第二章彩色电视摄像机

第二章彩色电视摄像机彩色摄像机的分类彩色摄像机的主要性能指标彩色摄像机的基本原理摄像机的使用要点及维护保养第一节彩色摄像机的分类摄像机的用途广泛、种类繁多。我们可以按其质量、节目制作方式、摄像器件、信号处理方式等因素来进行分类。一、按用途分类摄像机的性能和用途不同，可分为广播级、业务级（特殊用途）、家用级。1、广播级，应用于广播电视领域，图像质量好，性能全面稳定，自动化程度高。图像质量变化很小，达到较低失真甚至无失真。广播级摄像机包括EFP制作、ESP制作和ENG制作用的高质量的摄像机，此类摄像机一般体积较大、重量重、价格昂贵。2、业务及（特殊用途），业务及摄像机一般用于工业、交通、医疗、商业监视、图像通讯等。此类摄像机要求轻便、价格便宜、图像质量一般，但常常有特殊功能，夜间监视摄像机对红外线灵敏度要求高，医学用X光有较高的灵敏度。此类摄像机大多可以远程遥控。3、家用级，家庭娱乐用摄像机，其操作人员没有受过专门的培训，因此此类摄像机要求结构简单，操作简便，而图像质量水平子要能与家用录像机、电视及电脑相配合，能满足观看即可。但灵敏度和摄像机的自动控制功能要很强（傻瓜型），以便非专业人员能够动手操作。家用级摄像机大都体积和质量较小，便于携带，价格便宜。图2-1摄像机分类二、按摄像器件分类按摄像器件可分为摄像管摄像机和CCD摄像机两类。1、摄像管摄像机，此类摄像机的靶面材料通常用氧化铅、硒砷碲等材料。根据摄像管的数量的不同可分为单管、双管和三管摄像机，由于靶面材料价格昂贵、图像清晰度不均匀等因素此类摄像机已趋于被CCD摄像机所取代。2、CCD摄像机，此类摄像机采用CCD（电子耦合器件）替代摄像管，实行光电转换、电荷储存与电荷转移，CCD摄像器件具有小型、轻重量、图像无几何失真、炕灼伤、长寿命等摄像管无可比拟的优点。目前，广播电视系统用的摄像机绝大多数为CCD摄像机。CCD摄像机的图像质量与CCD的数量、CCD的感光面积、CCD的工作方式有很大关系。按CCD的数量分为单片、两片和三片式摄像机，3CCD摄像机图像质量最好。按CCD大小可分为2/3英寸和1/2英寸。尺寸越大图像质量越好。CCD的工作方式可分为IT（行间转移）式、FT（帧间转移）式和FIT（行帧间转移）式。一般FIT方式图像质量最好，IT方式质量最差。三、按信号方式分类按信号方式不同可分为模拟摄像机与数字摄像机。1、模拟摄像机处理输出的信号是模拟信号，即视音频信号的幅度和时间都是连续变化的的信号。模拟信号在传出过程中易削减或受干扰以致原始信号失真。2、数字摄像机内部采用数字信号处理方法，输出的信号是数字信号。数字信号有比模拟信号便于加工和处理的优点，可以长期保存和多次复制、抗干扰能力强，尤其在远距离传出不会产生模拟电路中不可避免的信号衰减，从而导致图像失真。目前数字摄像机已逐渐取代模拟摄像机。我们平常看到的DVR机就是(DigitalVideoRecorder)数字摄像机的意思。四、摄录一体机摄录一体机是摄像机与录像机结合成一体的设备。体积较小，重量较轻，在摄像机与录像机之间无需电缆，可以由一个人单独操作，机动灵活性强，广泛用于ENG前期拍摄和家庭中。第二节摄像机的技术指标1、灵敏度灵敏度反映了摄像机对光的反映灵敏程度，通常用照度在2000lx（勒克斯），色温3200k时，拍摄白反射系数为89.9%的景物，信号输出为700mV时摄像机所使用的光圈来表示。此时所使用的光圈越小灵敏度越高。例如：此时使用的光圈为F5.6比F4的灵敏度要高。2、信噪比信噪比是在标准照度（2000lx）下，摄像机图像信号对于绿色通道，或亮度通道在没有进行伽玛校正时测量到的信号和噪波比。信噪比是不同档次摄像机的主要指标。该项指标越高越好。3、最低照度最低照度是在一定的信噪比条件下，比较所需照度的大小。照度越低，说明摄像机的灵敏度越高，它也是灵敏度的另一种表示方法。4、图像清晰度图像清晰度是指摄像机分解黑白线条的能力，通常用图像中心部分的水平分理解力表示（一种特殊的测量工具）。摄像机的成像装置是决定图像清晰度的主要因素，其他的因素有镜头、分光系统等。从技术角度说，分解力取决于扫描线和像素的数量。扫描线越多像素越多（摄像管摄像机）。CCD上面的电容数量越多像素越多，分解力越强。5、图像几何失真几何失真表示重现图像的几何形状的差异，是衡量有管摄像机图像质量的一个重要标志。几何失真分三个区来衡量：一区的直径为D1=0.8H（图像高度），二区的直径为D2=W（图像的宽度），而去以外的区域为三区。注：CCD摄像机不存在失真。一区二区三区6、重合精度三片或三管摄像机重现的彩色图像时由红、绿、蓝三个基色图像混配出来的，三者的空间位置和几何位置必须一致，否则出现图像有红、绿、蓝三个边。重合精度是用来衡量彩色摄像机红、绿、蓝三个颜色重合的程度。第二节彩色摄像机的基本原理摄像机是进行光电转换的设备，它利用三基色原理，同过光学系统，把彩色景物的光像分解为红、绿、蓝三种基色光像，由摄像器件完成光信号到电信号的转换，然后进行信号处理，编码形成彩色电视信号。图2-2三片摄像机组成图摄像机的光学系统有三个主要功能：景物成像、基色分光和色温校正。1、景物成像是由变焦距镜头来完成的。一、光学系统图2-3镜头切面图调焦镜，能够一定距离的拍摄物清晰地成像在摄像器件上。变焦镜，能够改变镜头的焦距。补偿镜，在变焦时与变焦镜片按一定规律移动，可保证成像画面的位置不变，即改变焦距时图像的清晰度不变。光阑，也叫光圈，它是孔径大小可以调节的薄片装置，可以控制通过镜头的光量。移像镜，也叫固定组，可以将镜头的成像画面后移一段距离以便在镜头与成像器件之间增加分光系统。2、基色分光基色分光是由分光棱镜来完成，是由三块棱镜粘合而成。每个棱镜的光入射表面涂有不同的分色膜，分色膜的厚度和折射率来决定它可以反射某些波长的光而透过某些波长的光，从而起到分色作用。3、色温校正色温校正由滤色片来完成。彩色摄像机在不同光源照明下，拍摄同一景物时，屏幕上重现的图像色彩也有所不同。为了适应不同照明条件，正确重现景物的色彩，必须对光源的色温进行调整。通常彩色摄像机的分色装置是以3200k（演播室的卤钨灯）的光源为基准设计的。如：当光源为5600k时，光谱中的蓝色成分就多了，应当插入浅桔色的5600k的滤色片。通常摄像机把3200k、5600k、5600k+1/4ND等几种不同的色温绿色片安装在一个圆盘上选择使用。其中ND是指中性滤色片，1/4指透光率，在光线很强的场合使用。二、CCD器件CCD器件即电子耦合器件（charge-coupleddevice）,也叫图像传感器或成像器。当摄像机头前的景物通过摄像机镜头成像在CCD上时，就会转变成积累电荷所形成的电子图像，存储于CCD器件中，完成光电转换和信息储存的过程。为了按照扫描顺序读取出CCD器件中的图像信号，CCD采用一定的电荷转移方式，并读取出图像信号。图2-4CCD器件图1、CCD工作原理2、CCD基本结构3、CCD电路结构4、电荷转移5、实现方式三、电路处理系统1、预放器预放器是视频处理通道的第一个放大器，用来将CCD输出的微弱信号加以放大，然后送到视频信号处理电路进行校正和补偿。2、视频信号处理电路黑斑校正电路主要用于校正因镜头成像所引起的图像亮度不均匀性。增益控制电路可根据景物照度情况分别对R、G、B电路的信号进行调节。轮廓校电路正用于增强图像轮廓的黑白对比度，提高图像清晰度。彩色校正电路用于调整由于分光棱镜的分光特性，与显像管混色的要求不能一致而引起的彩色失真。黑白电平控制电路用于调节图像的背景亮度。杂散光校正电路消除杂散光对图像重现的影响。伽马校正电路也叫灰度校正电路，为了降低电视成本，把显像管在电信号变成光信号时，重现性不好所形成的亮度和色度失真提前在摄像机内进行校正。混消隐切割电路用来修整重现图像四周的边幅及出去信号中的噪声。总之，视频信号处理电路用于对信号的各种必要的校正和补偿，以便获得优质的图像质量。3、编码器编码器用于将视频信号处理电路输出的R、G、B三个基色信号，根据电视兼容的需要，以及电视制式标准的要求编制成彩色电视信号。电视制式不同，编码器的组成也不同。4、辅助电路辅助电路系统提供摄像机机头、视频信号处理电路和编码器所需的各种必要信号。对摄像机完成光电转换，形成彩色电视信号起着重要的作用。辅助电路包括：同步信号发生器、彩条信号信号发生器、自动控制系统、电源等。第三节摄像机的基本操作彩色电视摄像机是主要由镜头、机身、寻像器、电源、话筒及电缆或适配器等几部分组成。本节我们以较为传统的摄像机型号为SONYDXC-D50PL为例加以说明。图2-5摄像机组成部件寻像器话筒机身镜头图2-5镜头外型与操作部件位置左视图图2-6镜头外型与操作部件位置右视图二、镜头的作用及操作方法景深光学镜头能把景物空间中一在范围的物体在像平面都形成清晰的图像，这个范围所对应的纵深距离称之为景深。从聚焦点A到最近清晰点的范围成为浅景深，从聚焦点A到最远的清晰范围成为后景深。A图2-6景深实际示意图影响景深的因素1、与镜头的焦距有关系当摄像机的物距固定，光圈大小相同时，镜头的焦距越短，景深越大，镜头的焦距越大景深越小。2、与光圈大小有关系当镜头焦距相同，物距固定，光圈小景深大，光圈大景深小。图2-7景深与光圈的关系3、与物距长度有关系当镜头焦距相同，光圈大小相同时，物距越长，景深范围越大，物距越短景深范围越短。（一）、操作方法(镜头)1、焦距方法将景物画面推成特写，转动聚焦环，使图像清楚，然后拉开成所需要的景别，进行拍摄。2、光圈调节方法①自动光圈调节法：根据被摄物体的亮度自动调节光圈，这是一般摄像时使用的模式。此时将光圈选择开关设为A处。②手动光圈调节方法：根据具体情况加以应用，如特殊效果拍摄时；当拍摄人物时；背景为非常明亮的天空时；当拍摄对比度极大的物体时等；将光圈选择开关设定于M处，根据需要调节光圈，由光圈环上的F值来识别光圈大小。③暂时自动调节方法：当处于手动光圈调节模式时，本功能可以临时性进入自动调节。在光圈选择开关M时，按自动光圈调节按钮，光圈处于自动调节状况，手一松回到手动方式。3、变焦功能变焦镜头具备在一定范围内连续变化焦距而成像位置不变的性能，在拍摄中对景物画面取景的大小可以相应地连续变化，即景别从大到小、从小到大。(注意“推和拉”意义)。变焦倍数即镜头的最长焦距与最短焦距的比。使用长焦距时不宜用手持或肩扛，因为摄像机的抖动也会放大，而且调焦的要求也高（景深小），所以尽可能使用三脚架。4、后焦距调节后焦距也叫法兰焦距，用Ff表示。在以下情况下需调节：当第一次安装镜头时；更换镜头之后；变焦时，长焦与广角镜头的焦距不能吻合时；法兰焦距调节步骤图2-8法兰焦距的调节过程近摄功能当拍摄对象距镜头前面的距离小于90cm时，需使用近摄功能，此功能可拍摄的最近距离为10mm（每个摄像机有所不同，具体参考摄像机镜头参数）。调节方法：1.镜头逐渐靠近拍摄对象直至达到所拍摄的距离；2.调节聚焦环使焦点调到最近处；3.松开M按钮（划向摄像机后方），同时向箭头所指方把MACRO环转到底；4.将ZOOM变焦选择器置为M，然后调节手动变焦环以聚焦成像；图2-8近摄的调节二，机身机身内部为摄像器件和各种电路处理系统，一般无需调节，外部为各种功能调节按钮。参见图2-8，2-9。图2-8机身左视图1说明图2-8机身左视图2说明1说明2图2-8机身右视图说明1说明2三、摄像机的调节（一）白平衡的调节1、为什么要调节白平衡？调节白平衡，是为了确保在照明条件发生变化时图像中的白色依然保持白色不变，也就是图像的色调依然保持自然。从不同的光源发出的光的色彩会有差别，同时，随着照明条件的改变，被照物体所表现出来的颜色也会改变。因此，基本照明光源发生变化时，必须重新调节白平衡。将白平衡调节到与光源相匹配是保证正确的色彩再现的基础