视频信号的对比度与γ校正

文章摘要： 由摄像机获得的图像信号其电平高低与景物的亮度是相对应的，如果是正极性的视频信号，景物的亮度越高，电平也越高，负极性视频信号则相反。人眼对景物亮度的感觉比摄像机要高，所以摄像机所能反映的景物对比度就远小于人眼所观看的对比度（受摄像元件的动态范围所限制）。摄像机对于超过某一个亮度界限以上的亮度就反映不出来了，只能够以一个“饱和”电平来反映，这个电平我们称为白电平。同样，对于低于某一个亮度界限以下的亮度，摄像机也将反映不出来，只能够用一个相等的“截止”电平来反映，这个电平称为黑色电平。 对于一个高对比度（对比度是景物的最黑点的光通量与最亮点的光通量之比）的景物，如果要使摄像机不失真地还

视频信号的对比度与γ校正,标签：电视机电路,电路设计,http://www.88dzw.com
    由摄像机获得的图像信号其电平高低与景物的亮度是相对应的，如果是正极性的视频信号，景物的亮度越高，电平也越高，负极性视频信号则相反。人眼对景物亮度的感觉比摄像机要高，所以摄像机所能反映的景物对比度就远小于人眼所观看的对比度（受摄像元件的动态范围所限制）。摄像机对于超过某一个亮度界限以上的亮度就反映不出来了，只能够以一个“饱和”电平来反映，这个电平我们称为白电平。同样，对于低于某一个亮度界限以下的亮度，摄像机也将反映不出来，只能够用一个相等的“截止”电平来反映，这个电平称为黑色电平。

    对于一个高对比度（对比度是景物的最黑点的光通量与最亮点的光通量之比）的景物，如果要使摄像机不失真地还原就使用较少的复演指数γ，γ又叫对比度放大率或者叫对比度系数。当γ=1时拍摄的图像将不失真地还原原景物的亮度层次。当γ≠1但在景物从最暗点到最亮点的各个对比度等级处保持恒定值时为线性失真。例如，原景物的几个亮度等级是1、4、16、64、256、1024，它相邻两个对比度都是4，如生成的图像亮度等级是1、2、4、8、16、32，它相邻两个对比度是2，此时γ<1。虽然原景物中的几个亮度级别都反映出来了，但由于γ≠1，所以图像不如原景物那样鲜明。这种失真若观众没看过原景物则是觉察不到的，在一定范围内是容许的。如γ随亮度而产生的失真是非线性失真，例如上述景物的六级亮度是1、2、8、32、48、50，这样每相邻两个对比度都不相等，结果是这幅图像的层次和原景物中的层次就有很大的差异，这是不容许的。
    从上面的论述可知，当γ=1时重显的图像是最逼真的，但由于摄像机的对比度动态范围有限制，所以我们可通过各种灯光的布置：如主光、辅助光、背景光来达到限制实际景物的对比度，使摄像机工作在γ=1的状态，此种情况多在特定的摄像环境下（如演播室内），所以我们在看电视时，会感觉到在演播室内拍摄的画面特别清晰。在其它场所（如进行新闻拍摄）不容许或不可能用灯光限制对比度，我们只能减少γ，使摄像机工作在线性失真状态下，这样一来所拍摄的图像看上去就平淡乏味多了。
    在整个电视系统中（包括摄像--信号处理--图象重现）的γ是和摄像机的光电转换指数γs、电视机显像管电光转换指数γx和信道指数γe有密切关系。一般来说γs和γx都由制造工艺所确定，所以是固定值（通常γs=1、γx=2.2），为此电视系统总的γ就由信道指数γe来决定了，当γe=1时信道工作在线性状态，那么γ=γs*γe*γx=1*1*2.2=2.2，γ >1,图像的对比度比原景物的大，这样一部分较亮的景物挤到白的一端，较暗的景物挤到黑的一端，图像发生了非线性失真。为了校正这种失真，在现代的电视机上都加入了γ校正电路或叫灰度校正电路，它是一种预失真电路，这种电路的加入使信道的γe≠ 1即信道工作在预失真状态。