视觉和电视显示原理-精心整理的讲义(资料来源于互联网).ppt
《视觉和电视显示原理-精心整理的讲义(资料来源于互联网).ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《视觉和电视显示原理-精心整理的讲义(资料来源于互联网).ppt(108页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、2019/3/2,1,第2章 视觉和电视显示原理,人眼的生理特性 光度学 色度学概要 电视传像原理,2019/3/2,2,2.1 人眼的生理特性,眼睛的构造及功能(感光细胞) 明视觉、暗视觉光谱光效率函数 暗适应、明适应 视敏度 临界闪烁频率,2019/3/2,3,人眼的构造,2.角膜:透明,R:8mm,14.视神经,3.脉络膜:黑色不透光,8.前房液水状体:淡盐溶液,折射率1.337,9.后房液玻璃体:含大量水份胶状物,折射率1.336,4.虹膜:带色的彩带,5.瞳孔:直径:1.48mm,6.水晶体眼珠,折射率为1.42的胶状物,前后曲面半径:10mm,6mm,7.睫状肌,10.视网膜:视神
2、经网,11.盲点:不引起视觉,12.黄斑点直径:2mm,13.中央窝:最敏感直径0.25mm,1.巩膜:白色坚韧,厚0.40.8mm,2019/3/2,4,锥体细胞:分布于视网膜中央,为明视觉器官,能分辨颜色和辨别细节,具有较高的视觉灵敏性。 杆体细胞:多分布于视网膜边缘,为暗视觉器官,对颜色和精细物像无分辨能力。 夜间与白天活动动物眼睛感光细胞的区别。,2019/3/2,5,简化眼,从上图看出:人眼是一个由角膜、水状液、晶状体和玻璃液所组成的,物、像方折射率近似相等的,可变焦距的,共轴复杂光学系统(光具组)。它能在视网膜上清晰成像。,它是一个能自动调节的精密光学仪器。其结构相当复杂。在许多情
3、况下将其简化成如下的模型:,2019/3/2,6,人眼的视角,定义:被观察物对人眼光心的张角称为人眼的视角。,人眼对物体大小的感觉是以该物体在视网膜上所成像对光心所张角度的大小衡量的。,表达式:,2019/3/2,7,说明:,A:在人眼的可调节范围内,人眼对物体大小的感觉取决于其在视网膜上像的大小,因而取决于视角U的大小,当U1 时,人眼已无法区分了。,2019/3/2,8,人眼对不同波长(或颜色)的光波具有不同的敏感程度,即使接收到相同的辐射通量,不同波长的光给人眼的感觉也不一样。如正常人眼对黄绿光最敏感,红光和紫光较差,而对红外和紫外则无反应。,在引起相同视觉的情况下,若所需某单色的辐射通
4、量越小,则说明人眼对该光敏感度越高;反之,越低。为描述这一敏感度,引入视见函数。,视见函数,1、定义:,人眼对各种单色光的平均敏感度。,2、意义:描述在辐射通量相同的情况下,人的眼睛对各种不同波长的 辐射产生的主观感觉。,2019/3/2,9,3、实验曲线:,人眼对波长为555nm的黄绿光最敏感,光度学中规定其视见函数为1, 则视见函数的实验曲线如下图示:,2019/3/2,10,暗适应:从亮到暗的适应过程,需1020秒时间。 明适应:从暗到亮的适应过程,需12秒时间。 适应过程眼睛的变化:杆体细胞(视紫红质)、瞳孔的变化,2019/3/2,11,视觉惰性与闪烁感觉 视觉惰性:人的视觉对外界光
5、刺激的响应有一定的延时。当一定强度的光突然作用于人眼时,需要经过一定的时间才能形成一个稳定的主观亮度感觉;当光消失以后,亮度感觉也不是瞬间消失,而是要经过一段时间之后才能消失。也就是说,视觉的建立和消失都有一定的惰性,我们称之为视觉惰性,如图所示。,2019/3/2,12,视觉惰性,是现代电影和电视的基础。电影和电视都是将一幅幅静止的画面以一定的频率在银幕或屏幕上轮流显现出来,只要静止画面在显现时每两幅之间的时间间隔小于视觉暂留时间(约0.1s),这时人眼观看的虽然是一连串的静止画面,但前一幅画面的印象尚未消失,后一幅画面的印象又开始建立,前后画面在视觉上融合衔接在一起,因此人眼感觉到画面不是
6、断续出现而是连续出现的。,2019/3/2,13,闪烁感觉 对于周期性的脉冲光源,人眼还有一个称之为闪烁感觉的特性。也就是说,当脉冲光源的重复频率不太高时,人眼会跟随光源的变化产生一明一暗的感觉,即闪烁感觉。脉冲光源的重复频率提高时,这种闪烁感觉会随之减轻。当重复频率提高到一定值后,闪烁感觉可完全消失,这时人眼感觉到的不是一闪一闪的脉冲光源,而是亮度恒定的不闪烁光源。不引起视觉闪烁感的光源最低重复频率通常称为临界闪烁频率。由经验公式得到,人眼的临界闪烁频率约为46Hz。 电视机屏幕在显示画面时相当于脉冲光源,因此其重复频率必须大于临界闪烁频率才能使观众不产生闪烁感。不过,电视系统的换帧(幅)频
7、率只有25(30)Hz,为了克服闪烁感,电视系统采用了隔行扫描的方式,将一帧(幅)画面分成两场。这样一来,在不改变换帧频率的情况下,屏幕上画面的呈现频率提高了一倍,变为50(60)Hz,大于46Hz的临界闪烁频率。现代电视技术通常在电视机中采用特殊技术,如场频加倍技术等,将屏幕闪烁频率提高到100Hz,这时基本上可完全克服闪烁感。,2019/3/2,14,2.2 光度学,1、定义:单位时间、单位面积元上辐射的所有波长的能量。 即:光源表面上单位面积的辐射功率。,2、意义:描述光源发射辐射的能力。,4、分布函数,一、 辐射通量,定义:单位时间、单位面积元在某波长附近单位波长间隔内辐射的能量。,意
8、义:描述不同波长的光波在辐射通量中所占的比例。,5、 与 的关系:,单位:,3、单位:,2019/3/2,15,二、光通量,1、定义:辐射通量与视见函数的乘积。,2、意义:描述客观辐射通量在人的眼睛中引起的主观视觉强度。,3、单位:流明(lm),2019/3/2,16,三、发光强度,1、定义:光源在单位立体角内发出的光通量。,2、意义:描述光源发出的光通量在空间一定范围内的分布值。,3、单位:坎德拉,通常 随方向而异。当 不随方向变化时,发光物体称均匀发光体。,一般均假设点光源表征的物体为均匀发光体,故点光源辐射的光通量:,2019/3/2,17,四、照度,1、定义:入射在受照物体单位面积上的
9、光通量。,2、意义:描述受照物体被照明的程度。,3、单位:勒克斯,4、点光源的照度:,辐透:,2019/3/2,18,五、亮度,1、定义:单位面积的发光表面,在其法线方向单位立体角内发出的 光通量。,2、意义:描述发光表面发光能力的强弱。,3、单位:熙提,4、朗伯光源:,六、出光度M(发光度)-注意与照度的区别 定义:单位光源面积发出的光通量。单位:lm/m2,2019/3/2,19,光度学中常用参量,2019/3/2,20,2.3 色度学概要,颜色的基本特性 颜色的混合 色度图,2019/3/2,21,电磁辐射波谱,2019/3/2,22,颜色(彩色)的三个基本特性,色调 饱和度 明度,20
10、19/3/2,23,彩色三要素,明度:指彩色光作用于人眼而引起的视觉上的明亮程度。描写人眼的主观感受。 光源的辐射能量越大,明度就越高;不发光体的反射能力越强,明度越高。 复合光的明度等于各个分量光的明度之和。 另外,明度还和波长有关,能量相同而波长不同的光对视觉引起的明亮感觉也不相同,即视敏特性。,2019/3/2,24,色调:指彩色的颜色类别。我们通常所说的红、绿、蓝等指的就是色调。前面讲到不同波长的光颜色不同,也是指的色调不同。 饱和度:是指彩色的深浅、浓淡程度。对于同一色调的彩色光,饱和度越高,颜色就越深、越浓。各种谱色光都是饱和度最高的彩色。饱和度与彩色光中掺入的白光比例有关,掺入的
11、白光越多,饱和度就越小。因此,饱和度也称为色纯度。 饱和度的大小用百分制衡量,100的饱和度表示彩色光中没有白光成分,所有谱色光的饱和度都是100;饱和度为零表示全是白光,没有任何色调。 色调和饱和度合称为色度,它既说明了彩色光的颜色类别,又说明了颜色的深浅程度。,彩色三要素,2019/3/2,25,视觉三色原理的假设:锥体细胞分为三类, 分别称为红敏细胞、绿敏细胞和蓝敏细胞,它们分别只对红色、绿色和蓝色光谱能量的刺激产生视觉反映。 实验发现,VR()、VG( )、VB( )的峰值分别出现580nm,540nm和440nm处。 不同波长的光对三种细胞的刺激量是不同的,产生的彩色视觉各异,人眼因
12、此能分辨出五光十色的颜色。电视技术利用这一原理,在图像复现过程中,不是重现原来景物的光谱分布,而是利用3种相似于红、绿、蓝锥体细胞特性的3种光源进行配色,在色感上得到相同的效果。,色觉理论-三色说,2019/3/2,26,三基色定理:人们通过大量实验发现,用三种不同颜色的单色光按一定比例混合,可得到自然界中绝大多数的彩色。具有这种特性的三个单色光叫三基色光,主要内容如下: 自然界中绝大多数彩色都可以由三基色按一定比例混合而得;反之,这些彩色也可以分解成三基色; 三基色必须是相互独立的,即其中任何一种基色都不能由其它两种基色混合得到; 混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定; 混合色的亮度是
13、三基色亮度之和。 另外,任何一种颜色都有一个相应的补色。所谓补色,就是它与某一颜色以适当比例混合时,可产生白色。红、绿、蓝的补色分别是青、品红、黄。,三基色原理,2019/3/2,27,三基色的选择在原则上是任意的,只要满足相互独立即可。彩色电视选取的三基色是红、绿、蓝,分别用R、G、B表示。因为人眼的三种锥状细胞对这三种颜色最敏感,选择R、G、B按适当比例混色可得较多彩色。 三基色原理是彩色电视得以实现的重要理论基础。因为自然界中的彩色是千变万化的,设想如果用一种电信号传送一种颜色,那就需要成千上万种电信号,这在实际中是办不到的。有了三基色原理,彩色电视只需在摄像端将景物的各种颜色分解成红、
14、绿、蓝三种基色,然后将这三种基色转换成相应的三种电信号传送到显示端,在显示端将电信号再转换成三基色光信号,最后在屏幕上用三基色混合出原景物的色彩。,2019/3/2,28,加法混色,同时加色法 继时加色法 空间加色法 例子:彩色电视机,2019/3/2,29,减法混色,三元色:黄、品红、青 例子:彩色电影胶片,2019/3/2,30,(1)色度坐标系 CIE-RGB计色系统 该系统规定:波长为700nm,光通量为1lm的红光作为一个红基色单位(或称单位量),用R表示;把波长为546.1nm,光通量为4.5907lm的绿光作为一个绿基色单位,用G表示。把波长为435.8nm,光通量为0.0601
15、lm的瓦蓝光作为一个蓝基色单位,用B表示。,色度坐标系与彩色重现,2019/3/2,31,比色计的读数将按基色单位R、G、B进行刻度,而不按辐射功率或者光通量刻度。任一彩色F总可以通过下列配色方程配出: FR(R)+G(G)+B(B) mr(R)+g(G)+b(B) 其中:R(R)、G(G)、B(B)称谓F的三色分量;R、G、B为三色系数;m为色模;r、g、b为色度坐标或相对色系数,分别代表F所用三基色总量为1时所需的各基色量的数值,且: rgb1,2019/3/2,32,CIE-XYZ标准计色系统 设XYZ的三基色单位是(X)、(Y)、(Z),则任一彩色的配色方程为: 式中,X、Y、Z称为三
16、色系数; X(X)、Y(Y)、Z(Z)称谓F的三色分量;x、y、z称谓色度坐标或相对色系数 xy+z=1,2019/3/2,33,x,y,z与r,g,b之间的转化公式:,2019/3/2,34,2019/3/2,35,国际照委会制定的CIE1931色度图如附图31。色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹,是光谱各种颜色的色度坐标。红色波段在图的右下部,绿色波段在左上角,蓝紫色波段在图的左下部。图下方的直线部分,即连接400nm和700nm的直线,是光谱上所没有的、由紫到红的系列。靠近图中心的C是白色,相当于中午阳光的光色,其色度坐标为X03101,Y03162。,2019/3/
17、2,36,CIE色度图的用途,CIE1931色度图有很大的实用价值,任何颜色,不管是光源色还是表面色,都可以在这个色度图上标定出来,这就使颜色的描述简便而准确了。 例如,为了保证颜色标志的正确辨认和交通安全的管制,在CIE1931色度图上规定了具体的范围,它适用于各种警告信号和颜色标志的编码。 再如在CIE1931色度图上,可推出由两种颜色相混合所得出的各种中间色。如Q和S相加,得出Q到S直线的各种中间颜色,如T点,由C通过T抵达552nm的光谱色,可由552nm的波长颜色看出T的色调,并可由T在C与552nm光谱色之间所占位置看出它的纯度。,2019/3/2,37,在实际应用中,如彩色电视、
18、彩色摄影(乳胶处理)或其它颜色复现系统都需要选择适当的红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色,用来复现白色和各种颜色,所选定的(R)、(G)、(B)在色度图上的位置形成一个三角形。应使(R)、(G)、(B)三角形尽量能包括较大面积,同时(R)、(G)、(B)线应尽量靠近光谱轨迹,以复现比较饱和的红、绿、蓝等颜色。,2019/3/2,38,2019/3/2,39,本节讨论电视传送系统中用到的光电、电光变换、电子扫描和全电视信号。,2-4-1无线电视广播系统原理方框图,2.4 电视传像原理,2019/3/2,40,2.4.1 电视传像基本原理 一、像素的概念和顺序传像原理 1. 像素:就是组成图像的元
19、素,即基本单位。利用人眼分辨力有限的特性,将一幅电视图像分解为许许多多个像素组成,电视系统能够分解的像素数越多,图像就越清晰、细腻。 2 . 顺序传像原理: 同时传像:每个像素要占用一个传输通道,技术上不可行。,2019/3/2,41, 顺序传像:利用人眼的视觉惰性,将活动图像分解为一连串的静止图像,静止图像再分解为像素,只要在足够短的时间里,发送端依次对一幅图像所有像素的亮度信息(指黑白图像)进行光电转换,接收端再依次重现相应亮度的像素,就可完成活动图像的传输。图2-4-2是顺序传像系统的原理图。 要求:传送速度足够快; 转送准确:收、发同步。,2019/3/2,42,图2-4-2 图像顺序
20、传送原理,2019/3/2,43,二、光电转换与电光转换 1. CCD摄像机与光电转换 光电转换过程也就是摄像过程,其工作原理与所使用的摄像材料有关。摄像材料可分为两大类,即摄像管和CCD器件。 摄像管曾有过辉煌的历史,但在二十世纪八十年代之后,以CCD为代表的摄像器件进入实用阶段,这种摄像器件无需电子束的扫描就能实现光电转换,而且在体积、重量、功耗等性能方面都明显优于摄像管。目前,CCD摄像机已逐步取代了摄像管摄像机。下面我们介绍CCD的光电转换原理。,2019/3/2,44,图 2-4-3 CCD单元的结构及电荷存储原理示意图,(1)CCD的电荷存储功能 CCD(Charge Couple
21、d Device)是电荷耦合器件的英文简称。CCD是一种MOS集成电路器件,其单元结构如图2-4-3 所示。在P型(或N型)半导体硅衬底上有一层很薄的二氧化硅绝缘层,绝缘层上按一定排列方式沉积了一组金属铝电极。,2019/3/2,45,CCD器件具有电荷存储功能。在外界光照射下,CCD中的硅衬底会产生电子空穴对,这时若在铝电极上加一个正电压,它所形成的电场就会穿过二氧化硅层排斥硅衬底中的多数载流子(空穴),并吸引少数载流子(电子)。于是,就在硅和二氧化硅的界面附近得到了一个存储少数载流子(电子)的势阱。铝电极上的电压越大,势阱越深,可存储的电荷量越多,这就是CCD器件的电荷存储功能。,2019
22、/3/2,46,(2)信号电荷的注入 CCD感光面的光敏材料在受光照时激发出自由电子空穴对,注入到P型衬底。其中,多数载流子-空穴被排斥走,少数载流子-电子被电场吸引到势阱中,形成电荷包。电荷包中电荷的数量与该处的光照强度成正比,这样就把景物的亮暗变成了电荷包中的电荷多少,完成了光像到电像的转换。 (3) CCD的电荷转移功能 CCD器件的电荷转移功能无需电子束扫描,而是在外加时钟脉冲信号的驱动下,利用势阱中的电子有向势阱深处移动的特点完成的。,2019/3/2,47,图2-4-4表示了一个四相CCD中电荷的转移现象。 在图2-4-4(a)中,1是2 V, 24是10 V, 所以24下面的势阱
23、很深, 电荷存在里面。 在图2-4-4(b)中, 2由10 V变为2 V, 2下面的势阱变浅, 所有的电荷转移到3、 4下面的势阱中, 结果如图2-4-4(c)所示。 在图2-4-4(d)中, 1由2 V变为10 V, 原来在3、 4下面的势阱中的电荷向右转移分布到3、 4、 1下面的势阱中, 结果如图2-4-4(e)所示, 这个过程使得24下面的势阱中的电荷转移到了3、 4、 1下面的势阱中。 CCD中的电荷就这样在四相时钟的驱动下向前转移。,2019/3/2,48,图 2-4 四相CCD电荷的转移,2019/3/2,49,2. 显像管与电光转换 电光转换过程也就是显像过程,是在显示装置上完
24、成的,目前用于电光转换的显示器件主要有CRT、LCD、PDP等几种,CRT(Cathode-Ray Tubes,阴极射线管)是一种传统的图像显示器件,它就是我们常说的显像管。下面以黑白CRT显像管为例,介绍其基本结构和工作原理。 (1)基本结构:如图2-4-5所示。 管体真空玻璃管; 管内电子枪和荧光屏;电子枪由灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极、阳极等构成。荧光屏的玻璃内侧涂有荧光粉,在电子的轰击下能发光,其发光强度与电子束能量成正比。 管外偏转线圈,可提供偏转磁场,使电子束实现水平和垂直方向的扫描。,2019/3/2,50,图2-4-5黑白显像管结构示意图,2019/3/2,51,(2)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 视觉 电视 显示 原理 精心 整理 讲义 资料 来源于 互联网
链接地址:https://www.31doc.com/p-2197260.html