消隱與同步的原理

1．消隱

電視系統(tǒng)中，掃描正程期間傳送圖像信號(hào)，逆程期間不傳送圖像信號(hào)。電子束逆程掃描在熒光屏上出現(xiàn)回掃線，將對(duì)正程的圖像造成干擾，影響圖像的清晰度。因此需使電視機(jī)在行、場(chǎng)掃描逆程期間電子束截止，以消除行、場(chǎng)逆程回掃線，即實(shí)現(xiàn)消隱。方法是在電視臺(tái)由同步機(jī)發(fā)出消隱信號(hào)使接收機(jī)顯像管在行、場(chǎng)逆程掃描期間關(guān)斷電子束。

2．同步

在電視系統(tǒng)中，為了使電視機(jī)重現(xiàn)的圖像與攝像機(jī)拍攝的圖像完全一致，要求接收端與發(fā)送端的電子束掃描必須同步。所謂同步是指收、發(fā)端掃描的頻率(快慢)和掃描的相位(起始位置)完全相同。如果收、發(fā)端掃描不同步，則重現(xiàn)的圖像變形或不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)圖像混亂不能正常收看。

為保證收、發(fā)端行場(chǎng)掃描同步，電視臺(tái)同步機(jī)發(fā)出行、場(chǎng)同步信號(hào)，使電視接收機(jī)正確地重現(xiàn)圖像。

四．攝像與顯像

（一）攝像原理

發(fā)送端的光-電轉(zhuǎn)換是由攝像管來(lái)完成的。攝像管的形式多種多樣，目前黑白或彩色電視攝像機(jī)廣泛采用具有內(nèi)光電效應(yīng)的氧化鉛(pbo)管。圖07-02-10 為其結(jié)構(gòu)示意圖，在它的圓柱形玻璃外殼內(nèi)主要包含光電靶和電子槍兩個(gè)部分。在管外套有偏轉(zhuǎn)線圈、聚焦線圈和校正線圈。

圖07-02-10? 攝像管

(1)光電靶；在攝像管前方玻璃屏內(nèi)壁上鍍上一層很薄且透明的金屬導(dǎo)電膜，作為光的通路和信號(hào)輸出電極，金屬膜的后面是光電靶，其結(jié)構(gòu)如圖07-02-11(a)所示。光電靶由三層半導(dǎo)體材料組成。中間較厚的一層為氧化鉛半導(dǎo)體(pbo)，稱為I層，里面受電子束掃描的一層為P型半導(dǎo)體層，在外面受光照射并與透明金屬膜接觸的一層為N型半導(dǎo)體。P層與N層都比I層薄得多，因此pbo管的光電靶實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)光敏二極管，主要由I層(pbo)決定其工作性能。由于半導(dǎo)體的光敏特性，當(dāng)照射在它上面的光線強(qiáng)弱變化時(shí)，其等效電阻也隨之變化。

(2)電子槍：電子槍由罩在真空玻璃管內(nèi)的燈絲、陰極、控制柵極、加速極、聚焦極等組成。當(dāng)給各電極施加正常電壓時(shí)，陰極發(fā)射的電子，在加速極、聚焦極、高壓陽(yáng)極(網(wǎng)電極)的作用下，加速聚焦成很細(xì)的電子束打在光電靶上。該電子束受套在管外的行、場(chǎng)偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用，沿著靶面從左至右，從上而下地運(yùn)動(dòng)，以拾取信號(hào)。

(3)圖像信號(hào)的產(chǎn)生：圖像信號(hào)產(chǎn)生電路示意圖如圖07-02-11(b)所示。當(dāng)圖像通過(guò)攝像機(jī)鏡頭成像于光電靶時(shí)，對(duì)應(yīng)于圖像像素的亮點(diǎn)，光電導(dǎo)層的電導(dǎo)率高，等效電阻小，電子束掃射到圖07-02-10光電靶與視頻圖像信號(hào)產(chǎn)生此“亮點(diǎn)”時(shí)，它在回路中形成的電流大，在負(fù)載電阻上的壓降較大，輸出電壓較小。反之，對(duì)應(yīng)于圖像像素的暗點(diǎn)，光電導(dǎo)層相應(yīng)的等效電阻大，電子束掃射到“暗點(diǎn)”時(shí)，它在回路中形成的電流小，在負(fù)載電阻上的壓降較小，輸出電壓較大。顯然，攝像管輸出的圖像信號(hào)電壓的高低與圖像的亮暗成反比，稱為負(fù)極性電視信號(hào)。順便指出，若圖像信號(hào)電壓的高低與圖像的亮暗成正比，稱之為正極性電視信號(hào)。由上所述，攝像管將圖像各點(diǎn)像素的亮暗信息轉(zhuǎn)換為電壓隨之變化的電信號(hào)，完成了光電轉(zhuǎn)換。

圖07-02-11?

三 顯像原理

顯像管是接收端完成電-光轉(zhuǎn)換的重要器件。顯像管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖07-02-12所示。它是由電子槍和熒光屏構(gòu)成的。顯像管玻璃外殼的前端是熒光屏，熒光屏玻璃內(nèi)壁涂有一層熒光粉，熒光粉受電子束轟擊時(shí)能發(fā)光。電子槍由各個(gè)金屬電極構(gòu)成，各個(gè)電極加上合適電壓時(shí)，電子槍的陰極受燈絲烘烤發(fā)出電子，聚合成束轟擊熒光屏，電子束在外套偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)作用下掃描熒光屏。

圖07-02-12?? 顯像管結(jié)構(gòu)示意圖

當(dāng)負(fù)極性圖像信號(hào)加入陰極K時(shí)，能控制柵陰極電壓的變化，控制電子束流I_k的強(qiáng)弱，從而控制電子束掃描熒光屏各點(diǎn)的亮度，在熒光屏還原成像。若加在陰極的圖像信號(hào)電壓越高，則柵陰極電壓越負(fù)，即柵、陰極間負(fù)電壓越大，電子束流越弱，相應(yīng)熒光粉點(diǎn)越暗。反之，若陰極所加圖像信號(hào)電壓越低，電子束流越強(qiáng)，相應(yīng)熒光粉點(diǎn)就越亮，正好與發(fā)送端圖像相應(yīng)的像素亮暗一致。電子束掃描整個(gè)熒光屏復(fù)合成完整圖像。

五．伽馬 ( g ) 校正

（一）伽馬(g )的概念

現(xiàn)實(shí)世界中幾乎所有的CRT顯示設(shè)備、攝影膠片和許多電子照相機(jī)的光電轉(zhuǎn)換特性都是非線性的。這些非線性部件的輸出與輸入之間的關(guān)系（例如，電子攝像機(jī)的輸出電壓與場(chǎng)景中光強(qiáng)度的關(guān)系，CRT發(fā)射的光的強(qiáng)度與輸入電壓的關(guān)系）可以用一個(gè)冪函數(shù)來(lái)表示，它的一般形式是：

_{?? 輸出＝(輸入)}^g?

式中的g (gamma)是冪函數(shù)的指數(shù)，它用來(lái)衡量非線性部件的轉(zhuǎn)換特性。這種特性稱為冪-律(power-law)轉(zhuǎn)換特性。按照慣例，“輸入”和“輸出”都縮放到0～1之間。其中，0表示黑電平，1表示顏色分量的最高電平。對(duì)于特定的部件，人們可以度量它的輸入與輸出之間的函數(shù)關(guān)系，從而找出g 值。

實(shí)際的圖像系統(tǒng)是由多個(gè)部件組成的，這些部件中可能會(huì)有幾個(gè)非線性部件。如果所有部件都有冪函數(shù)的轉(zhuǎn)換特性，那么整個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)就是一個(gè)冪函數(shù)，它的指數(shù)g 等于所有單個(gè)部件的g 的乘積。如果圖像系統(tǒng)的整個(gè)g ＝1，輸出與輸入就成線性關(guān)系。這就意味在重現(xiàn)圖像中任何兩個(gè)圖像區(qū)域的強(qiáng)度之比率與原始場(chǎng)景的兩個(gè)區(qū)域的強(qiáng)度之比率相同，這似乎是圖像系統(tǒng)所追求的目標(biāo)：真實(shí)地再現(xiàn)原始場(chǎng)景。但實(shí)際情況卻不完全是這樣。

當(dāng)這種再生圖像在“明亮環(huán)境”下，也就是在其他白色物體的亮度與圖像中白色部分的亮度幾乎相同的環(huán)境下觀看時(shí)，g ＝1的系統(tǒng)的確可使圖像看起來(lái)像“原始場(chǎng)景”一樣。但是某些圖像有時(shí)在“黑暗環(huán)境”下觀看所獲得的效果會(huì)更好，放映電影和投影幻燈片就屬于這種情況。在這種情況下，g 值不是等于1而通常認(rèn)為g ?1.5，人的視角系統(tǒng)所看到的場(chǎng)景就好像是“原始場(chǎng)景”。根據(jù)這種觀點(diǎn)，投影幻燈片的g 值就設(shè)計(jì)為1.5左右，而不是1。

還有一種環(huán)境稱為中間環(huán)境的“暗淡環(huán)境”，這種環(huán)境就像房間中的其他東西能夠看到，但比圖像中白色部分的亮度更暗?？措娨暤沫h(huán)境和計(jì)算機(jī)房的環(huán)境就屬于這種情況。在這種情況下，通常認(rèn)為再現(xiàn)圖像需要g ?1.25才能看起來(lái)像“原始場(chǎng)景”。

（二）g校正

所有CRT顯示設(shè)備都有冪-律轉(zhuǎn)換特性，如果生產(chǎn)廠家不加說(shuō)明，那么它的g 值大約等于2.5。用戶對(duì)發(fā)光的磷光材料的特性可能無(wú)能為力去改變，因而也很難改變它的g 值。為使整個(gè)系統(tǒng)的g 值接近于使用所要求的g 值，起碼就要有一個(gè)能夠提供g 校正的非線性部件，用來(lái)補(bǔ)償CRT的非線性特性。

在所有廣播電視系統(tǒng)中，g 校正是在攝像機(jī)中完成的。最初的NTSC電視標(biāo)準(zhǔn)需要攝像機(jī)具有g ＝1/2.2＝0.45的冪函數(shù)，現(xiàn)在采納g ＝0.5的冪函數(shù)。PAL和SECAM電視標(biāo)準(zhǔn)指定攝像機(jī)需要具有g ＝1/2.8＝0.36的冪函數(shù)，但這個(gè)數(shù)值已顯得太小，因此實(shí)際的攝像機(jī)很可能會(huì)設(shè)置成g ＝0.45或者0.5。使用這種攝像機(jī)得到的圖像就預(yù)先做了校正，在g ＝2.5的CRT屏幕上顯示圖像時(shí)，屏幕圖像相對(duì)于原始場(chǎng)景的g 大約等于1.25。這個(gè)值適合“暗淡環(huán)境”下觀看。

過(guò)去的時(shí)代是“模擬時(shí)代”，而今已進(jìn)入“數(shù)字時(shí)代”，進(jìn)入計(jì)算機(jī)的電視圖像依然帶有g ＝0.5的校正，這一點(diǎn)可不要忘記。雖然帶有g 值的電視在數(shù)字時(shí)代工作得很好，尤其是在特定環(huán)境下創(chuàng)建的圖像在相同環(huán)境下工作?？墒窃谄渌h(huán)境下工作時(shí)，往往會(huì)使顯示的圖像讓人看起來(lái)顯得太亮或者太暗，因此在可能條件下就要做g 校正。

在什么地方做g 校正是人們所關(guān)心的問(wèn)題。從獲取圖像、存儲(chǔ)成圖像文件、讀出圖像文件直到在某種類型的顯示屏幕上顯示圖像，這些個(gè)環(huán)節(jié)中至少有5個(gè)地方可有非線性轉(zhuǎn)換函數(shù)存在并可引入g 值。例如：

	camera_gamma：攝像機(jī)中圖像傳感器的g (通常g ＝0.4或者0.5)
	encoding_gamma：編碼器編碼圖像文件時(shí)引入g
	decoding_gamma ：譯碼器讀圖像文件時(shí)引入g
	LUT_gamma：圖像幀緩存查找表中引入g
	CRT_gamma：CRT的g (通常g ＝2.5)

在數(shù)字圖像顯示系統(tǒng)中，由于要顯示的圖像不一定就是攝像機(jī)來(lái)的圖像，假設(shè)這種圖像的g 值等于1，如果encoding_gamma＝0.5，CRT_gamma＝2.5和decoding_gamma，LUT_gamma都為1.0時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的g 就近似等于1.25。

根據(jù)上面的分析，為了在不同環(huán)境下觀看到“原始場(chǎng)景”可在適當(dāng)?shù)牡胤郊尤?font face=幼圓>g 校正。