信号形成处理记录.ppt
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1、第三章 电视信号的形成、处理、记录,第三章 电视信号的形成、处理、记录1、电视系统概述,第三章 电视信号的形成、处理、记录1、电视系统概述,第三章 电视信号的形成、处理、记录2、视频图像信号的产生,一、数字彩色电视摄像机作用将景物的光图像分解成红绿蓝三幅光图像,分别聚焦在三个摄像器件的光敏面上,然后由摄像器件进行光电转换、扫描得到三个基色信号,最后通过信号处理电路和编码电路,形成分量信号或全电视信号输出。,第三章 电视信号的形成、处理、记录2、视频图像信号的产生,一、数字彩色电视摄像机自上世纪90年代初,彩色电视摄像机开始向数字化过渡,摄像器件全部采用电荷耦合器件(CCD)。由于CCD是模拟器
2、件,摄像机的数字化只能从信号处理电路开始,所以严格的讲,数字摄像机应该称为数字信号处理(DSP)摄像机。一般将数字信号处理电路占整个电路70%以上的摄像机称为数字摄像机。,第三章 电视信号的形成、处理、记录2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统变焦距镜头作用:将拍摄的景物成像(聚焦)在CCD器件的感光面上,并调节入射光量(调节光圈)和焦距(变焦)。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统变焦距镜头,第三章 电视信号的形成、处理、记
3、录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统变焦距镜头变焦比n:变焦距镜头最长焦距与最短焦距的比值,f1=1,f2=1,f1=1,f2=1,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统变焦距镜头,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统分色镜分光原理,反射光I1和I2经过的路程不同,产生光程差。,光程:光在介质中所走的路程与该介质折射率的乘积,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,两路反
4、射光的相位差为0,分色膜上反射光最强,两路反射光的相位差为180,分色膜上反射光为0,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,当n1,n0和d一定,仅与i有关,导致分色膜对一幅图像的不同部分的分光特性不一致,产生“色渐变”,在重现图像上引起“黑斑效应”,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统分色镜分光棱镜,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统色温滤色片用于白平衡的调整,补偿因光源色温不同而引起的光谱特性变化。,在摄像机中,所谓白平衡是指当它拍摄白色(或灰色)
5、景物时,输出的三基色信号电平相等,这样在输出信号送给电视机就能在屏幕上重现不带任何色调的景物。白平衡的调整是通过调整红、蓝两路自动增益自动实现的。,然而,由于处理放大器的增益调节范围只有3dB,当摄像机在演播室(色温3200K)内调节好白平衡后移至别处,若光源的色温变化较大,这个调节范围是不够的。,为此,在分光棱镜前安装色温校色片,使入射光的色温转换成接近3200K,这样,再稍加调节放大器的增益即可达到白平衡。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统色温滤色片:为适应多种光源,摄像机内一般都安装几个色温校色片,并安装在一个圆盘上,在圆盘
6、的边上写上编号,使用时可转动圆盘,根据光源的实际情况将适当的校正片转到分光棱镜前。下表为常用色温校色片的编号和特点。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统色温滤色片:现在有的彩色摄像机已取消了色温校色片,通过加大增益的调节范围,实现完成靠电子方法的白平衡调节。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成1、光学系统中性滤光片表中“1/4ND”表示在色温校色片上还镀有一层透过率为25%的中性滤光膜,它可以使所有波长的光的透过率都降低到25%。减弱进入光学系统的光强度(光通量),目的是在使用它时可
7、以增大镜头的光圈,以达到在某些场合需要减小景深的艺术效果。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管结构(电子枪;靶面;聚焦,偏转,校正线圈),第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管结构 电子枪(灯丝,阴极,控制栅极,加速极,聚焦极,网电极),第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管结构 靶面,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管结构 靶面,第三章 电
8、视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管工作原理,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管主要质量指标光电特性光电转换特性:靶压一定时,摄像管输出信号电流IS与靶 面光照B的关系伏安特性:光照一定时,摄像管输出信号电流IS与靶压UT 的关系,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管主要质量指标灵敏度 摄像管输出信号电流IS与射入靶面的光通量之比习惯用额定输出信号电流下靶面所需的照度表示,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、
9、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管主要质量指标光谱特性 摄像管在不同波长光的照射下,测出对应的灵敏度,即光谱灵敏度曲线,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管主要质量指标分解力;摄像管对景物细节的光电转换能力主要影响因素:扫描电子束的聚焦特性,电荷的扩散,用某一线数下的输出信号幅度与40线下的输出信号幅度比的百分数表示分解力,称为调制度,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管主要质量指标惰性 停止光照后60ms时的剩余电流is(3)表示摄像管的惰
10、性大小,低照度:余像或拖尾现象强照度:开花或慧尾现象,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成2、光电导摄像管主要质量指标暗电流 越小,越均匀,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件),CCD摄像器件是金属氧化物半导体(MOS)结构的有序排列,即:以具有光敏特性的P型(或N型)半导体硅为衬底,在其上面生长一层约100nm的SiO2绝缘层,再在绝缘层上按一定排列方式沉积一组(几十万个)金属铝电极。每个金属电极(称为栅极)部分为一个CCD单元。,第三章 电视信号的形成、处理
11、、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件)CCD的基本工作原理光电转换与电荷存储过程,当栅极加正电压时(衬底接地),其下面半导体内的多数载流子(空穴)被排挤,而少数载流子(电子)集中在界面,在界面下形成一个无多数载流子空穴的带负电区域,该区域称为耗尽层。栅极电压越高,空穴排挤得越远,界面集中的电子越多,耗尽层越深。耗尽层达到一定的深度,便形成了一个可吸收电子的势阱,称电子势阱。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件)CCD的基本工作原理光电转换与电荷存储过程,
12、CCD摄像器件的感光面上有几十万个电极,即有几十万个势阱(像素)。当景物成像到感光面时,每个像素对应的衬底在光激发下,出现和光强度成正比的电子空穴对,空穴被排挤,电子注入势阱,形成电荷包,实现光电转换,得到有几十万个电荷包组成的电图像。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件)CCD的基本工作原理光电转换与电荷存储过程,光照,电子空穴对(和光照强度成正比),势阱捕获电子形成电荷包,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件)CCD的基本
13、工作原理电荷转移过程信号输出采用转移电荷包的方法。CCD实用的电荷转移有多种方式,分别称为三相、二相和四相时钟驱动方式。下面以三相时钟脉冲驱动为例进行说明:相邻电极每三个一组,三个电极分别加三相时钟V1、V2、V3,相位各差120。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,V1,V2,V3,t1,t2,t3,t1+T,T,t1t2时刻:V1为高,其他为低,V1电极下为深势阱,有电荷包,势阱,V1,V2,V3,t4,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,势阱,V1,V2,V3,t2t3时刻:V1逐渐变低,V2为高,电荷包逐渐转移到V2电极下的各势阱中,t
14、4,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,势阱,V1,V2,V3,t3时刻:电荷包转移完毕,t4,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,势阱,V1,V2,V3,t4,t3t4时刻:保持。t4以后,电荷包开始向V3各电极下的势阱中转移。一个时钟周期转移三个势阱,转移到下一个像素的第一个势阱。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件)CCD的基本工作原理电荷输出过程,在HOG电极上加上不同的控制电压可以控制电荷包在适当的时刻从V3电极下转移到MOS场效应管放大器的控制栅极,
15、因此HOG电极称为输出栅极。,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,PG电极等效为开关SW,加入控制脉冲VPG控制开关通、断。VPG为高电平,SW闭合;VPG为低电平,SW断开。,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件)CCD的基本工作原理电荷输出过程,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件)面阵CCD摄像器件帧转移型(FT)CCD摄像器件 相同像素数量的成像部分、存储部分以及读出寄存器,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,第三章 电视信号的形成
16、、处理、记录 2、视频图像信号的产生,二、彩色电视摄像机的组成3、固体摄像器件CCD(电荷耦合器件)面阵CCD摄像器件隔列转移型(IT)CCD摄像器件,第三章 电视信号的形成、处理、记录 2、视频图像信号的产生,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理1、反噪波校正,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理2、电缆校正,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理3、黑斑校正 重现图像上出现阴影或色斑,统称为黑斑效应。叠加型黑斑校正:图像
17、信号本身没有畸变,叠加了一个不均匀的附加信号,只需一波形与之相反的校正信号叠加调制型黑斑校正:图像信号受到附加信号的调制,采用与附加信号波形相反的校正信号对有畸变的图像信号进行再调制,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理4、轮廓校正 孔阑效应:清晰度受到扫描电子束孔径限制,导致图像波形出现过渡区,轮廓不分明。轮廓校正和速度调制,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理5、直流分量的恢复(钳位电路)作用将图像信号的黑色电平重新全部钳定在同一个电平上消除低频叠加型干扰,第三章
18、电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理5、直流分量的恢复(钳位电路)工作原理,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,二极管钳位电路,T1期间,Ui E0,D导通C通过RS 和Rd充电,1=(RS+Rd)C,输出端迅速下降到钳位电平E0,T2期间,Ui E0,D截止C通过RS 和RL放电,2=(RS+RL)C,阻容耦合电路,将T2期间的Ui耦合到输出端,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,三极管强迫钳位电路,T1钳位三极管,在其基极输入在行消隐期间出现的行频脉冲,即钳位脉冲,钳位脉冲到达时,T1导通C1快速充电,输入信号脉冲被钳位
19、到的集电极电位(近似等于发射极电位),钳位脉冲过后,T1截止C1缓慢放电,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理6、校正(灰度校正),0,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,一、校正处理6、校正(灰度校正),第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,具有折线特性的校正放大器,无输入信号或输入信号很小时,三个二极管均导通,射极等效电阻小,放大器增益高。,输入信号增加,三个二极管依次截止,三个电阻依次断开,射极等效电阻增加,放大器增益下降。,第三章 电视信号的形成、处理、记录3、视频图像信号的处理,具有渐变特性的校正放大器,VD
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