1.3摄像机类型、结构与功能

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摄像机的主要类型、结构与功能摄像机的主要类型如何去判断和选择一个摄像机目前市面上有各种各样的摄像机,造型差异巨大、功能各有特点、价格高低悬殊,面对这数以百千的摄像机,我们如何去判断和选择一个摄像机呢?摄像机分类有四种形式,一是按专业用途,三是按感光元件,二是按存储介质,四是按高清指标。其中最常用的分类是按专业用途,各家器材店都是依照此来分级定价的。一按专业分类摄像机按专业用途和成像品质,通常分为家用级(消费级)、专业级(业务级)和广播级三类。从品质上和价位上看,家用级价廉而品质一般,广播级价高而品质精美,专业级则介乎两者之间。1家用摄像机家用摄像机(图15)主要应用在图像质量要求不高的场合,比如家庭聚会、群众娱乐等。这类摄像机俗称为“掌中宝”,体积小巧、重量轻微,便于携带,有一定的隐蔽性。除了用于个人、家庭娱乐外,许多特殊条件下的拍摄也经常采用这种机型,比如体育特技摄像、私家侦探跟踪摄像等。家用摄像机的最大特点是高度智能化,操作简单,价格便宜。随着人们对于生活影像记录的需要,大多数家庭购买了这一类摄像机。家用摄像机在要求不高的场合,用它制作一般节目、拍摄记录自己的个人影像,是一种物美价廉的选择。2专业级摄像机专业级摄像机(图16)一般应用在广播电视以外的专业领域,如电化教育、工业、医疗等。这种摄像机比较轻便,价钱适中,影像质量略低于广播用摄像机。但专业级摄像机紧跟广播级摄像机的发展,更新很快。尤其近几年,感光元件的制造和质量有了大提高,使得高档专业摄像机在性能指标等很多方面已超越了过去的广播级摄像机,其在清晰度、信噪比、灵敏度等重要指标上,已和广播级摄像机没有多大区别。如果说不足,就是在耐用度和特殊性能方面,达不到广播级摄像机的水平。3广播级摄像机广播级的摄像机(图17)主要应用于广播电视领域,如电视台、影视公司、专业广告公司等。这种摄像机拍摄的影像质量最好,工作性能全面而强悍,机器结实耐用,但是价格也往往最高(一台单机就可能在100万元左右),体积也比较大,重量较重。与其它两种级别的摄像机不同的是,广播级摄像机强调手动操控能力,不走傻瓜智能化的路子;广播级摄像机对附属设备的要求多而高,其中一部分在演播室内使用的座机必需要三脚架支撑,有的是依赖斯坦尼康运动系统,有的是要放在高大摇臂上等等。因此,这类摄像机会细分出各种专用机和附属设备,形成庞大的摄录系统和复杂的操控设备,无论是价格还是使用维护上,都非个人所能承担。二按存储器分类根据存储介质的区别,可以将摄像机分为磁带摄像机、光盘摄像机、硬盘摄像机和闪存卡摄像机。不同介质的存储方式都有自己的特点,因而带来摄像机的某些特殊性。由于摄像技术发展的多样化等原因,存储介质上一直在发生变化,因此会有不同存储介质的摄像机同时存在。1磁带摄像机早期的摄像机大都以磁带为存储方式(图18)。磁带存储方式的优点是技术成熟、成本较低,已经拍摄的影像素材不会因为操作失误而轻易丢失。但也有几个不足之处,首先就是磁带在反复使用过程中容易损坏,在多次拷贝时影像的画质会受到损失。其次是磁带体积限制了摄像机体积不能微型化。三是磁带易老化,存储影像时间较短。四是后期编辑麻烦,不能实现非线性编辑。目前磁带摄像机已属于淘汰产品,近几年各个厂家基本停止了磁带摄像机的研发和生产。社会上只有电视台等少数专业影像机构因为系统承接关系,还在使用磁带摄像机,随着科技发展,磁带摄像机很快就会退出历史舞台。2光盘摄像机光盘摄像机是采用光盘来存储影像信息的一类摄像机(图19)。因为光盘本身体积和容量原因,这类摄像机的体积也难于小型化,同时光盘在存储和保存过程中也容易损坏,所以这些年光盘摄像机也已走下坡路。需要说明的是光盘摄像机中有一种蓝光摄像机,采用的蓝光盘可以很多次地反复使用,可以拍摄并将优质影像信息存储在蓝光盘上,画面质量很好,是一种专业级别的摄像机。但由于蓝光设备本身没有普及,无法得到充分发展,目前仅有少数专业机构还在使用。3硬盘摄像机硬盘摄像机是采用内置硬盘存储影像信息的一类摄像机(图20)。目前占据着市场很大份额。硬盘摄像机以内置的大容量硬盘来工作,一个内置硬盘通常在几十个G的容量,有的甚至可以达到几百G,可以存储十几甚至几十小时的数码影像资料,具有其它摄像机所没有的超大容量优势。但是摄像机内置硬盘有个缺点,就是抗震性和稳定性不是非常好(图20),遇到震动摔碰容易损坏,这限制了硬盘摄像机的进一步发展。可想而知,一旦这块硬盘损坏,也就意味着这台摄像机损坏。因此,内置硬盘的摄像机在今后的发展,如果能解决上述缺点,就不会面临日渐停滞的尴尬。4闪存卡摄像机闪存卡摄像机就是采用微型闪存卡作为存储介质的新型摄像机。作为现在市面上的主流,不管是大型专业机还是家用微型机,都较多地采用这种存储设计(图21)。闪存卡其实就是一种固态的迷你硬盘,有非常好的便携性和稳定性。几年前闪存卡的容量只有几个G,是这类摄像机的一个短板。但随着高科技的发展,现在闪存卡的容量已经飞速扩大,甚至出现了单卡容量高达几百G的闪存卡,还有很高的读取和写入速度,这很适合现在高清影像时代的大容量数据要求。另外闪存卡微型便携且高度兼容性,可以非常方便地将影像拷贝到电脑等剪辑设备上。这些优势,是其它存储介质所难以相比的。三按感光元件分类根据摄像机感光元件的不同,可以将摄像机分为单感光元件的单片机和三感光元件的三片机。摄像机感知光线的部分叫感光元件,它负责感受和记录外界景物的光线条件,我们都知道光是由三原色构成,摄像机对影像的记录过程实际上就是其感光元件分别记录红绿蓝三原色光的过程。1单片机单片机只有一个感光元件。在这一片感光元件上,细小的光敏元件按马赛克阵列的方式进行排列,其中有四分之一的光敏元件对红色光波进行感光,四分之一的光敏元件对蓝光进行感光,剩下的四分之二光敏元件对绿光进行感光。然后由摄像机内处理器对所接受的光色信号进行分析合成,并记录存储下这些影像信息。单片机(图22)造价相对低廉,影像画质较差,主要为中低档的摄像机所采用。2三片机三片机则有三个感光元件,外界的光线通过镜头后要通过一个分色三棱镜,分解成红绿蓝三种不同的光波,分别折射到三个不同的感光元件上,三个感光元件分别收集各自单色通道的影像信息,再由摄像机内处理器分析合成,并记录存储这些影像信息。三片机(图23)制造复杂而成本高,大多用以高档摄像机,主要在专业领域使用。四按清晰度分类按照摄像机所拍摄的视频画面的清晰度(解析度),可以分为标清摄像机、高清摄像机和全高清摄像机三种。因为摄像机本身的不同(制造精度、芯片大小和材料不同等),会导致摄像机记录的画面在清晰度上出现高低质量的差别,也就是摄像机记录的画面像素不一样。正式根据像素和影像解析度的不同,我们将摄像机所拍画面的清晰标准(图24)分成标清,高清,全高清和4K。1标清摄像机标清画面是指画面物理分辨率为720P以内的视频格式(图25),画面的长宽比大多为4:3。比如前些年常见的电视节目的分辨率是720X576,常见的DVD分辨率是640X480,这些都属于标清的行列。其实标清已经普及了很多年,目前正逐渐被更高的清晰标准所取代。2高清摄像机高清画面是指画面物理分辨率为1280X720的视频格式(图26),画面的长宽比是16:9。高清也简称成HD。虽然高清画面要比标清画面清晰度高,但是高清画面的电视标准在推出之后,还没有大量普及就很快被更高的全高清画面标准所取代。3全高清摄像机全高清画面是指物理分辨率为1920X1080的视频格式(包括索尼全高清的MP4格式),画面的长宽比也是16:9,全高清简称为FULLHD,其清晰度是高清画面的两倍。由于画面所呈现的优质效果,加上当前数码技术的成熟应用,全高清如今正在大量普及,从中央到地方的各级电视台也正从硬件上向此升级。在此基础上最新的4K及更高清晰度技术,目前也已经开始使用(图27)。不同视频格式的清晰标准比较五新型摄像设备有句话说好,21世纪,人人都是摄影师。随着科技的高速发展,摄像已不再是摄像机和电视台的专属功能,一些新型摄像工具正在蓬勃发展。目前这类新摄像设备的代表主要有两个,即手机摄像和数码相机摄像。1智能化手机这类手机不单只是拥有手机的通话功能,还集成有摄像和照相等功能。目前所有的智能手机上,摄像功能都是必备功能,人人都能用手机录像,大大促进了摄像的普及。同时,手机的随身携带性,让手机的摄像功能在各种突发事件现场及时记录事实影像。我们常常可以在网络和电视上看到用手机拍摄的视频,快速及时地向大众传递一些富有意义的视频影像,而且数量是越来越多。不仅如此,甚至有些人用某品牌手机拍摄了一部电影进行放映(图28)。2数码相机摄像功能在数码化的今天,一台相机也就是一台摄像机,两者的界限开始模糊。当然数码相机的摄像功能有自身特点,有些是摄像机不能比拟的(图29)。比如专业数码相机的感光元件比摄像机更大,而感光元件的面积影响画面的成像质量,也影响画面的景深效果,所以用专业数码相机拍摄的视频成像质量很好、景深效果强,更容易得到电影般浅景深画面效果。再比如数码单反相机能够更换镜头,有庞大的镜头群等配件可供选择(图30)。而且相对于专业的摄像机,数码相机相对来说成本较低,在近几年的微电影领域大量应用,也为视频影像的普及做了很大的贡献。摄像机的基本结构与功能一台摄像机看起来形状奇特、复杂精密、零件无数,但是从结构上无非由取景成像系统、控制系统、成像系统、存储系统和电源等5个部分组成。下面对这几个部件分别介绍。一镜头镜头是摄像机的眼睛,通过它可以观察景物并形成影像。对于摄像机来说,它是非常重要的部分。摄像机的镜头有各种类型和参数,直接决定着摄像画面的技术质量与艺术效果。我们应充分认识它。1镜头焦距摄像机镜头虽然有很多种类型(图1),但都是由透镜系统组合而成,包含许多不同的凹凸透镜,整体上可以看做是一个焦距不同的凸透镜,用来对景物进行成像。专业上也主要是按镜头的焦距进行分类。我们在镜头的镜圈上可看到一组数据:如F=50mm,或f=28mm等,这就是镜头焦距(FOCALLENGTH)的标志。什么是焦距?我们只要用一个放大镜(凸透镜),将阳光汇聚到一张白纸或枯叶上的一点,这一点就会烧焦,在光学上就将这一点叫焦点(见图2)。从焦点到透镜中心的距离,在光学上称为焦距。镜头是由一组透镜组合起来的镜头是由一组透镜组成的,所以焦距不是从镜头透镜中心点到焦点成像(聚焦)平面的距离,而是由透镜的主点算起。因此镜头焦距的定义即从镜头主点到成像聚焦平面的距离(图3)。每个镜头会有自己的焦距,焦距的不同决定了景物成像大小的不同。焦距越长,景物成像越大(图4)。2镜头类型镜头焦距类型有固定焦距的定焦镜头,也有可灵活变动焦距的变焦镜头。镜头焦距可短之几毫米、长到几千毫米不等,主要分为长焦距、标准焦距、短焦距三大类型。(1)标准镜头在镜头设计和制造中,把与人眼视角大致相同的镜头(视角为46度)称为标准镜头。标准镜头的焦距长度与摄像机画幅对角线长度相近。例如全画幅摄像机标准镜头的焦距范围一般为50毫米左右。标准镜头成像的特点有三点:一是与人眼视觉感受相似(图5),二是没有夸张变形,三是成像质量好。这类镜头很适合拍摄视觉感正常的画面,因此在要求真实、正常的纪录类(新闻、资料)题材中用得很多。(2)广角镜头(短焦距镜头)焦距短、视角广于标准镜头的镜头为广角镜头。例如全画幅摄像机的广角镜头焦距从38-9mm、视角从60度-180度之间。其中焦距在20mm左右、视角在90度左右的为大广角镜头。而焦距在10mm左右、视角接近180度的“鱼眼镜头”。广角镜头拍摄的画面,视野宽阔,空间纵深度大,可以展示强烈的立体感和空间效果(图6)。同时,对被摄物体的成像具有较大的透视变形作用,造成一定的扭曲失真。这种变形失真会随着视角的增大而加剧,所产生的影像效果近于奇特怪诞(图7)。焦距在10mm左右、视角接近180度的----鱼眼镜头(3)长焦距镜头(望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