图形设备与系统课件
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第二章图形设备与系统16214
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短长
2019/10/31
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光 持续发光时间：电子束离开某点后，该点的 亮度值衰减到初始值1/10所需的时间 刷新(Refresh)：为了让荧光物质保持一个稳 定的亮度值 刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
2019/10/31
2.1.2 彩色阴极射线管
产生彩色的常用方法： 射线穿透法 影孔板法
2019/10/31
2.1.2 彩色阴极射线管-射线穿透法
• 原理：两层荧光涂层，红色光和绿 色光两种发光物质，电子束轰击穿
透荧光层的深浅，决定所产生的颜 色
荧光涂层 产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束 较高速电子束
2019/10/31
要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发 射电子束
刷新频率 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的 过程 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显 示
2019/10/31
电子枪
电灯丝，阴极和控制栅组成。 阴极：由灯丝加热发出电子束， 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小
应用程序发出绘图命令，→解析成显示处理器可
接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所 有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解 释执行(刷新)， →驱动电子枪在屏幕上绘图。
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
2019/10/31
2.1.4 光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有 关（图示帧缓冲器的每个单元只有一位）。
2019/10/31
2019/10/31
荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光 持续发光时间：电子束离开某点后，该点的 亮度值衰减到初始值1/10所需的时间 刷新(Refresh)：为了让荧光物质保持一个稳 定的亮度值 刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
2019/10/31
2.1.2 彩色阴极射线管
产生彩色的常用方法： 射线穿透法 影孔板法
2019/10/31
2.1.2 彩色阴极射线管-射线穿透法
• 原理：两层荧光涂层，红色光和绿 色光两种发光物质，电子束轰击穿
透荧光层的深浅，决定所产生的颜 色
荧光涂层 产生颜色
低速电子束
电子束
较低速电子束 较高速电子束
2019/10/31
要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发 射电子束
刷新频率 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的 过程 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显 示
2019/10/31
电子枪
电灯丝，阴极和控制栅组成。 阴极：由灯丝加热发出电子束， 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小
应用程序发出绘图命令，→解析成显示处理器可
接受命令格式，存放在刷新存储器中。刷新存储器中所 有的绘图命令组成一个显示文件，由显示处理器负责解 释执行(刷新)， →驱动电子枪在屏幕上绘图。
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
2019/10/31
2.1.4 光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有 关（图示帧缓冲器的每个单元只有一位）。
2019/10/31
图形设备与系统课件
电子枪
聚焦系统保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。加速电极
加正的高压电(几万伏)，使电子束高 速运动。
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
偏转系统• 控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。• 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度 就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角• 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短与此有关• CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
低速电子束较低速电子束较高速电子束高速电子束
电子束
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
产生颜色
荧光涂层
彩色阴极射线管-射线穿透法• 应用： 主要用于画线显示器• 优点： 成本低• 缺点： 只能产生有限几种颜色
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
具有N位帧缓存的黑白灰度光栅显示器结构图
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
2N 数模 转换器
0
1
0
电子枪
N=3
2
彩色光栅扫描显示器• 下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于 红、绿、蓝三原色有三个位面的帧缓存 和三个电子枪。
一个简单的彩色帧缓冲存储器
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
• 黑白光栅显示器的逻辑框图如上：其中帧缓 存是一块连续的计算机存储器。对于黑白单 灰度显示器每一象素需要一位存储器，对一 个1024×1024象素组成的黑白单灰度显示器 所需要的最小缓存为220，并在一个位面上。 一个位面的缓存只能存储黑白图形，帧缓存 是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因而 还需要数模转换器(DAC)。
第二章 图形设备与系统2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
聚焦系统保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。加速电极
加正的高压电(几万伏)，使电子束高 速运动。
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
偏转系统• 控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。• 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度 就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角• 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短与此有关• CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
低速电子束较低速电子束较高速电子束高速电子束
电子束
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
产生颜色
荧光涂层
彩色阴极射线管-射线穿透法• 应用： 主要用于画线显示器• 优点： 成本低• 缺点： 只能产生有限几种颜色
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
具有N位帧缓存的黑白灰度光栅显示器结构图
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
2N 数模 转换器
0
1
0
电子枪
N=3
2
彩色光栅扫描显示器• 下图是彩色光栅显示器的逻辑图，对于 红、绿、蓝三原色有三个位面的帧缓存 和三个电子枪。
一个简单的彩色帧缓冲存储器
Graphics Lab.PKU 计算机图形学
• 黑白光栅显示器的逻辑框图如上：其中帧缓 存是一块连续的计算机存储器。对于黑白单 灰度显示器每一象素需要一位存储器，对一 个1024×1024象素组成的黑白单灰度显示器 所需要的最小缓存为220，并在一个位面上。 一个位面的缓存只能存储黑白图形，帧缓存 是数字设备，光栅显示器是模拟设备，因而 还需要数模转换器(DAC)。
第二章 图形设备与系统2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
图形设备与系统课程
荧光涂层 电子束
产生颜色 低速电子束 较低速电子束 较高速电子束 高速电子束
✓主要用 于画线显 示器 ✓成本低 ✓只能产 生有限几 种颜色
2020/12/11
16
Computer Graphics
彩色阴极射线管-影孔板法
• 影孔板法
✓原理：影孔板被安装在荧光屏的内表 面，用于精确定位像素的位置
影孔板
2020/12/11
35
Computer
Graphics 黑白光栅扫描显示器逻辑框图
• 在光栅图形显示器中需要足够的位面和帧缓存结 合起来才能反映图形的颜色和灰度等级。如下图 是一个具有N位面灰度等级的帧缓存。显示器上 每个象素的亮度是由N位面中对应的每个象素位 置的内容控制的。该存储器的中的二进制的数被 翻译成灰度等级，范围是0到2N-1之间。
• 显示器能同时显示的颜色个数 如果每支电子枪发出的电子束 的强度有256个等级，则显示 器能同时显示 256*256*256=16M种颜色，称 为真彩系统
2020/12/11
20
Computer Graphics
• 球面显示器与柱面显示器
✓普通的显象管采用的都是点状影孔板显象 管，显象管的表面呈略微凸起的球面状， 故称之为“球面管”。而柱面显象管采用 荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略 微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的， 呈圆柱状，故称之为“柱面管”
✓组成：包括电子枪、加速结构、聚焦系统、 偏转系统、荧光屏
2020/12/11
7
Computer Graphics
阴极射线管(CRT)工作原理
• 高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系统、 加速系统和磁偏转系统就会到达荧光屏的特定 位置。由于荧光物质在高速电子的轰击下会发 生电子跃迁，即电子吸收到能量从低能态变为 高能态。由于高能态很不稳定，在很短的时间 内荧光物质的电子会从高能态重新回到低能态， 这时将发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了
02图形设备与系统14260
2019/10/25
计算机图形学
4
阴极射线管 (CRT)
工作原理
高速的电子束由电子枪发出，经过聚焦系 统、加速系统和磁偏转系统就会到达荧光 屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子 的轰击下会发生电子跃迁，即电子吸收到 能量从低能态变为高能态。由于高能态很 不稳定，在很短的时间内荧光物质的电子 会从高能态重新回到低能态，这时将发出 荧光，屏幕上的那一点就会亮了
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
示256*256*256=16M种颜色，称为
2019/10/25
真彩系统 计算机图形学
18
球面显示器与柱面显示器
普通的显象管采用的都是点状影孔板显象 管，显象管的表面呈略微凸起的球面状， 故称之为“球面管”。而柱面显象管采用 荫栅式结构，它的表面在水平方向仍然略 微凸起，但是在垂直方向上却是笔直的， 呈圆柱状，故称之为“柱面管”
显示颜色的种类与帧缓存中每个单元的位数有 关（图示帧缓冲器的每个单元只有一位）。
2019/10/25
计算机图形学
24
黑白光栅扫描显示器
黑白光栅显示器的逻辑框图如上：其中
帧缓存是一块连续的计算机存储器。对
于黑白单灰度显示器每一象素需要一位
存储器，对一个1024×1024象素组成的
黑白单灰度显示器所需要的最小缓存为
2019/10/25
计算机图形学
5
要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地发 射电子束
刷新频率
刷新一次是指电子束从上到下扫描一次的 过程
刷新频率高到一定值后，图象才能稳定显 示
2019/10/25
CGLEC2图形设备与系统
0.25mm
G B R G B R G GB
d=0.28mm
0.31mm
点距为.25的柱 面显示器
0.22mm
点距为.28的球 面显示器
2021/11/10
第二十三页，共95页。
2.1.3 随机(suí jī)扫描的显示 系统
特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的 局部
逻辑部件：刷新(shuā xīn)存储器(Refreshing Buffer),显示处置器〔DPU:Display Processing Unit〕和CRT
2021/11/10
第五页，共95页。
计算机图形(túxíng)外部设备
阴极射线管 黑色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法 随机扫描显示(xiǎnshì)系统 光栅扫描系统
2021/11/10
第六页，共95页。
阴极射线管〔CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) 组成：包括电子枪、减速结构(jiégòu)、 聚焦系统、偏转系统、荧光屏
2021/11/10
第七页，共95页。
阴极射线管(CRT)义务(yìwù)
原理
高速的电子(diànzǐ)束由电子(diànzǐ)枪收回，经 过聚焦系统、减速系统和磁偏转系统就会抵达荧 光屏的特定位置。由于荧光物质在高速电子 (diànzǐ)的轰击下会发作电子(diànzǐ)跃迁，即电 子(diànzǐ)吸收到能量从低能态变为高能态。由 于高能态很不坚定，在很短的时间内荧光物质的 电子(diànzǐ)会从高能态重新回到低能态，这时 将收回荧光，屏幕上的那一点就会亮了
2021/11/10
第三十四页，共95页。
黑色光栅扫描显示器逻辑(luó jí)框图
第一章图形设备与系统1
图形软件标准化
1974年，ACM SIGGRAPH的与“与机器无关 的图形技术”的工作会议
ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形 系统”（Core Graphics System）
ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS
2019年10月31日12时58
17
分
真实感图形学
2019年10月31日12时58
18
分
80年代
1980年Whitted提出了一个光透视模型Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法 的ll大学和日本广岛大学 的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法 引入到计算机图形学中
图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发 展
音777飞机的设计和加工过程
2019年10月31日12时58
32
分
奥迪效果图和线框图
2019年10月31日12时58
33
分
计算机辅助设计与制造 （CAD/CAM）
基于工程图纸的三维形体重建
定义：从二维信息中提取三维信息，通过对这 些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维 空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体， 恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实 现形体的重建
50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机 上开发SAGE空中防御体系
2019年10月31日12时58
15
分
60年代
1962年，MIT林肯实验室的I. E. Sutherland发表 了一篇题为“Sketchpad：一个人机交互通信的
图形系统”的博士论文--确定了交互图形学作 为一个学科分支（提出基本交互技术、图 元分层表示概念及数据结构…)。
发展：由指示灯和机械开关组成的操纵界面→ 由终端和键盘组成的字符界面（80年代）→ 由多种输入设备和光栅图形显示设备构成的图 形用户界面（GUI），（90年代）PC，工作 站，WIMP(W-windows、I-icons、M-menu、 P-pointing devices)界面，所见即所得→VR技 术（发展方向）
1974年，ACM SIGGRAPH的与“与机器无关 的图形技术”的工作会议
ACM成立图形标准化委员会，制定“核心图形 系统”（Core Graphics System）
ISO发布CGI、CGM、GKS、PHIGS
2019年10月31日12时58
17
分
真实感图形学
2019年10月31日12时58
18
分
80年代
1980年Whitted提出了一个光透视模型Whitted模型，并第一次给出光线跟踪算法 的ll大学和日本广岛大学 的学者分别将热辐射工程中的辐射度方法 引入到计算机图形学中
图形硬件和各个分支均在这个时期飞速发 展
音777飞机的设计和加工过程
2019年10月31日12时58
32
分
奥迪效果图和线框图
2019年10月31日12时58
33
分
计算机辅助设计与制造 （CAD/CAM）
基于工程图纸的三维形体重建
定义：从二维信息中提取三维信息，通过对这 些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维 空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体， 恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实 现形体的重建
50年代末期，MIT的林肯实验室在“旋风”计算机 上开发SAGE空中防御体系
2019年10月31日12时58
15
分
60年代
1962年，MIT林肯实验室的I. E. Sutherland发表 了一篇题为“Sketchpad：一个人机交互通信的
图形系统”的博士论文--确定了交互图形学作 为一个学科分支（提出基本交互技术、图 元分层表示概念及数据结构…)。
发展：由指示灯和机械开关组成的操纵界面→ 由终端和键盘组成的字符界面（80年代）→ 由多种输入设备和光栅图形显示设备构成的图 形用户界面（GUI），（90年代）PC，工作 站，WIMP(W-windows、I-icons、M-menu、 P-pointing devices)界面，所见即所得→VR技 术（发展方向）
第二章图形设备与系统16214
单色系统：查色表固化 彩显：可修改、创建查色表。
2019/10/28
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线；
每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪 发生的电子束中 所含电子的数目， 即可控制各色光 点亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
示256*256*256=16M种颜色，称为
2019/10/28
几个概念
帧缓冲存储器（显示存储器） 存储用于刷新的图像信息的存储器。帧缓冲存 储器的大小通常用X方向（行）和Y方向（列） 可寻址的地址数的乘积来表示，称为帧缓冲存 储器的分辨率。
2019/10/28
- 显示器的分辨率 电子束按固定的扫描顺序进行扫描N条扫描线，每条 扫描线有M个像素，M * N显示器的分辨率。
2019/10/28
ºì ÂÌ À¼
Òñ Õ¤
Ó« ¹â ÆÁ RGB
2019/10/28
荫栅式彩色CRT显色原理
0.25mm
G B R G B R G GB
d=0.28mm
0.31mm
µã ¾à Ϊ .25µÄ Öù Ãæ ÏÔ Ê¾ Æ÷
0.22mm
µã ¾à Ϊ .28µÄ Çò Ãæ ÏÔ Ê¾ Æ÷
某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率 =1秒/荧光物质的持续发光时间 （例如）=1000/40=25Hz
2019/10/28
荧光屏
像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像） 的最小元素
分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方 向单位长度上能识别的最大像素个数，单 位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏 幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所 能容纳的像素个数描述，如640*480， 800*600，1024*768，1280*1024等等
2019/10/28
电子枪、影孔板中 的一个小孔和荧光 点呈一直线；
每个小孔与一个像 素（即三个荧光点） 对应
调节各电子枪 发生的电子束中 所含电子的数目， 即可控制各色光 点亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
示256*256*256=16M种颜色，称为
2019/10/28
几个概念
帧缓冲存储器（显示存储器） 存储用于刷新的图像信息的存储器。帧缓冲存 储器的大小通常用X方向（行）和Y方向（列） 可寻址的地址数的乘积来表示，称为帧缓冲存 储器的分辨率。
2019/10/28
- 显示器的分辨率 电子束按固定的扫描顺序进行扫描N条扫描线，每条 扫描线有M个像素，M * N显示器的分辨率。
2019/10/28
ºì ÂÌ À¼
Òñ Õ¤
Ó« ¹â ÆÁ RGB
2019/10/28
荫栅式彩色CRT显色原理
0.25mm
G B R G B R G GB
d=0.28mm
0.31mm
µã ¾à Ϊ .25µÄ Öù Ãæ ÏÔ Ê¾ Æ÷
0.22mm
µã ¾à Ϊ .28µÄ Çò Ãæ ÏÔ Ê¾ Æ÷
某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率 =1秒/荧光物质的持续发光时间 （例如）=1000/40=25Hz
2019/10/28
荧光屏
像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像） 的最小元素
分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方 向单位长度上能识别的最大像素个数，单 位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏 幕尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所 能容纳的像素个数描述，如640*480， 800*600，1024*768，1280*1024等等
第一章图形设备与系统2
计算机图形学
第一章图形设备与系统
主讲人：刘铭 E-MAIL:jlcclm@
第二章 图形设备与系统
2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
2019年10月31日12时58
2
分
2.1 图形设备
图形显示设备
图形输出包括图形的显示和图形的绘制， 图形显示指的是在屏幕上输出图形
2019年10月31日12时58
8
分
聚焦系统
保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。
加速电极
加正的高压电（几万伏），使电子束高速 运动。
2019年10月31日12时58
9
分
偏转系统
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短与此有关 CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
2019年10月31日12时58
24
分
2.1.4 光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
特点：光栅扫描 扫描线 帧 水平回扫期 垂直回扫期
2019年10月31日12时58
25
分
几个概念
行频、帧频 水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。
常用的点状影孔板显象管有日本索尼公
司的特丽珑管（Trinitron）和三菱公司的
钻石珑管（Diamondtron）
2019年10月31日12时58
20
分
ºì ÂÌ À¼
Òñ Õ¤
Ó« ¹â ÆÁ RGB
荫栅式彩色CRT显色原理
第一章图形设备与系统
主讲人：刘铭 E-MAIL:jlcclm@
第二章 图形设备与系统
2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
2019年10月31日12时58
2
分
2.1 图形设备
图形显示设备
图形输出包括图形的显示和图形的绘制， 图形显示指的是在屏幕上输出图形
2019年10月31日12时58
8
分
聚焦系统
保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。
加速电极
加正的高压电（几万伏），使电子束高速 运动。
2019年10月31日12时58
9
分
偏转系统
控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短与此有关 CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
修改图形，实际是修改显示文件中的某些绘图命令。
2019年10月31日12时58
24
分
2.1.4 光栅扫描的显示系统
光栅扫描显示系统
特点：光栅扫描 扫描线 帧 水平回扫期 垂直回扫期
2019年10月31日12时58
25
分
几个概念
行频、帧频 水平扫描频率为行频。垂直扫描频率为帧频。
常用的点状影孔板显象管有日本索尼公
司的特丽珑管（Trinitron）和三菱公司的
钻石珑管（Diamondtron）
2019年10月31日12时58
20
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ºì ÂÌ À¼
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Ó« ¹â ÆÁ RGB
荫栅式彩色CRT显色原理
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荧光屏
荧光物质：当它被电子轰击时发出亮光
持续发光时间：电子束离开某点后，该点的 亮度值衰减到初始值1/10所需的时间 刷新频率：每秒钟重绘屏幕的次数
某种CRT产生稳定图像所需要的最小刷新频率
=1秒/荧光物质的持续发光时间。
例如：一种荧光物质持续发光时间40毫秒， 刷新频率为1000/40=25帧/秒，发光时间短，适用 于动态图形显示。发光时间长，适用于静态图形 显示。
红
屏幕
Graphics Lab.PKU
电子枪、影孔板中的一 个小孔和荧光点呈一直 线； 每个小孔与一个像素 （即三个荧光点）对应
计算机图形学
调节各电子枪 发射的电子束中 所含电子的数目， 即可控制各色光 点亮度。
显示器能同时显示的颜色个数
如果每支电子枪发出的电子束的强
度有256个等级，则显示器能同时显
计算机图形学
偏转系统
• 控制电子束，静电场或磁场，产生偏转。 • 电子束要到达屏幕的边缘时，偏转角度
就会增大。到达屏幕最边缘的偏转角度 被称为最大偏转角 • 最大偏转角是衡量系统性能的最重要的 指标，显示器长短与此有关 • CRT显示器屏幕越大整个显象管就越长
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
产生颜色
低速电子束 较低速电子束 较高速电子束 高速电子束
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
彩色阴极射线管-射线穿透法
• 应用：主要用于画线显示器 • 优点：成本低 • 缺点：只能产生有限几种颜色
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
– 影孔板法
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管
产生彩色的常用方法： 射线穿透法 影孔板法
Graphics Lab.PKU
计算机图形学
2.1.2 彩色阴极射线管-射线穿透法
• 原理：两层荧光涂层，红色光和绿色光两 种发光物质，电子束轰击穿透荧光层的深
浅，决定所产生的颜色
荧光涂层 电子束
示256*256*256=16M种颜色，称为
Gr真aph彩ics L系ab.统PKU
计算机图形学
球面显示器与柱面显示器
• 普通的显象管采用的都是点状影孔板显象管， 显象管的表面呈略微凸起的球面状，故称之为 “球面管”。而柱面显象管采用荫栅式结构， 它的表面在水平方向仍然略微凸起，但是在垂 直方向上却是笔直的，呈圆柱状，故称之为 “柱面管”
阴极射线管剖面图
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阴极射线管(CRT)
– 工作原理
• 电子枪发出高速的电子束，经过聚焦系统、 加速系统和偏转系统到达荧光屏的特定位置。
• 荧光物质在高速电子的轰击下发生电子跃迁， 即电子吸收到能量从低能态变为高能态。
• 高能态很不稳定，在很短的时间内荧光物质 的电子会从高能态重新回到低能态，这时将 发出荧光，屏幕上的那一点就会亮了
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计算机图形学
– 要保持显示一幅稳定的画面，必须不断地 发射电子束。
– 刷新频率
• 刷新一次是指电子束从上到下扫描一次 的过程。
• 刷新频率高到一定值后，图象才能稳定 显示。
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电子枪
• 灯丝，阴极和控制栅组成。
• 阴极：由灯丝加热发出电子束，
第二章 图形设备与系统
2.1 图形显示设备 2.2 图形系统及其标准
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图形输出设备
• 图形输出
– 图形输出包括图形的显示和图形的绘制，图 形显示指的是在屏幕上输出图形
– 图形绘制通常指把图形画在纸上，也称硬拷 贝，打印机和绘图仪是两种最常用的硬拷贝 设备
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• 常用的点状影孔板显象管有日本索尼公司的特 丽 珑 管 （ Trinitron） 和 三 菱 公 司 的 钻 石 珑 管 （Diamondtron）
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2.1.3 随机扫描的显示系统
特点：电子束可随意移动，只扫描荧屏上要显示的 部分。
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荧光屏
像素(Pixel:Picture Cell)：构成屏幕（图像） 的最小元素
分辨率(Resolution)：CRT在水平或竖直方 向单位长度上能识别的最大像素个数，单 位通常为dpi（dots per inch)。在假定屏幕 尺寸一定的情况下，也可用整个屏幕所能 容纳的像素个数描述，如640*480， 800*600，1024*768，1280*1024等等。
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2.1 图形显示器
2.1.1 阴极射线管 2.1.2 彩色阴极射线管
射线穿透法 影孔板法
2.1.3 随机扫描显示系统 2.1.4 光栅扫描系统
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阴极射线管（CRT)
阴极射线管(CRT- Cathode Ray Tube) –组成：包括电子枪、加速结构、聚焦 系统、偏转系统、荧光屏
• 控制栅：加上负电压后，能够控制通过其中小 孔的带负电的电子束的强弱。通过调节负电压 高低来控制电子数量，即控制荧光屏上相应点 的亮度。
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聚焦系统
保证电子束在轰击屏幕 时，汇聚成很细的点。
加速电极
加正的高压电（几万伏），使电子束高 速运动。
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• 原理：影孔板法通常用于光栅扫描显示器， 颜色范围广，每个象素有三个荧光点（红、 绿、蓝三基色）。影孔板被安装在荧光屏 的内表面，用于精确定位像素的位置
影孔板
外层玻璃
荧光涂层
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– 影孔板的类型
• 点状影孔板 代表：大多数的Trinitron与Mitsubishi 的Diamondtron显像管
• 沟槽式影孔板 代表：LG的Flatron显像管
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2.1.2 彩色阴极射线管-影孔板法
– 点状影孔板工作原理
• 红、绿、兰三基色
• 三色荧光点（很小并充分靠近--〉像素）
• 三支电子枪
红 象素 绿 蓝
绿蓝 红 象素
红 蓝
（a）
（b）
电子枪 绿
影孔板
绿 蓝