【正文】 第二章　 光電轉(zhuǎn)換與電視信號電影：　　 電影和電視的相同點(diǎn)都是用來顯示活動(dòng)圖象，它是根據(jù)人眼的視覺惰性，在一秒中內(nèi)連續(xù)放映 24幅圖象從而產(chǎn)生圖象活動(dòng)的感覺。 對電視系統(tǒng)來說，關(guān)鍵的問題是如何將景象或圖象變成電信號以及在接收端再復(fù)原成圖象并且活動(dòng)起來。為了便于理解電視的基本原理，我們不妨從三個(gè)已成熟且較簡單的事物入手來分析，著就是電影、傳真和無線電語音廣播。 如上圖 ,視覺暫留時(shí)間約 ，所以當(dāng) f10幀 /秒時(shí)，感覺出活動(dòng)感，但這時(shí)有跳動(dòng)感，要實(shí)現(xiàn)連續(xù)感則 f24幀 /秒；這時(shí)圖象仍有閃爍感，為消除閃爍感，則需要 f46幀 /秒。 結(jié)論：顯示活動(dòng)圖象應(yīng)有 f24幀 /秒。 傳真： 傳真與電視的共同點(diǎn)都是傳送（靜止）圖象和文字的。其傳送過程是：將圖象分解成像素 → 變成電信號 → 通過機(jī)械掃描將像素恢復(fù)合成圖象。 結(jié)論： 傳送圖象通過傳送像素來實(shí)現(xiàn)。無線電廣播： 無線電廣播與電視的共同點(diǎn)都是遠(yuǎn)距離傳送電信號，其工作過程是將聲音轉(zhuǎn)換成電信號 → 放大后調(diào)制載波發(fā)送出去 → 接收機(jī)收到電信號后通過信號處理還原成原來的聲音信號，即：聲 → 電 → 聲 . 結(jié)論： 遠(yuǎn)距離傳送電信號通過載波調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)。 受以上三方面啟發(fā)，在電視發(fā)送端將圖象分解成許許多多的像素（約 40萬個(gè)） → 將亮度轉(zhuǎn)換成電信號（圖象信號） → 載波調(diào)制發(fā)射 → 信號接收處理 → 像素合成；而且為保證圖象活動(dòng)的連續(xù)性， f24幀 /秒，這樣在一秒鐘內(nèi)將有24?40萬像素，只能采用電子掃描的方式來進(jìn)行。 1. 圖象的表示 根據(jù)三基色原理，彩色光需要用三個(gè)基本參量來描述，即亮度L(Lightness)、色調(diào) H(Hue)和飽和度 S(Saturation),此外景物的形狀需用空間坐標(biāo) x、 y、 z表示，并且若是活動(dòng)圖象還是時(shí)間 t的函數(shù)，即 L、 H、 S都是四維函數(shù)，因此任何圖象都可用下列方程組表示： L=fL(x,y,z,t) H=fH(x,y,z,t) S=fS(x,y,z,t)若傳送的是二維圖象，則變?yōu)椋? L=fL(x,y,t) H=fH(x,y,t) S=fS(x,y,t)討論最簡單的黑白圖象，則只有亮度方程： L=fL(x,y,t) 方法：同時(shí)傳送（并行） 順序傳送（串行）實(shí)現(xiàn)順序傳送需解決三個(gè)問題： (1)圖像 → 像素 → 電信號 (2)電信號 →圖像 (3)同步光圖像 → 電信號光電效應(yīng)：光敏材料的電阻率隨光照的強(qiáng)弱而不同，這種現(xiàn)象叫光電效應(yīng)。利用光電效應(yīng)即可實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光電轉(zhuǎn)換：利用光電效應(yīng)將光圖像轉(zhuǎn)換為電信號的過程。光電轉(zhuǎn)換在攝像管中實(shí)現(xiàn)。攝像管：由鏡頭、光敏靶、偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)和電子槍組成，具體結(jié)構(gòu)如圖。定義：與圖象像素亮度成比例的電信號稱為圖象信號。 根據(jù)光電轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)的不同，產(chǎn)生的圖像信號有兩種：若信號電平與圖像像素的亮度成正比U(L)?L或 U(L) =kL，這種圖像信號稱為 正極性圖像信號 ；反之，如果信號電平的大小與圖像的亮度成反比 U(L) ?1/L或 U(L) =k/L，則這種圖像信號稱為 負(fù)極性圖像信號 。今后若不特別說明則指負(fù)極性信號。我國電視標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定發(fā)射時(shí)采用負(fù)極性圖像信號。 如前所述，電視圖像的攝取與重現(xiàn)是基于光和電的相互轉(zhuǎn)換，然而，把空間的光圖像變成隨時(shí)間變化的電信號，以及把隨時(shí)間變化的電信號再轉(zhuǎn)換成一幅平面圖像，則是通過電子掃描完成的。下面以顯像管為例介紹電視掃描的原理。 按電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)則可分為直線掃描和非直線掃描（如圓掃描、螺旋掃描等。見天津大學(xué)編教材）。在電視系統(tǒng)中采用勻速直線掃描方式。 直線掃描按掃描行的次序又分為 逐行掃描 和 隔行掃描 。 逐行掃描定義：一行挨一行的掃描方式稱為逐行掃描 。 為使電子束作勻速直線掃描，在水平（行）與垂直（場）偏轉(zhuǎn)線圈加入的都是鋸齒波電流，如下圖。A. iH ?0 , iV = 0 當(dāng)只有行鋸齒電流流過行偏轉(zhuǎn)線圈時(shí) ,電子束將在水平方向上受到偏轉(zhuǎn)力，產(chǎn)生水平方向的掃描，稱為行掃描。這時(shí)在屏幕中間顯示一條水平亮線。 電子束從左到右的掃描稱為 行掃描正程 ，用 THt表示。 電子束從右快速返回到左的掃描稱為 行掃描逆程 ，用 THr表示。正程用來顯示圖像，而逆程僅僅是為了返回左端開始下一行的重復(fù)掃描，故一般有 THr 《 THt ,來回掃描一行的時(shí)間稱為一個(gè) 行周期 ，用 TH表示， TH = THt + THr 。 fH =1/TH B. iV ?0 , iH = 0 若只有場鋸齒電流流過場偏轉(zhuǎn)線圈時(shí) ,電子束將在垂直方向上受到偏轉(zhuǎn)力，產(chǎn)生垂直方向的掃描，稱為 場掃描 。這時(shí)在屏幕中間顯示一條垂直亮線。 電子束從上到下的掃描稱為場掃描正程，用 T V t 表示。 電子束從下快速返回頂端的掃描稱為場掃描逆程，用 T V r 表示。正程用來顯示圖像，而逆程僅僅是為了返回頂端開始下一場的重復(fù)掃描，故一般有T V r 《 T V t 來回掃描一場的時(shí)間稱為一個(gè)場周期，用 TV 表示， TV = T V r + T V t 。 fV =1/ TV .C. iV ?0 , iH ? 0，即同時(shí)加有行場掃描電流。 由于 fH 》 fV (即 TH《 TV )，因此電子在作快速水平運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還作垂直方向運(yùn)動(dòng)，在屏幕上出現(xiàn)的是稍微傾斜的直線光柵。 可以想象，如果一場中掃描行數(shù)很多，則光柵的傾斜度就會(huì)減小 ， 甚至看不出傾斜，而被近似認(rèn)為是水平直線光柵。，在逆程期不傳送信號，所采取的措施是在逆程期使電子束 截止 ，使之不顯示光線（稱 消隱 ），因此為獲得有效光柵，必須使 TH r 《 T H t ， T V r 《 T V t 。E. 一般規(guī)定： ? = TH r /TH , ? 稱為行掃描逆程系數(shù)，一般在 18% 左右；F. ? = T V r / T V ， ? 稱為場掃描逆程系數(shù)，一般在 8% 左右。E. 在逐行掃描方式中，為保證光柵穩(wěn)定清晰，應(yīng)使每場的光柵互相重疊，設(shè)掃描行數(shù)用 Z表示，則 TV =Z TH ，即為整數(shù)倍關(guān)系，而且行數(shù)越多，圖像越清晰，當(dāng)行數(shù)足夠多時(shí)，人眼將分辨不出行結(jié)構(gòu)，只能看到均勻發(fā)光的面。 隔行掃描 逐行掃描解決了圖像的順序傳送與接收，但為不產(chǎn)生閃爍感及保證清晰，要求 fV ? 46Hz， Z ? 500。這樣出現(xiàn)的問題是圖像信號的頻帶很寬，從而造成設(shè)備復(fù)雜化，那么能否在既不引起閃爍又不導(dǎo)致清晰度下降的情況下使頻帶減小呢？為此借用電影的顯示原理，采用隔行掃描的方式，每秒鐘送 25幅圖像，每幅畫面分兩場掃描，這樣人眼在主觀感覺上與每秒出現(xiàn)50幅圖像相同。 隔行掃描定義： 將整個(gè)光柵分奇偶行進(jìn)行兩次掃描，先從上到下掃 …… 奇數(shù)行，形成奇次場；然后再從上到下掃 …… 偶數(shù)行，形成偶次場，兩場光柵互相嵌套、均勻鑲嵌，共同構(gòu)成一幅完整的光柵，這種掃描方式叫做隔行掃描。因?yàn)閮蓤龊显谝黄鸬目傂袛?shù)不變，故清晰度未減，且送 50場，也無閃爍感。 下面以 7線光柵為例說明隔行掃描的原理和過程。1．為簡單，先假設(shè)行場逆程時(shí)間都為零。 如下所示，隔行掃描要求一幀的掃描行數(shù)為奇數(shù)行，這樣才能保證每場皆有半行，從而使兩場光柵均勻鑲嵌。隔行掃描2．行場逆程皆不為零，并設(shè) T V r = TH由圖可見，當(dāng)考慮到逆程時(shí)間后：（ 1） .第一場的結(jié)束和第二場的起點(diǎn)并不在行的中心（為什么？）（ 2） .場逆程占有一行時(shí)間，因此每幀有兩行用于回掃，幀掃光柵只有 5行。（ 3） .每場都包含有半行。綜上所述，隔行掃描應(yīng)滿足的要求可歸納為兩條：（ 1） .對于每一幀，掃描的起點(diǎn)應(yīng)相同，以保證各幀光柵的重疊，這就要求每幀的掃描行數(shù)為整數(shù)。（ 2） .相鄰兩場掃描光柵必須均勻鑲嵌，以獲得最高清晰度，只有每場都包含半行才能做到這一點(diǎn)，因此每幀必須是奇數(shù)行。 故：Z= 2n +1隔行掃描存在的缺點(diǎn)A．行間閃爍效應(yīng)：因?yàn)?fV =50Hz, 而每一行的亮度卻是按幀頻重復(fù)的，即每秒出現(xiàn) 25次，低于臨界閃爍頻率，所以當(dāng)我們觀看較亮的細(xì)線時(shí)，會(huì)有閃爍感。B．并行現(xiàn)象：在隔行掃描中，要求行場掃描頻率之間保持嚴(yán)格關(guān)系，否則兩場光柵不能均勻鑲嵌，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)丿B在一起，這就是并行現(xiàn)象，它將使清晰度下降；另外對掃描電流幅度和線性都有較高要求，否則都是引起并行現(xiàn)象的因素。C. “鋸齒化 ”現(xiàn)象：當(dāng)物體的水平速度足夠大時(shí)，物體垂直邊緣因隔行分場傳輸，會(huì)發(fā)生在相鄰場光柵中左右錯(cuò)開的 “鋸齒化 ”現(xiàn)象，隔行越多，錯(cuò)開程度越嚴(yán)重。 實(shí)驗(yàn)研究表明，在掃描行數(shù)相同情況下， 2:1隔行掃描的視在垂直分解力相當(dāng)于乘上一個(gè) 隔行因子 Ki(～ .07) 電視圖像基本參量