消隐与同步的原理

消隐与同步的原理

1．消隐

电视系统中，扫描正程期间传送图像信号，逆程期间不传送图像信号。电子束逆程扫描在荧光屏上出现回扫线，将对正程的图像造成干扰，影响图像的清晰度。因此需使电视机在行、场扫描逆程期间电子束截止，以消除行、场逆程回扫线，即实现消隐。方法是在电视台由同步机发出消隐信号使接收机显像管在行、场逆程扫描期间关断电子束。

2．同步

在电视系统中，为了使电视机重现的图像与摄像机拍摄的图像完全一致，要求接收端与发送端的电子束扫描必须同步。所谓同步是指收、发端扫描的频率(快慢)和扫描的相位(起始位置)完全相同。如果收、发端扫描不同步，则重现的图像变形或不稳定，严重时图像混乱不能正常收看。

为保证收、发端行场扫描同步，电视台同步机发出行、场同步信号，使电视接收机正确地重现图像。

四．摄像与显像

（一）摄像原理

发送端的光-电转换是由摄像管来完成的。摄像管的形式多种多样，目前黑白或彩色电视摄像机广泛采用具有内光电效应的氧化铅(pbo)管。图07-02-10 为其结构示意图，在它的圆柱形玻璃外壳内主要包含光电靶和电子枪两个部分。在管外套有偏转线圈、聚焦线圈和校正线圈。

图07-02-10  摄像管

(1)光电靶；在摄像管前方玻璃屏内壁上镀上一层很薄且透明的金属导电膜，作为光的通路和信号输出电极，金属膜的后面是光电靶，其结构如图07-02-11(a)所示。光电靶由三层半导体材料组成。中间较厚的一层为氧化铅半导体(pbo)，称为I层，里面受电子束扫描的一层为P型半导体层，在外面受光照射并与透明金属膜接触的一层为N型半导体。P层与N层都比I层薄得多，因此pbo管的光电靶实际上相当于一个光敏二极管，主要由I层(pbo)决定其工作性能。由于半导体的光敏特性，当照射在它上面的光线强弱变化时，其等效电阻也随之变化。

(2)电子枪：电子枪由罩在真空玻璃管内的灯丝、阴极、控制栅极、加速极、聚焦极等组成。当给各电极施加正常电压时，阴极发射的电子，在加速极、聚焦极、高压阳极(网电极)的作用下，加速聚焦成很细的电子束打在光电靶上。该电子束受套在管外的行、场偏转磁场的作用，沿着靶面从左至右，从上而下地运动，以拾取信号。

(3)图像信号的产生：图像信号产生电路示意图如图07-02-11(b)所示。当图像通过摄像机镜头成像于光电靶时，对应于图像像素的亮点，光电导层的电导率高，等效电阻小，电子束扫射到图07-02-10光电靶与视频图像信号产生此“亮点”时，它在回路中形成的电流大，在负载电阻上的压降较大，输出电压较小。反之，对应于图像像素的暗点，光电导层相应的等效电阻大，电子束扫射到“暗点”时，它在回路中形成的电流小，在负载电阻上的压降较小，输出电压较大。显然，摄像管输出的图像信号电压的高低与图像的亮暗成反比，称为负极性电视信号。顺便指出，若图像信号电压的高低与图像的亮暗成正比，称之为正极性电视信号。由上所述，摄像管将图像各点像素的亮暗信息转换为电压随之变化的电信号，完成了光电转换。

图07-02-11 

三 显像原理

显像管是接收端完成电-光转换的重要器件。显像管的结构示意图如图07-02-12所示。它是由电子枪和荧光屏构成的。显像管玻璃外壳的前端是荧光屏，荧光屏玻璃内壁涂有一层荧光粉，荧光粉受电子束轰击时能发光。电子枪由各个金属电极构成，各个电极加上合适电压时，电子枪的阴极受灯丝烘烤发出电子，聚合成束轰击荧光屏，电子束在外套偏转线圈产生磁场作用下扫描荧光屏。

图07-02-12   显像管结构示意图

当负极性图像信号加入阴极K时，能控制栅阴极电压的变化，控制电子束流I_k的强弱，从而控制电子束扫描荧光屏各点的亮度，在荧光屏还原成像。若加在阴极的图像信号电压越高，则栅阴极电压越负，即栅、阴极间负电压越大，电子束流越弱，相应荧光粉点越暗。反之，若阴极所加图像信号电压越低，电子束流越强，相应荧光粉点就越亮，正好与发送端图像相应的像素亮暗一致。电子束扫描整个荧光屏复合成完整图像。

五．伽马 ( g ) 校正

（一）伽马(g )的概念

现实世界中几乎所有的CRT显示设备、摄影胶片和许多电子照相机的光电转换特性都是非线性的。这些非线性部件的输出与输入之间的关系（例如，电子摄像机的输出电压与场景中光强度的关系，CRT发射的光的强度与输入电压的关系）可以用一个幂函数来表示，它的一般形式是：

   _{输出＝(输入)}^g 

式中的g (gamma)是幂函数的指数，它用来衡量非线性部件的转换特性。这种特性称为幂-律(power-law)转换特性。按照惯例，“输入”和“输出”都缩放到0～1之间。其中，0表示黑电平，1表示颜色分量的最高电平。对于特定的部件，人们可以度量它的输入与输出之间的函数关系，从而找出g 值。

实际的图像系统是由多个部件组成的，这些部件中可能会有几个非线性部件。如果所有部件都有幂函数的转换特性，那么整个系统的传递函数就是一个幂函数，它的指数g 等于所有单个部件的g 的乘积。如果图像系统的整个g ＝1，输出与输入就成线性关系。这就意味在重现图像中任何两个图像区域的强度之比率与原始场景的两个区域的强度之比率相同，这似乎是图像系统所追求的目标：真实地再现原始场景。但实际情况却不完全是这样。

当这种再生图像在“明亮环境”下，也就是在其他白色物体的亮度与图像中白色部分的亮度几乎相同的环境下观看时，g ＝1的系统的确可使图像看起来像“原始场景”一样。但是某些图像有时在“黑暗环境”下观看所获得的效果会更好，放映电影和投影幻灯片就属于这种情况。在这种情况下，g 值不是等于1而通常认为g »1.5，人的视角系统所看到的场景就好像是“原始场景”。根据这种观点，投影幻灯片的g 值就设计为1.5左右，而不是1。

还有一种环境称为中间环境的“暗淡环境”，这种环境就像房间中的其他东西能够看到，但比图像中白色部分的亮度更暗。看电视的环境和计算机房的环境就属于这种情况。在这种情况下，通常认为再现图像需要g »1.25才能看起来像“原始场景”。

（二）g校正

所有CRT显示设备都有幂-律转换特性，如果生产厂家不加说明，那么它的g 值大约等于2.5。用户对发光的磷光材料的特性可能无能为力去改变，因而也很难改变它的g 值。为使整个系统的g 值接近于使用所要求的g 值，起码就要有一个能够提供g 校正的非线性部件，用来补偿CRT的非线性特性。

在所有广播电视系统中，g 校正是在摄像机中完成的。最初的NTSC电视标准需要摄像机具有g ＝1/2.2＝0.45的幂函数，现在采纳g ＝0.5的幂函数。PAL和SECAM电视标准指定摄像机需要具有g ＝1/2.8＝0.36的幂函数，但这个数值已显得太小，因此实际的摄像机很可能会设置成g ＝0.45或者0.5。使用这种摄像机得到的图像就预先做了校正，在g ＝2.5的CRT屏幕上显示图像时，屏幕图像相对于原始场景的g 大约等于1.25。这个值适合“暗淡环境”下观看。

过去的时代是“模拟时代”，而今已进入“数字时代”，进入计算机的电视图像依然带有g ＝0.5的校正，这一点可不要忘记。虽然带有g 值的电视在数字时代工作得很好，尤其是在特定环境下创建的图像在相同环境下工作。可是在其他环境下工作时，往往会使显示的图像让人看起来显得太亮或者太暗，因此在可能条件下就要做g 校正。

在什么地方做g 校正是人们所关心的问题。从获取图像、存储成图像文件、读出图像文件直到在某种类型的显示屏幕上显示图像，这些个环节中至少有5个地方可有非线性转换函数存在并可引入g 值。例如：

	camera_gamma：摄像机中图像传感器的g (通常g ＝0.4或者0.5)
	encoding_gamma：编码器编码图像文件时引入g
	decoding_gamma ：译码器读图像文件时引入g
	LUT_gamma：图像帧缓存查找表中引入g
	CRT_gamma：CRT的g (通常g ＝2.5)

在数字图像显示系统中，由于要显示的图像不一定就是摄像机来的图像，假设这种图像的g 值等于1，如果encoding_gamma＝0.5，CRT_gamma＝2.5和decoding_gamma，LUT_gamma都为1.0时，整个系统的g 就近似等于1.25。

根据上面的分析，为了在不同环境下观看到“原始场景”可在适当的地方加入g 校正。