放心吧-呼伦贝尔学院教务系统

第1章电视传像基础
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仅供FZU《现代电视 原理》复习参考。

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1.1人眼特 性
1.2 电视扫描原理
1.3 黑白全电视信号
1.4 图像信号的带宽
1.5 图像信号的频谱
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电视是通过电信系统将活动景物在一定距 离之外即刻重现图
像和声音的技术。重现的图像是必须适应人眼的视觉特性，
由此决定了电视传 像的基本要求和实施方式。
人眼视觉特性包括:视敏特性、亮度感觉特性、视觉惰性、
闪烁感 觉、视觉分辨力特性和彩色感觉特性等.
基本要求方面:重现图像应符合人眼的视敏特性、亮度感觉特性、视觉惰性、闪烁感觉、视觉分辨力特性和彩色感觉特
性等，以保证显示屏上的图像相对于原景 物像有极佳的逼
真感，无可见瑕疵。
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1.1 人眼的视觉特性
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电视图像是由人眼观看的，电视系统的特性应与
人眼的视觉特性相适应。
只有掌握了人 眼的视觉特性，才能够合理选择电
视系统的基本参数。
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1.1.1 视敏特性
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n
光是一种携带电磁波辐射能量的电磁波；
可见光是波长范围为380 nm至780nm 的电磁波，光谱
是连续分布的。
人眼对于不同波长的可见光有不同的颜色感 觉;
人眼对于不同波长的可见光有不同的敏感度;
即对于辐射功率相同而波长不同的光有不同的 光亮感觉，
这一特性称为视敏特性。
实验表明，在等辐射能量分布的光谱中，人眼感到最亮的< br>是波长为５５５nm的黄绿光，而感觉最暗的光是红光和紫
光。
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视敏特性用相对视敏函数V(λ)来定义:
在相同的辐射功率下 :
n
n
V(λ)越大，人眼对该波长的光越敏感；
也可以表示为:在相同的主 观亮度感觉下:
n
要获得相同的亮度感觉，红光所需要的的辐射功率要比绿
光大的多。
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< br>n
人眼在明亮和黑暗两种不同的环境中有不一样的视敏特
性，原因是人眼的视网膜上有两 种光（视）敏细胞：锥
状细胞和杆状细胞。
锥状细胞：特点是灵敏度低，在光亮条件下（比如白 天）
才能感知明暗层次，属明视觉细胞，它不仅有明暗的感
觉而且能辨别颜色；
杆状细 胞：特点是灵敏度高但不能辨别颜色，属暗视觉
细胞。在夜晚或微弱光线下人眼靠杆状细胞进行感光。< br>n
n
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明视觉与暗视觉视敏函数
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在明亮环境中人眼对波长为555nm的黄 绿光有最
大的敏感度，在与其它波长具有相同辐射功率
时，感到最亮，相对视敏函数值为1；而 随着波长
的增大或减小，人眼光亮感觉的敏感度越来越
弱，感到越来越暗，即相对视敏函数值越 来越小。
在黑暗环境中，人眼对波长为507nm的青绿光有
最大的敏感度，
由于电视 系统重显的图像有相当高的亮度，所以
电视系统只考虑人眼的明视觉视敏特性，而不需
要考虑人 眼的暗视觉视敏特性。
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1.1.2 光的度量
n由于人眼对不同波长光有不同的敏感度，所以在光的度量
时，必须考虑光波对人眼刺激的效果。§
（1）光能
§
能被人眼感觉的辐射能量称为光能；
§
辐射能量 相同，但波长不同的光，其光能是不同的。
§
（2）光通量
n
光通量---- 单位时间内，光源发出的能被人感觉的辐射能量。
单位是光瓦、流明（lm）。
1光瓦=683 流明。
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§
用符号Φ表示，光通量的单位是光瓦 和流明（lm）。
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§
光通量=辐射功率×视敏函数值
§
当波长为555nm的单色光辐射功率为1W
时，所产生的光通量定义为1光瓦（对明视
觉）。
§
对于其它波长，由于人眼感光灵 敏度的下
降，同样是1瓦的辐射功率，所产生的光通
量均小于1光瓦，其光瓦数就等于相对视敏
函数给出的值。
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§
（3）发光强度
§
（点）光源单位立体角内 发出的光通量称为（点）光源的发
光强度，用符号I表示。发光强度是个矢量，它表示光源发出
的光能量在观察方向的强弱程度，其单位是坎德拉(cd)（或
称烛光）。
§
（4）面 发光度与照度
§
面发光度：发光表面每单位面积上所发出的光通量。
§
照度： 被光照射的表面每单位面积上所接受的光通量，它表
示不发光物体被光源照明的程度，用符号E表示。< br>§
常用单位为“勒克斯”，1勒克斯(lx)＝1流明／平方米＝10
-4
辐脱 。面发光度与照度都是标量。
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§
（5）亮度
§
发光面每单位投影面积的发光强度 称为亮度,
符号L表示。
§
亮度表明发光面或被照明面在观察方向上所见到的
亮暗程度。
§
亮度的单位是坎德拉／平方米＝cd／m
2
，过去也
称 尼特(nit)。
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1.1.3亮度感觉和亮度视觉范围特性
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人眼的亮度感觉是一个主观 量，它不仅取决于景物给出的亮
度值，而且还与周围环境的平均亮度有关。
(1)人眼的感光具 有适应性
是指随外界光强弱的变化人眼能自动调节感光灵敏度的特性。
比如从明亮环境进入到昏 暗环境，瞳孔逐渐增大，同时光敏
细胞灵敏度提高，使视觉灵敏度从低向高变化，而从昏暗环
境 进入到明亮环境则相反。使得人在极高亮度环境或极低亮
度环境中都能看清物体。
明视觉的亮度 感觉范围从1 ~10
6
cd／m
2 ；
暗视觉的亮度感觉范围从10
-3
~几个cd／m
2
；
人眼所能感觉的亮度范围很宽，数量级从到，达10
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:1；
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（2）亮度视觉范围
在平均亮度适中时，能同时感觉 的亮度上、
下限之比最大可接近1000:1，
在平均亮度过高或过低时，只有10:1。现代电影胶片能够按正比例关系记录景物的
亮度范围为128:1；
而电视摄录设备能按正 比例关系记录的亮度
范围要低于它。
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人眼不能同时分辨10
:1的亮度范围。
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（3）可见度阈值
n
人眼察觉 亮度变化的能力是有限的，无法区分微弱的亮度变
化。
亮度级差是指在亮度L的基础上增加一个 最小亮度ΔLmin，
此时人眼刚刚感到两者有差异，称这两个亮度的级差为一级。
ΔLmin 称为可见度阈值（即一级亮度级差所增加的亮度
值）。
不同亮度L，人眼能觉察到的最小亮度变 化ΔLmin是不同
的，L大，ΔLmin也大。
定义对比度灵敏度阈: δ= ΔLminL
在相当宽的亮度范围内δ是一个常数，通常为0.005至0.02，
当亮度很高或很低时可达 0.05。
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（4）视觉掩盖效应
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如果是在空间或时间上不均匀的背景中测量可见
度阈值，可见度阈值就会增大，即人眼会丧 失分
辨一些亮度的能力，这种现象称为视觉掩盖效应。
视觉掩盖效应是图像编码中选择量化级数 时的重
要依据之一。
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（5）视亮度（亮度感觉）
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人眼的亮度感觉称 为视亮度。
可以证明视亮度增量ΔS
与
亮度增量ΔL 的关系
∆L
∆ S=k
′
L
度的变化
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人眼的视亮度不仅决定于绝对亮度的变化，还 决定于相对亮
n
视亮度S与亮度L的对数成线性关系
S=k
′
lnL +k
0
=klgL+k
0
n
这一规律称为韦伯- 费赫涅尔定律
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人眼在适应了某一平均亮度后，就可在较小的亮度范围内产
生黑白感觉， 与对比度灵敏度阈一样，不由绝对亮度决定。
这种视觉特性给景物的传送和重现带来了方便。
一 方面，无须重现景物的真实亮度，只需保证重现图像与实
际景物在主观感觉上具有相同的对比度C和亮度 级差数n即
可，就能给人以真实的感觉，
另一方面，人眼不能察觉的亮度差别，比如过亮或过暗 的部
分，在重现图像上也无需精确复制出来。
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1.1.4 对比度和亮度层次
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(1)对比度
景物或重现图像中的最大亮度L
max
和最小亮度L
min
的比值称为对比度:
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对比度大，可分辨 的亮度层次多，图像明暗层次丰
富，柔和细腻。
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(2)亮度层次
画 面最大亮度与最小亮度之间可分辨的亮度级差数
称为亮度层次或灰度层次，可用n标记。
在正常 情况下，画面对比度越大，可获得的亮度层
次就越丰富。
人眼能分辨的亮度层次还与人眼对比度 灵敏度阈
可以证明，当
δ
<< 1 时：
n
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δ= ΔL
min
L值有关。
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说明，人眼所能分辨的亮度层次n与画面对 比度C的
对数成正比，与对比度灵敏度阈
δ
成反比。
在实际观看电视时，由于 杂散光的影响，对比度都
比较低，当电视图像的对比度C＝40，
δ
值取0.05时，可求得其亮度层次n＝74。
亮度层次是图像质量的一个重要参数，亮度层次
多，图像 显得明暗层次丰富，柔和细腻；反之，亮
度层次少，图像则显得单调生硬，因此提高电视系
统显 示设备所能呈现的对比度是十分重要的。
n
C=
L
max
=(1+δ )
n−1
n
L
min
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1.1.５视觉惰性和闪烁感觉
n
当一定强度的光突然时，人眼不能立刻形成稳定的亮度感觉，
而是有一个短暂的建立过程亮度感觉从小 到大，到正常值：
当光突然消失后，亮度感觉也不是立刻消失，而是按近似于指
数函数的规律逐 渐减小。
人眼视觉建立和消失过程的滞后效应，称为视觉惰性
n
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1.1.５ 视觉惰性和闪烁感觉
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（1）视觉惰性
当一定强度的光突然时，人眼不能立 刻形成稳定的亮度感觉，
而是有一个短暂的建立过程亮度感觉从小到大，到正常值：
当光突然消 失后，亮度感觉也不是立刻消失，而是按近似于指
数函数的规律逐渐减小。
人眼视觉建立和消失 过程的滞后效应，称为视觉惰性
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建立过程所需的时间非常短， 几乎是立刻的
亮度感觉的消失却有一个稍长的渐衰残留过程，
这种现象称为视觉暂留或视觉残留 。通常视觉暂
留时间约0.05～0.2秒。
由于视觉暂留的作用，当一幅静止画面以每秒多< br>于20次的重复频率在银幕或荧光屏上映现时，人
们会获得不是断续而是一幅连续画面的感觉。< br>n
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