量的的信信号号，，经经处处理理、、传传输输，，再再通通过过显显像像管管的的红红、、绿绿、、蓝蓝荧荧光光粉粉受受电电子子轰轰击击发发光光，，转转换换成成原原来来比比例例的的彩彩色色光光，，即即可可实实现现彩彩色色图图像的重现。

像的重现 1．．3．．3 彩色三要素和三基色原理彩色三要素和三基色原理 1．彩色三要素．彩色三要素 亮亮度度，，这这里里是是指指彩彩色色光光作作用用于于人人眼眼引引起起明明暗暗程程度度的的感感觉觉，，通通常常用用Y来来表表示示；；亮亮度度与与色色光光的的能能量量及及波波长长的的长长短短有有关关，，前前面面已已有有分分析析，，这这里里不不再再赘述 色色调调，，即即彩彩色色光光的的颜颜色色类类别别通通常常所所说说的的红红色色、、绿绿色色、、黄黄色色等等等等就就是是指指不不同同的的色色调调上上面面所所说说的的不不同同波波长长的的光光所所呈呈现现的的颜颜色色不不同同，，实实际际上上就就是是指指其其色色调调不不同同如如果果改改变变彩彩色色光光的的光光谱谱成成分分，，就就必必然然引引起起色色调调的的变变化化例例如如，，在在红红光光中中混混入入绿绿光光就就会会使使人人们们感感觉觉到到色色调调变变成成黄黄色色至至于于彩彩色色物物体体的的色色调调，，则则取取决决于于物物体体在在光光线线照照射射下下，，所所反反射射的的光光的的光光谱谱成成分分不不同同光光谱谱成成分分的的反反射射光光使使物物体体呈呈现现不不同同的的色色调调。

对对于于透透光光物物体体，，其其色色调调由由透透射光的波长决定显然，彩色物体的色调也同样与照射它的光源有关射光的波长决定显然，彩色物体的色调也同样与照射它的光源有关 色色饱饱和和度度，，是是指指颜颜色色的的深深浅浅程程度度，，即即颜颜色色的的浓浓度度对对于于同同一一色色调调的的彩彩色色光光，，其其饱饱和和度度越越高高，，它它的的颜颜色色就就越越深深；；饱饱和和度度越越低低，，它它的的颜颜色色就就越越浅浅在在某某一一色色调调的的彩彩色色光光中中掺掺入入白白光光，，会会使使其其饱饱和和度度下下降降，，掺掺入入的的白白光光越越多多，，其饱和度就越低其饱和度就越低 色色调调和和饱饱和和度度合合称称为为色色度度色色度度即即说说明明彩彩色色光光颜颜色色的的类类别别，，又又说说明明了了颜颜色色的的深深浅浅程程度度在在彩彩色色电电视视系系统统中中，，所所谓谓传传输输彩彩色色图图像像，，实实质质上上是是传输图像像素的亮度和色度传输图像像素的亮度和色度 2．三基色．三基色 不不同同波波长长的的光光会会引引起起人人眼眼不不同同的的彩彩色色感感觉觉；；两两种种不不同同光光谱谱成成分分的的光光经经混混合合，，能能引引起起人人眼眼有有产产生生与与某某种种单单色色光光相相同同的的彩彩色色感感觉觉，，即即单单色色光光的的颜颜色色可可以以由由几几种种颜颜色色的的混混合合光光（（复复色色光光））来来等等效效；；这这一一现现象象称称混混色色。

利利用用混混色色的的方方法法，，人人们们可可以以只只用用几几种种颜颜色色的的光光来来仿仿造造出出大大自自然然中中大大多多数数的的彩彩色色，，而而不必去追究这些彩色光的光谱成分不必去追究这些彩色光的光谱成分 人人们们在在进进行行混混色色实实验验时时发发现现：：只只要要选选取取三三种种不不同同颜颜色色的的单单色色光光按按一一定定比比例例混混合合就就可可以以得得到到自自然然界界中中绝绝大大多多数数色色彩彩，，具具有有这这种种特特性性的的三三个个单单色色光光叫叫基基色色光光，，对对应应的的三三种种颜颜色色称称三三基基色色彩彩色色电电视视中中所所采采用用的的三三基基色色分分别别是是红色、绿色和蓝色三基色原理：红色、绿色和蓝色三基色原理： (1) 三三基基色色必必须须是是相相互互独独立立的的产产生生即即其其中中任任一一种种基基色色都都不不能能由由另另外外两种基色混合而得到两种基色混合而得到 (2) 自自然然界界中中的的大大多多数数颜颜色色，，都都可可以以用用三三基基色色按按一一定定比比例例混混合合得得到到；；或者说中的大多数颜色都可以分解为三基色或者说中的大多数颜色都可以分解为三基色。

(3) 三个基色的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度三个基色的混合比例，决定了混合色的色调和饱和度 (4) 混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和混合色的亮度等于构成该混合色的各个基色的亮度之和 彩彩色色电电视视要要传传送送的的是是亮亮度度不不同同、、色色调调和和色色饱饱和和度度千千差差万万别别的的彩彩色色信信息息，，有有了了三三基基色色原原理理，，我我们们只只需需要要将将要要传传送送的的颜颜色色分分解解为为三三基基色色(红红、、绿绿、、蓝蓝)，，然然后后再再分分别别以以对对应应的的一一种种电电信信号号进进行行传传送送就就可可以以了了为为了了与与黑黑白白电电视视系系统兼容，实际传送的是亮度和色差（表示色度）信号统兼容，实际传送的是亮度和色差（表示色度）信号 3．混色方法．混色方法 把把三三基基色色按按照照不不同同的的比比例例混混合合获获得得彩彩色色的的方方法法称称为为混混色色法法混混色色法法有有相加混色（光的合成，彩色电视用）和相减混色（染料合成）之分相加混色（光的合成，彩色电视用）和相减混色（染料合成）之分。

为为了了说说明明相相加加混混色色，，可可以以将将三三束束圆圆形形截截面面积积的的红红、、绿绿、、蓝蓝单单色色光光同同时时投射到白色屏幕上，呈现出一幅品字形三基色圆图投射到白色屏幕上，呈现出一幅品字形三基色圆图绿绿黄黄青青红红绿绿蓝蓝品红品红 相加混色的几种方法：相加混色的几种方法： (1) 空间混色法空间混色法 利利用用人人眼眼空空间间细细节节分分辨辨力力差差的的特特点点，，将将三三种种基基色色光光在在同同一一平平面面的的对对应应位位置置充充分分靠靠近近，，只只要要三三个个基基色色光光点点足足够够小小且且充充分分近近，，人人眼眼在在离离开开一一定定距距离离处处将会感到是三种基色光混合后将会感到是三种基色光混合后所具有的颜色这种空间混色的方法是所具有的颜色这种空间混色的方法是同时制彩色电视同时制彩色电视的基础 (2) 时时间间混混色色法法利利用用人人眼眼的的视视觉觉惰惰性性，，顺顺序序地地让让三三种种基基色色光光出出现现在在同同一一表表面面的的同同一一处处，，当当相相隔隔的的时时间间间间隔隔足足够够小小时时，，人人眼眼会会感感到到这这三三种种基基色色光光是是同同时时出出现现的的，，具具有有三三种种基基色色相相加加后后所所得得颜颜色色的的效效果果。

这这种种相相加加混混色色方方法法是是顺序制彩色电视顺序制彩色电视的基础 (3) 生生理理混混色色法法人人的的两两眼眼同同时时分分别别观观看看不不同同颜颜色色的的同同一一彩彩色色景景像像时时，，使之同时获得两种彩色印像，两种彩色印像在大脑中产生相加混色的效果使之同时获得两种彩色印像，两种彩色印像在大脑中产生相加混色的效果 4．色度三角形．色度三角形 由由三三基基色色混混合合所所产产生生的的各各种种颜颜色色，，可可以以由由色色度度三三角角形形予予以以说说明明该该三三角角形形直直观观地地表表示示出出三三基基色色合合成成的的色色度度关关系系例例如如，，RG边边表表示示由由红红色色与与绿绿色色合合成成所所得得的的所所有有的的颜颜色色此此边边的的中中点点为为黄黄色色，，说说明明红红色色与与绿绿色色相相等等时时为为黄黄色色同同理理，，RB边边的的中中点点是是紫紫色色(品品色色)，，GB边边的的中中点点为青色，色度三角形重心位置为青色，色度三角形重心位置W为白色 穿穿过过W的的任任一一条条直直线线，，连连接接三三角角形形上上的的两两个个点点，，该该两两点点所所代代表表的的颜颜色色相相加加均均得得到到白白色色。

因因此此，，通通常常把把相相加加后后形形成成白白色色的的两两种种颜颜色色称称为为互互补补色色例例如如，，在在色色度度三三角角形形中中，，通通过过W点点所所连连的的红红、、青青，，绿、紫，黄、蓝均互为补色绿、紫，黄、蓝均互为补色 色色度度三三角角形形的的三三个个顶顶点点代代表表三三基基色色例例如如，，R点点所所代代表表的的颜颜色色是是纯纯红红色色，，其其饱饱和和度度为为100%沿沿着着直直线线RW不不断断向向W点点移移动动，，红红色色中中的的白白色色成成分分随随之之增增加加，，颜颜色色不不断断变变淡淡，，其其饱饱和和度度不不断断下下降降，，但但色调并不改变色调并不改变  5．亮度方程．亮度方程 亮度方程给出彩色光的亮度亮度方程给出彩色光的亮度Y与三基色（与三基色（R、、G、、B）的关系式）的关系式 Y＝＝1. 0000R十十4.5907G十十0．．06015 B 在在不不同同的的彩彩色色电电视视制制式式(后后续续章章节节介介绍绍)中中，，由由于于所所选选的的标标准准白白光光和和显显像像三三基基色色(即即显显像像管管荧荧光光粉粉对对应应的的三三个个基基色色)不不同同，，导导致致亮亮度度方程也互有差异。

方程也互有差异 以以C白白光为标准白光源的光为标准白光源的NTSC制彩色电视制式的亮度方程为制彩色电视制式的亮度方程为 Y＝＝0.229RN十十0.587GN十十0.114BN 以以D65光为标准白光源的光为标准白光源的PAL制彩色电视制式的亮度方程式为制彩色电视制式的亮度方程式为 Y＝＝0.222RP十十0.707GP十十0.071BP 由由于于NTSC制制彩彩色色电电视视广广播播发发展展较较早早，，大大量量的的电电视视设设备备都都是是按按它它设设计计的的，，所所以以PAL制制中中没没有有采采用用自自己己的的亮亮度度方方程程，，而而是是延延用用了了NTSC的的亮亮度度方方程程式式，，使使用用了了与与NTSC制制彩彩色色电电视视相相同同的的显显像像三三基基色色（（显显像像管管））为为了了书书写写方方便便，，一一般般应应用用中中，，略略去去显显像像三三基基色色系系数数下标，并被近似地写为下标，并被近似地写为 Y＝＝0.30R十十0.59G十十0.11B 。

 1．．3．．4 彩色图像的摄取与重现彩色图像的摄取与重现 根根据据三三基基色色原原理理，，一一幅幅彩彩色色图图像像可可以以分分解解为为三三个个基基色色图图像像，，在在发发端端将将一一幅幅欲欲传传送送的的彩彩色色图图像像分分解解为为三三幅幅基基色色图图像像信信号号，，合合用用一一个个通通道道传传送送给给接接收端；接收端将收到的三个基色图像信号还原成原来的彩色图像收端；接收端将收到的三个基色图像信号还原成原来的彩色图像 1．彩色图像的摄取．彩色图像的摄取 要实现彩色电视发送，较实用的方法就是首先要将一要实现彩色电视发送，较实用的方法就是首先要将一幅彩色图像分解为红、绿、蓝三幅基色图像，以获得三基幅彩色图像分解为红、绿、蓝三幅基色图像，以获得三基色信号电压色信号电压R、、G、、B(ER、、EG、、EB的简化写法的简化写法)这可以通过分色光学系统通过分色光学系统(包括物镜、分色棱镜、反射镜等包括物镜、分色棱镜、反射镜等)及三及三个黑白摄像系统来完成个黑白摄像系统来完成彩条图象的例子彩条图象的例子 2．彩色图像的重现．彩色图像的重现 为为了了重重现现彩彩色色图图像像，，彩彩色色电电视视接接收收机机必必须须把把收收到到的的彩彩色色全全电电视视信信号号恢恢复复成成三三基基色色电电信信号号并并还还原原成成三三基基色色图图像像，，然然后后由由显显像像管管将将其其显显示示从从而而恢恢复复原原彩彩色图像。

色图像 彩彩色色显显像像管管与与黑黑白白显显像像管管的的最最大大区区别别在在于于它它发发射射三三个个电电子子束束，，分分别别对对应应红红、、绿绿、、蓝蓝三三个个基基色色（（扫扫描描显显像像管管屏屏面面时时分分别别发发出出红红、、绿绿、、蓝蓝三三种种基基色色光光））彩彩色色荧荧光光粉粉不不是是平平涂涂在在荧荧光光屏屏上上，，而而是是按按红红、、绿绿、、蓝蓝各各一一点点组组成成的的三三色色荧荧光光点点为为一一组组，，以以品品字字形形等等排排列列方方式式布布满满屏屏面面，，荧荧光光屏屏的的后后面面设设置置有有荫荫罩罩板板由由荫荫罩罩板板保保证证红红、、绿绿、、蓝蓝三三个个基基色色电电子子束束分分别别轰轰击击各各自自的的基基色荧光粉色荧光粉。