消隱與同步的原理

1．消隱

電視系統中，掃描正程期間傳送圖像信號，逆程期間不傳送圖像信號。電子束逆程掃描在熒光屏上出現回掃線，將對正程的圖像造成干擾，影響圖像的清晰度。因此需使電視機在行、場掃描逆程期間電子束截止，以消除行、場逆程回掃線，即實現消隱。方法是在電視臺由同步機發出消隱信號使接收機顯像管在行、場逆程掃描期間關斷電子束。

2．同步

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

為保證收、發端行場掃描同步，電視臺同步機發出行、場同步信號，使電視接收機正確地重現圖像。

四．攝像與顯像

（一）攝像原理

發送端的光-電轉換是由攝像管來完成的。攝像管的形式多種多樣，目前黑白或彩色電視攝像機廣泛采用具有內光電效應的氧化鉛(pbo)管。圖07-02-10 為其結構示意圖，在它的圓柱形玻璃外殼內主要包含光電靶和電子槍兩個部分。在管外套有偏轉線圈、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壁上鍍上一層很薄且透明的金屬導電膜，作為光的通路和信號輸出電極，金屬膜的后面是光電靶，其結構如圖07-02-11(a)所示。光電靶由三層半導體材料組成。中間較厚的一層為氧化鉛半導體(pbo)，稱為I層，里面受電子束掃描的一層為P型半導體層，在外面受光照射并與透明金屬膜接觸的一層為N型半導體。P層與N層都比I層薄得多，因此pbo管的光電靶實際上相當于一個光敏二極管，主要由I層(pbo)決定其工作性能。由于半導體的光敏特性，當照射在它上面的光線強弱變化時，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的燈絲、陰極、控制柵極、加速極、聚焦極等組成。當給各電極施加正常電壓時，陰極發射的電子，在加速極、聚焦極、高壓陽極(網電極)的作用下，加速聚焦成很細的電子束打在光電靶上。該電子束受套在管外的行、場偏轉磁場的作用，沿著靶面從左至右，從上而下地運動，以拾取信號。

(3)圖像信號的產生：圖像信號產生電路示意圖如圖07-02-11(b)所示。當圖像通過攝像機鏡頭成像于光電靶時，對應于圖像像素的亮點，光電導層的電導率高，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產生此“亮點”時，它在回路中形成的電流大，在負載電阻上的壓降較大，輸出電壓較小。反之，對應于圖像像素的暗點，光電導層相應的等效電阻大，電子束掃射到“暗點”時，它在回路中形成的電流小，在負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電壓的高低與圖像的亮暗成反比，稱為負極性電視信號。順便指出，若圖像信號電壓的高低與圖像的亮暗成正比，稱之為正極性電視信號。由上所述，攝像管將圖像各點像素的亮暗信息轉換為電壓隨之變化的電信號，完成了光電轉換。

圖07-02-11?

三 顯像原理

顯像管是接收端完成電-光轉換的重要器件。顯像管的結構示意圖如圖07-02-12所示。它是由電子槍和熒光屏構成的。顯像管玻璃外殼的前端是熒光屏，熒光屏玻璃內壁涂有一層熒光粉，熒光粉受電子束轟擊時能發光。電子槍由各個金屬電極構成，各個電極加上合適電壓時，電子槍的陰極受燈絲烘烤發出電子，聚合成束轟擊熒光屏，電子束在外套偏轉線圈產生磁場作用下掃描熒光屏。

圖07-02-12?? 顯像管結構示意圖

當負極性圖像信號加入陰極K時，能控制柵陰極電壓的變化，控制電子束流I_k的強弱，從而控制電子束掃描熒光屏各點的亮度，在熒光屏還原成像。若加在陰極的圖像信號電壓越高，則柵陰極電壓越負，即柵、陰極間負電壓越大，電子束流越弱，相應熒光粉點越暗。反之，若陰極所加圖像信號電壓越低，電子束流越強，相應熒光粉點就越亮，正好與發送端圖像相應的像素亮暗一致。電子束掃描整個熒光屏復合成完整圖像。

五．伽馬 ( g ) 校正

（一）伽馬(g )的概念

現實世界中幾乎所有的CRT顯示設備、攝影膠片和許多電子照相機的光電轉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系（例如，電子攝像機的輸出電壓與場景中光強度的關系，CRT發射的光的強度與輸入電壓的關系）可以用一個冪函數來表示，它的一般形式是：

_{?? 輸出＝(輸入)}^g?

式中的g (gamma)是冪函數的指數，它用來衡量非線性部件的轉換特性。這種特性稱為冪-律(power-law)轉換特性。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。對于特定的部件，人們可以度量它的輸入與輸出之間的函數關系，從而找出g 值。

實際的圖像系統是由多個部件組成的，這些部件中可能會有幾個非線性部件。如果所有部件都有冪函數的轉換特性，那么整個系統的傳遞函數就是一個冪函數，它的指數g 等于所有單個部件的g 的乘積。如果圖像系統的整個g ＝1，輸出與輸入就成線性關系。這就意味在重現圖像中任何兩個圖像區域的強度之比率與原始場景的兩個區域的強度之比率相同，這似乎是圖像系統所追求的目標：真實地再現原始場景。但實際情況卻不完全是這樣。

當這種再生圖像在“明亮環境”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境下觀看時，g ＝1的系統的確可使圖像看起來像“原始場景”一樣。但是某些圖像有時在“黑暗環境”下觀看所獲得的效果會更好，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而通常認為g ?1.5，人的視角系統所看到的場景就好像是“原始場景”。根據這種觀點，投影幻燈片的g 值就設計為1.5左右，而不是1。

還有一種環境稱為中間環境的“暗淡環境”，這種環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。看電視的環境和計算機房的環境就屬于這種情況。在這種情況下，通常認為再現圖像需要g ?1.25才能看起來像“原始場景”。

（二）g校正

所有CRT顯示設備都有冪-律轉換特性，如果生產廠家不加說明，那么它的g 值大約等于2.5。用戶對發光的磷光材料的特性可能無能為力去改變，因而也很難改變它的g 值。為使整個系統的g 值接近于使用所要求的g 值，起碼就要有一個能夠提供g 校正的非線性部件，用來補償CRT的非線性特性。

在所有廣播電視系統中，g 校正是在攝像機中完成的。最初的NTSC電視標準需要攝像機具有g ＝1/2.2＝0.45的冪函數，現在采納g ＝0.5的冪函數。PAL和SECAM電視標準指定攝像機需要具有g ＝1/2.8＝0.36的冪函數，但這個數值已顯得太小，因此實際的攝像機很可能會設置成g ＝0.45或者0.5。使用這種攝像機得到的圖像就預先做了校正，在g ＝2.5的CRT屏幕上顯示圖像時，屏幕圖像相對于原始場景的g 大約等于1.25。這個值適合“暗淡環境”下觀看。

過去的時代是“模擬時代”，而今已進入“數字時代”，進入計算機的電視圖像依然帶有g ＝0.5的校正，這一點可不要忘記。雖然帶有g 值的電視在數字時代工作得很好，尤其是在特定環境下創建的圖像在相同環境下工作。可是在其他環境下工作時，往往會使顯示的圖像讓人看起來顯得太亮或者太暗，因此在可能條件下就要做g 校正。

在什么地方做g 校正是人們所關心的問題。從獲取圖像、存儲成圖像文件、讀出圖像文件直到在某種類型的顯示屏幕上顯示圖像，這些個環節中至少有5個地方可有非線性轉換函數存在并可引入g 值。例如：

	camera_gamma：攝像機中圖像傳感器的g (通常g ＝0.4或者0.5)
	encoding_gamma：編碼器編碼圖像文件時引入g
	decoding_gamma ：譯碼器讀圖像文件時引入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)

在數字圖像顯示系統中，由于要顯示的圖像不一定就是攝像機來的圖像，假設這種圖像的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，整個系統的g 就近似等于1.25。

根據上面的分析，為了在不同環境下觀看到“原始場景”可在適當的地方加入g 校正。