【正文】 第四章 電視信號(hào)的形成、處理 ? 電視系統(tǒng)概述 電視系統(tǒng)包括信號(hào)源、信號(hào)處理電路、傳輸線路及終端顯示設(shè)備等。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 在廣播電視系統(tǒng)中，電視信號(hào)源產(chǎn)生的電視信號(hào)稱為視頻電視信號(hào)，而發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)稱為射頻電視信號(hào)。在電視臺(tái)的演播室里，信號(hào)源主要有攝像機(jī)、飛點(diǎn)掃描儀、電視電影機(jī)、磁帶錄像機(jī) (數(shù)字 /模擬 )、測(cè)試信號(hào)發(fā)生器和激光視盤機(jī)等。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 廣播彩色電視攝像機(jī)的組成 攝像機(jī)是電視系統(tǒng)的最重要的信號(hào)源，其性能的優(yōu)劣往往對(duì)整個(gè)電視系統(tǒng)的質(zhì)量有著舉足輕重的作用。攝像機(jī)的性能要求： 分辨率要高。好的水平分辯率可達(dá) 750線，差的也不能小于300線。 彩色逼真，輪廓清晰、灰度分明。 失真與干擾要小。 靈敏度要高。較好的攝像機(jī)的靈敏度約在 40lx左右。 鏡頭口徑及變焦比要高。一般采用 1～ 15倍的變焦鏡頭。 使用特性要好。調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、使用靈活方便、小型輕便等。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 廣播彩色電視攝像機(jī)的組成 彩色電視攝像機(jī)的基本組成： (1) 攝像機(jī)頭。包括鏡頭、分光系統(tǒng)、攝像管、預(yù)放器、掃描電路、尋像器、電源及附屆設(shè)備等。 (2) 視頻信號(hào)處理部分。主要包括視頻放大、增益調(diào)整、電纜校正、黑斑校正、輪廓校正、彩色校正、 γ 校正、雜散光補(bǔ)償、矩陣電路及消隱電路等。 (3) 編碼器、同步機(jī)。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 廣播彩色電視攝像機(jī)的組成 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 彩色攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)主要由變焦距鏡頭、分色鏡、中性濾光片和色溫濾光片組成。有些還有背景光投射裝置、光學(xué)圖像縮小鏡。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 變焦距鏡頭： 有變焦距鏡頭的攝像機(jī)，能在拍攝點(diǎn)不動(dòng)的情況下，緩慢或快速地連續(xù)改變攝取場(chǎng)面的大小。使電視圖像更加生動(dòng)活潑。 變焦距原理 ： fSS11121??111 ??fSK12SSK ?fH2a r c ta n?ω公式 4－ 3和 4－ 4知，改變焦距也可以改變成像尺寸，可以改變鏡頭的視場(chǎng)角 H/2 H/2 f 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 變焦距鏡頭： 2121111ffdfff ???焦距的連續(xù)改變： 根據(jù)幾何光學(xué)原理，由焦距分別為 f f2的兩個(gè)透鏡組成透鏡組，則合成焦距為： 由上式知： f f2固定，改變兩透鏡之間的距離 d，也可以改變透鏡組的焦距。 若取 f1＝ f2＝－ 1，則凸透鏡和凹透鏡組成的透鏡組的合成焦距 f＝ 1/d,改變 d很容易改變 f。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 變焦距鏡頭： 在使用時(shí)，往往固定一個(gè)透鏡，改變另一個(gè)透鏡的位置，焦距發(fā)生改變，但成像面的位置也改變。因此，增加一組透鏡并隨著變焦透鏡的移動(dòng)相應(yīng)的移動(dòng)，使成像位置不變。 兩個(gè)透鏡組成變焦距鏡頭的合成焦距與兩個(gè)透鏡位置的關(guān)系如圖 4－ 4。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 變焦距鏡頭： 彩色攝像機(jī)的變焦距鏡頭如圖 4－ 3（ a）所示，包含了調(diào)焦組、變焦組、補(bǔ)償組及移像組。其光路如圖 4－ 3（ b）所示。 ★調(diào)整 調(diào)焦組 的位置，可使有任意物距的物體成像在 A點(diǎn)。 ★移動(dòng) 變焦組 ，改變其與調(diào)焦組之間的距離，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的焦距變化，連續(xù)改變攝取景物場(chǎng)景的大小。但成像位置也變了。 ★移動(dòng) 補(bǔ)償組 ，改變補(bǔ)償組與調(diào)焦組之間的距離，使成像位置永遠(yuǎn)固定在 B點(diǎn)。 ★通過 移像組 ，將固定位置 B點(diǎn)上的像轉(zhuǎn)換到攝像管的靶面上 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 彩色電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 分色棱鏡： 分色棱鏡的使用目的：為了把鏡頭射來的光束分解為紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色光束，并將他們分別投射到三個(gè)攝像管的靶面上產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三路電信號(hào)。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 分色棱鏡由（ I）、（ II）和（ III）三部分粘合組成，其中在 Mg和 Mb面上分別蒸涂上不同厚度的干涉薄膜。當(dāng)光線 F投射到 Mg面上時(shí)，能把綠光 G反射出來而讓其它光透過。反射出來的綠光投射到界面（ 1）上，因入射角較小，超過臨界角而發(fā)生全反射，于是 G光經(jīng) Fg射入 G攝象管。 透過 Mg面上光到達(dá) Mb面時(shí)能把藍(lán)光 B反射出來而讓余下的 R光透過，反射出來的 B光在界面（ 2）上全反射后穿過 Fb而到達(dá) B攝象管。透過的 R光經(jīng)（ III）部分穿過 Fr到達(dá) R攝象管。光線在介質(zhì)中所走的路程與介質(zhì)折射率的乘積稱為光程， R、 G、 B三路的光程應(yīng)嚴(yán)格一致。 Fr、 Fb、 Fg來進(jìn)一步校正。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 分色原理： 干涉膜 Mr和 Mb所以會(huì)射出某些波長(zhǎng)的光而透射其他波長(zhǎng)的光圖 4－ 5中折射率為 n厚度為 d的干涉膜涂在折射率為 n2的玻璃了。入射光從折射率為 n0的空氣中進(jìn)入干涉膜的第一界面時(shí)反射光為 I1；透過的光在第二個(gè)界面上又受到第二反射，該反射光透第一界面（也有一部分反射）進(jìn)入空氣的光為 I2；如從 C點(diǎn)向 I1作垂線交于 D點(diǎn)，并以 C、D兩點(diǎn)為基準(zhǔn)。光束 I1所走的光程 ，顯然比光束 F2所走的光程 n1.（ AB＋ BC）短，其光程差 ADnBCABn .).( 01 ???δinnd 20212 s in2 ??δ167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 分色原理： 根據(jù)光的波動(dòng)理論，當(dāng)兩束光相位相反時(shí)，迭加后相互換消，故合成幅度最??；而相位相同時(shí)，合成幅度最大。因此，當(dāng)式（ 46）中 δ ＝ λ/2 時(shí)， I1和 I2相互抵消，反射光為零，即幾乎全部透過；當(dāng) δ ＝ λ 時(shí)， I1和 I2加強(qiáng)，反射光幅最大，透射光幾乎為零。這樣，如 n n0和 i等均固定，則只要選擇適當(dāng)?shù)哪ず?d即可達(dá)到所需要反射光的要求 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 三、中性濾光片和色溫濾光片 中性濾色片：當(dāng)攝象管在強(qiáng)光下工作時(shí)，應(yīng)減少光圈。但有時(shí)為了達(dá)到一定藝術(shù)效果，不允許減少光圈，這就需要在光路中加入減少光量的衰減器，即中性濾色片。其常用的透光率有 100％、 25％、 10％、 ％數(shù)種；而光譜響應(yīng)特性應(yīng)當(dāng)平直。 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 三、中性濾光片和色溫濾光片 色溫濾色片： 攝象機(jī)的光譜性曲線的設(shè)計(jì)和白色平衡的調(diào)整，都是對(duì)一定色溫的照明而言的。目前攝象機(jī)都是按 3200K照明色溫設(shè)計(jì)的，它的白色平衡是按 D65白色要求調(diào)整的。因此，在攝象機(jī)光學(xué)鏡頭中，都加有把 3200K轉(zhuǎn)換到 6500K的 D白色的色溫轉(zhuǎn)換。但在實(shí)際工作中，照明光源是變化的。如室外自然光照在早、中、晚，陰、晴天時(shí)，色溫都不一樣。這時(shí)，如用攝象機(jī)去拍攝任意色溫照明時(shí)的景物，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的彩色失真。為了使攝象機(jī)在不同色溫光照時(shí)，攝取的景物與 3200K光照、平衡于 D65白色時(shí)一樣，必須對(duì)由于色溫不同而引起的光譜能量分布的變化進(jìn)行補(bǔ)償。通常在攝象光學(xué)系統(tǒng)中加入色溫校正濾色片，它具有一定的光譜特性。它剛好能補(bǔ)償色溫變化引起的光譜特性誤差，把不同溫的照射光源，轉(zhuǎn)換到 3200K色溫光源。例如，把 4800K的照射光轉(zhuǎn)到3200K的濾色片呈淺桔色。一般攝象機(jī)都有幾片色溫濾色片，以適應(yīng)不同光照時(shí)的色溫轉(zhuǎn)換要求 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 電視攝像管 電荷耦合器件 CCD： CCD是電荷耦合器件（ Charge Coupled Device）的簡(jiǎn)稱，它是一種金屬氧化物半導(dǎo)體（ MOS）集成電路器件。 與光電導(dǎo)攝像管相比，具有以下特點(diǎn)： 167。 圖像信號(hào)的產(chǎn)生 ? 電視攝像管 電荷耦合器件 CCD： CCD的單元結(jié)構(gòu)： CCD攝像器件是由幾十萬(wàn)個(gè)單元按一定排列制成的有序陣列，每個(gè)單元的核心結(jié)構(gòu)如下： 在 P型（或 N型）硅單晶襯底上采用氧化工藝在表面上形成一層很薄的優(yōu)質(zhì)二氧化硅（ SiO2） ,再在其上蒸發(fā)一層間距很小的金屬電極，形成金屬－氧化物－半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在電極上加適當(dāng)?shù)恼ɑ蜇?fù)）偏壓，它所形成的電場(chǎng)穿過 SiO2層排斥襯底里的多數(shù)載流子 — 空穴（或電子），從而在電極下形成一個(gè)