彩色电视摄像机

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第二章 彩色电视摄像机
摄像机是把被摄物体的光图像通过光电转换
过程转变成电信号的设备。它是电视系统中重
要的环节,它决定了电视节目的图像质量和制
作质量。最早的摄像机是黑白的,从而20世纪50
年代后才逐渐使用彩色摄像机,到今天广播电
视都毫无例外的使用彩色摄像机。
第一节 电视摄像录像设备的发展历程
一、摄像机的发展概况
1. 摄像机和录像机自1960年到今天40年间,
发展极为迅速。例如,日本于1960年开办彩色
电视广播,当时的彩色电视摄像机系统重量高
达500公斤 。
2. 1980年便携式电视摄像机系统的重量
就只有几公斤了。
3. 90年代,最轻的单管(板)式摄像机
的重量为2.7公斤,例索尼公司的BVP-1
型摄像机;三管(板)式的摄像机为4.3
公斤,例如索尼公司的BVP-3型摄像机。
4. 摄像机和录像机组成的一体化摄像机
的总重量就更轻了。例如广播用的摄像
机,重量只有2公斤到4公斤左右。家用
摄录机的重量已突破1公斤大关。
5. 广播电视用摄像机和录像机分为演
播室用和室外用两种。其中室外用指的
是便携式的。演播室用设备的特点是价
格昂贵,体积大,质量高。便携式设备
用于电子新闻采访(ENG)和电子现场
节目制作(EFP)。
随着元器件的发展和技术水平的提
高,ENG/EFP设备的质量有很大提高。
国外摄像机目前正朝向两用机的方面发
展。
6. 两用机就是摄像机做成便携式的,
在室外作ENG/EFP用,拿到演播室只换
上大一点(4-5)英寸录像器,把摄像机
安装到摄像机三角架上,就可以作为演
播室摄像机使用。
7. 摄像机的心脏是摄像器件。摄像
器件有固体摄像器件和摄像管两种。摄
像管种类有很多种。但是,国内外曾经
使用最多的是两种摄像管。即氧化铅摄
像 管 ( Plumbicon ) 和 硒 砷 碲 摄 像 管
(Saticon)。氧化铅管自60年代初问世
以来,延续使用了近20年,直到硒砷碲
管问世后,氧化铅管才进行了较大的改
进。改进的标志是采用二极管枪。这一
改进使图像质量进一步得到提高。当二
极管枪氧化铅管出现后,硒砷碲管不甘
落后,也采用了二极管枪,这又迫使氧
化铅管进一步发展,研制出低输出电容
(LOC)二级管枪氧化铅管了。
8. 摄像管的靶面尺寸有几种,演播
室用摄像机,一般使用一英寸摄像管,
少数摄像机使用1¼英寸。ENG和EFP使
用2/3英寸管。摄录一体机的摄像机有的
使用1/2英寸管。
9. 目前,摄像管摄像机的发展已告一
段落,大量生产和使用固体摄像器件的
摄像机。固体摄像器件的优点是:小型、
轻便、耐振动、耐冲击、低功耗、没有
烧斑,没有图形失真,在强磁场中也可
以使用,尤其是固体摄像器件可靠性高
等特点,是摄像管不能比拟的。
10. 固 体 摄 像 器 件 有 两 种 : 一 种 是 金
属 —氧化物—半导体型(Mos及Mos派生
的),另一种是电荷耦合器件型
(CCD)。国外有许多厂家生产了使用
这两种器件的广播用摄像机:日本电器
公司(NEC)的SP-3型CCD摄像机;日
立公司的CV-1摄像机,使用的是MOS器
件。家用摄像机和摄录机,也早使用了
这两种器件。目前,数字化固体摄录一
体机已广泛应用在广播电视领域。
二、录像机的发展概况
1. 广播电视最早使用的录像机是美国安培
(Amper)公司在1956年研制成功的2英寸四磁头
黑白录像机,(后来发展为彩色录像机)。这种录
像机一直延续了20多年,直到1977年,1英寸螺旋
扫描录像机问世后,它才逐渐被淘汰。
2. 1英寸机有两种格式,即C格式和B格式。生
产C格式机的厂家是安培和索尼两公司。他采用1
英寸磁带Ω绕带,1.5磁头,场不分段(连续场)方
式。为了解决单磁头扫描中所产生的信号失落,在
磁鼓上除了安装图像主磁头之外,还装有图像信号
辅助磁头(有称同步磁头或0.5磁头),因而叫1.5
磁头方式。为了实现电子编辑和动态扫描跟踪,通
常还装有旋转消磁头和动态跟踪磁头等。我国广播
电视台采用C格式录像机。
3. B格式是联邦德国博施(Bosch)公司生产
的,采用1英寸磁带,Ω绕带,两个磁头,场分
段记录,兼有横向分段扫描和螺旋扫描的特点。
场分段记录方式,可以使磁鼓转速高,相同的
磁头磁带相对速度下,磁鼓的直径缩小了,磁
迹跟踪容易,但不能简单地通过改变带速来实
现动态扫描跟踪。
当时,1英寸机是广播用标准机了。除此以
外,还有一种3/4英寸机,也可作为广播用。它
不是一般3/4英寸机,而是3/4英寸高带机,型
号是BVU-800,BVU-820、BVU-850及其便携
式机种。
一般3/4英寸机也用于电视广播,先后使用
过 VO-2850 、 VO-2860 、 VO5850 、 VO9850 、
SP3/4机,质量有较大的提高。
4. 目前,广泛应用在我国广播电视和业务领
域录像机是BETACAM SP系列、DVCAM DSR
系列、DVCPRO AJ系列,三大系列有几十种机
型构成多层次,适用不同需求的完整的录像机
系列。
5. 家用1/2英寸录像机有三种方式,即VHS
(Video Home System )、Beta max和V-2000。
V-2000是联邦德国格仑底(Grundig)公司研
制成功的。由于投放市场较晚,只占有联邦德
国、荷兰、沙特阿拉伯三个国家的市场。其它
国家的市场早被VHS和Beta max机占领了。其
实V-2000有两个很大的特点:一是装有自动磁
迹控制装置。对保证重放质量极有好处。而有
类似这种装置的只有广播用1英寸C 格式机。
一般家用1/2英寸录像是没有的;二是V-2000用
一盒1/2英寸磁带可录放8小时。
VHS是VIDEO HOME SYSTEM的缩写,即家用视
频系统。采用1/2英寸磁带,俗称大1/2格式,采用高
密度倾斜方位角纪录方式,取消了视频磁迹间的保护
带,减小了视频磁迹的宽度,降低了走带速度,减少
了磁带的消耗量,延长了磁带的记录时间,VHS型录
像机在电路上采用了HQ(HIGH QUALITY)技术,
这种技术是通过增加预加重系数,提高白峰切割,增
加轮廓增强点路等措施,使图像信噪比提高2到3dB,
重放图像的细节也得到改善。HQ录像机采用了图像
加强电路,因而图像质量有一定的提高。VHS特点:
在家用规格中最为普及的格式之一,负载波和频偏狭
窄,因此在性能上有局限,不能用于广播。为了提高
音质量,1985年,开发了Hi-Fi录像机,并向立体声方
向发展。1986年又应用了脉冲编码调制PCM(Pulse
Code Modulation)技术,使伴音质量有很大进步,达
到较完美的水平。同时,也意味着伴音向数字化迈进
了一步。
VHS 型 的 高 带 型 即 是 S—VHS ( SUPPER
HIGH BIAND VHS)录像机,电路上采用了亮
度信号Y与色度信号C分别处理,增加了独立
的Y/C分离接口,避免了亮色干扰增加、图像
清晰度的损失,提高了亮度信号的载频,频偏
加大,拓展了亮度信号的带宽,使图像的水平
清晰度达到400线以上,广泛应用于业务领域。
它是JVC公司1987年研制成功的,高质量图像,
接近广播用1英寸机的水平。S—VHS特点:由
于负载波频率低,所以色度方面难以保证。将
白峰提高到7.0MHz使清晰度达到400线。但频
偏和普通的VHS不同,故没有兼容性。
Beta max格式采用1/2英寸磁带,带盒尺寸比
VHS的小,俗称小1/2格式,与VHS一样采用无
保护带,倾斜方位角的高密度记录方式,磁鼓比
VHS的大,磁头磁带的相对速度也高,所以,记
录频带比VHS的宽,清晰度比VHS型高,但Beta
max型视频磁迹比VHS型窄,信噪比不如VHS型
的高。
Beta max 型 的 高 带 型 是 ED—Beta max
(Extended Definition Beta)录像机,即扩展清晰
度Beta max录像机。采用金属带,大幅度提高了
亮度信号的载频,扩展了亮度信号的带宽,使图
像的水平清晰度达到500线。
VHS和Beta max两种格式是不能兼容的,除
了磁带盒的结构与外形尺寸不同,关键是录像机
得走带方式、信号处理的方式等也完全不同。
8mm格式录像机是1983年由世界上122家公司讨论
通过的国际统一格式。它采用8mm宽度的金属磁带,
加大了磁头的方位角到正负10度,亮度载频为4.2—
5.4MHz,减小磁鼓直径,取消了固定全消磁头而是用
旋转消磁头,省去控制磁头,不记录CTL控制信号,而
利用视频磁头记录跟踪导频信号TPS(Tracking Pilot
Signal),用TPS信号控制伺服电路,调整走带系统
的速度和相位,已实现磁迹正确跟踪。声音处理也
有特点,以频率分割方式与图像的亮度、色度信号
一 起 用 旋 转 视 频 磁 头 一 起 记 录 。 还 增 加 了 PCM
(Pulse Code Modulation脉码调制)数字录音的能力,
能实现象固定音频磁头记录方式那样的后配音功能。
Hi8型录像机是8mm高带机型,采用高级的ME
(蒸发镀膜)型金属磁带,比普通MP(涂抹)型
金属带更薄,剩磁能力从2500高斯提高到2700高斯,
亮度载频提高到5.7—7.7MHz。图像水平清晰度达
到400线以上,信噪比得到了改善,用于业务领域。
Hi8的特点:亮度的带宽高,所以对清晰度有利。
采用金属磁带大幅度提高了信噪比,2MHz的频偏
保证了图像中微妙的层次。
随着技术的不断发展,家用录像机的质量有所
提高,才产生了高带家用录像机。高带录像机与普
通家用录像机兼容,磁带盒尺寸相同,高带带盒上
有专门的识别孔,使用高带时以高带格式工作,使
用普通带式,以家用录像机的低带格式工作。家用
数字式录像机已广泛使用,这种录像机采用了数字
电路,增加了录像机的功能。例如可重放多个画面,
并可做静帧和慢动作等。
家 用 高 带 录 像 机 ( S-VHS 、 EDBetamax、Hi8)必须采用Y/C分离接口的
条件下才能得到高清晰度的图像质量。
整个系统都得用Y/C分离接口,费用较高。
目前,在发射播出之前,要把信号变成
复合信号,普通接收机收到后在转换出
Y/C分离信号,如此转换,清晰度就会受
到影响,改善不明显。其复制能力不强,
复制后的中、高频大幅度下降,信噪比
变差,清晰度也受影响。家用高带机是
业务领域的有利机种。
三、摄录一体机的发展概况
摄录机就是把摄像机和录像机一体化。它
是用一条电缆将一台录像机与一部摄像机连接
起来的摄录设备的基础上发展起来的,称为第
二代电子新闻采访(ENG)设备。摄录机的图
像质量比早先用的分离式ENG设备好,而且小
型轻便,更富有机动性,因而它一出现就受到
广播电视部门重视和好评。
1981年4月在美国NAB展览会上首次展出摄
录机。展出的公司有松下公司、索尼公司、
RCA公司。松下公司展出的摄像机系统称为
RECAM(1982年展出时改称为M-Vision),
RCA公司展出的系统称为鹰眼(HAWKEYE),
索尼公司展出的系统称为BETACAM。
到1983年7月,除上述三家公司的产
品之外,(索尼公司1982年新增了三管
式Betacam, BVW-3机),还有Amper公
司的ARC-10、日立公司的SR-10, SR-10
(后改称为CV-1),Bosch公司的BFR-1,
松下公司在美国的子公司的Panasonic公
司的Recam ,Thomson公司的Betacam
(索尼产品)和日本电气公司(NEC)
的SP-3。
上面介绍的这些公司生产的摄录机,按照摄
录机中录像机的走带机构和使用的录像带,可
以分成三种类型,它们是以松下公司为主的M
格式系统(包括RCA、Ampex、Panasonic公司
和日立公司);以索尼为主Betacam系统(包括
Thomson公司)和以1/4英寸录象机为主的小型
CVC系统(包括Bosch和日立工司)。CVC系
统尽管都使用1/4英寸录像带,但两公司所采用
的记录格式却是不同的。
1985年,松下公司新研制了的M-Ⅱ摄录机,
采用了新格式,故不能与M格式互换使用。索
尼公司为了与松下公司竞争,于1986年研制出
BETACAM SP摄录机。
对使用1/2英寸磁带的摄录机来说,这两种
摄录机代表了当时的最高水平。美国Amper公
司,联邦德国的Bosch公司和法国Thomson公司
已与索尼公司联营生产BETACAM SP摄录机。
近年来,摄像机的发展突出方面是摄像器件固
体化、高清晰度化和数字化。这几方面还在继
续发展,而摄像管摄像机的发展已告一段落。
特别是微处理技术、数字技术的开发和应用,
使摄像机向小型化、数字化、一体化的方向发
展。90年代广播电视系统广泛使用数字摄录一
体机有松下公司生产的DVCPRO格式、
DVCPRO50格式和索尼公司生产的BETACAM
SX、 DVCAM格式等等,他们在广播电视领域
得到了广泛的应用。
6. DVCPRO格式的摄录一体机
数字信号处理、压缩和传输对电视进行革命的
趋势越来越明显,录像机部分有很好的质量,单
一 和 统 一 的 格 式 , 称 为 数 字 视 频 盒 带 —DVC
(Digital Video Casstte)。它由一种压缩标准、一
个盒式磁带系统、一种机械格式和一套包括这些
技术的芯片四种基本元素构成。DVCPRO格式对
数字分量信号进行 5比1压缩,音频为两个声道
PCM,因此,在很小的1/4英寸磁带上可以长时间
记录高质量的视音频信号,DVCPRO格式每帧记
录12条磁迹,每条磁迹18微米宽,子码区域用来
记录TC/UB,并可在FF/REW高速状态下读出。插
入的数据记录在ITI区域,每条磁迹上都有导频信
号,因此磁迹精度提高,编辑误差很小。
DVCPRO具有很强的误码矫正能力,
信号失落小,质量高,重量轻,可以4倍
速传输素材到视频服务器中 。使用AJCS750磁带转换器,可以重放DV格式磁
带,能方便的直接使用许多有价值的新
闻素材。DVCPRO格式的摄、录机主要
有以下型号:AJ-D640录放机、AJ-D650
编辑录像机、AJ-D750编辑录像机、AJD850编辑录像机、AJ-LT75膝上型编辑机;
AJ-D400摄录一体机、AJ-D700摄录一体
AJ-D800摄录一体机等。
7. DVCPRO50格式
该格式以50Mbps的数据率记录,磁带的走带速
度和记录磁迹的宽度都是DVCPRO格式的两倍,
这不仅可以提供高级节目制作所需的卓越图像质
量,而且具有高性能价格比和使用1/4英寸磁带所
带来的方便。DVCPRO50可以在便携的1/4英寸磁
带上使用4:2:2分量视频,完成诸如带色建合成
的电视广告、多层画面叠加及计算机合成等高级
节目制作。由于采用3.3比1的压缩比,图像质量的
下降在压缩和解压缩中都达到了最小, 4:2:2分
量视频记录保持了其卓越的图像质量。
DVCPRO50格式在四个通道上记录了48KHz/16bit
数字音频,确保了高级节目制作中所需的完美声
音 质 量 和 可 靠 性 。 DVCPRO50 格 式 可 以 与
DVCPRO格式无缝联接,DVCPRO50格式录像机
可 以 以 DVCPRO 格 式 记 录 , 并 可 以 重 放 以
DVCPRO格式记录的磁带。
当记录时,可以从记录的质量或记录的时间方面来
考虑选择记录的格式,记录的结果可以放心地使用,不
必担心格式的兼容性。DVCPRO50格式的数字摄录一体
机的代表是AJ-D900W,它内置一台DVCPRO50格式录
像机,提供优质的画面和声音,由于采用3.3比1的压缩
比,以4:2:2数字分量记录,记录数据率达50Mbps,
因而保持了其卓越的图像质量。摄像部分采用三片2/3
英寸、600,000像素M-FIT(多通道帧行间转移)CCD,
用以匹配录像机部分的卓越图像质量,宽高比在16:9
和4:3之间切换,以满足下一代高清晰度电视的需要。
AJ-D900W小巧、轻便,在完全操作状态下仅重6.6公斤,
功耗29W,对于一台 4:2:2格式的摄录机来说不可思
议,足以提供新闻采集所需的机动性和灵活性。AJD900W可以以25Mbps DVCPRO格式记录,可以在16:
9和4:3之间切换,用户可以在四种记录模式间方便地
进行选择,高级的AJ-D900W摄录一体机可用于任何专
业视频领域
8. BETACAM SX格式
该格式的摄录一体机采用以先进的
[email protected]为基准的数字记录格式,从前期摄
像到后期制作再到节目播出的整个系统保持了
数字分量广播级的图像质量,可以记录8 bit 4:
2:2数字分量视频信号,对视频信号进行10:1
的压缩,支持四通道16 bit、48kHZ数字音频,
BETACAM SX格式具有模拟重放功能,它使用
1/2 英 寸 磁 带 , 可 以 重 放 BETACAM 、
BETACAM SP格式记录的氧化物磁带和金属磁
带上的素材,并将其数字化,进行非线性编辑。
BETACAM SX格式的摄录一体机的型号有:
DNW-7P、DNW-90P、DNW-90WSP等。
9. DVCAM 格式
DVCAM记录格式中,每帧视频信号记录12条磁
迹,每条磁迹都有插入磁迹信息(ITI)区、音频区、
视频区、子码区。ITI和记录在子码区上的时间码使
DVCAM具有很高的编辑精度。
DVCAM数字记录格式是从家用DV格式的基础
上发展起来的专业格式,可以重放DV格式的磁带,
便于利用素材。并可以以4倍速传输素材到计算机的
硬盘上,传输中不需要解压缩和压缩,不需要模数/
数模转换,减少了信号在转换中的劣化现象。
DVCAM 格 式 具 有 索 引 画 面 、 NG/OK 、 CUE 、
MARK功能。型号有:DSR-130P数字可分离式摄录
一 体 机 2/3 英 寸 3CCD , DXC-D30P 数 字 摄 像 机 ,
DSR-1P摄录一体机的录机,DSR-200P1/3英寸3CCD
数字摄录一体机,DSR-85P/80P数字编辑录像机,
DSR-60P数字放像机,ES-7全功能的盘带结合编辑
系统。
四、家用摄录机的发展概况
据国外期刊报导,到1985年,1/2英寸家用录
像机的累计数已达一亿部。尽管家用录像机的
销量很大。但是,日本的一些厂家早在80年代
初就开始着手研制家用摄录机。到1980年有日
本的四家公司拿出的五种家用摄录机投放市场。
索尼公司1980年7月发表种家用摄录机,它的
摄像机采用面阵转移式电荷耦合器件(CCD),
单片式。录像机采用螺旋扫描方式,使用8毫
米盒式金属磁带 ,带盒尺寸为56*35*13(毫
米),比微型录音磁带盒稍大一些,一盒磁带
可录20 分钟。 摄录机 体积为 60*191*171(毫
米),重2公斤,消耗功率7瓦,录像机重约
600克。
松下公司发表两种摄录机,第一种摄录
机采用1/2英寸柯斯威康(Cosvicon)摄
像管,单管式。第二种摄录机采用CCD
单片固体摄像器件。录像机使用7毫米宽
蒸发金属磁带,带盒尺寸为94*63*14毫
米,一盒磁带可录2个小时。
三洋(SANYO)公司发表的摄录机采
用2/3英寸光导摄像管(Vidcon),录像
机采用1/4英寸金属磁带,盒的尺寸和索
尼的差不多,一盒带可录20分钟。录像
磁头采用的铁铝硅合金材料,其记录密
度提高一倍。
从上面介绍的情况来看,各公司的摄录机不
一样,没有互换性。因此,没有统一的标准,
用户购买时对此有顾虑。到1985年下半年开始,
情况有变化,各种不同的方式,逐渐形成两种
方式,即VHS和Beta方式。
日本各厂家的VHS和Beta摄录机可录放2小时,
Beta摄录机能录不能放,这些摄录机的重量在
2.4公斤—2.7公斤(包括电池和磁带)。摄录
机的寻像器是黑白的,有1/2英寸和2/3英寸二
种,除Beta方式采用光学式寻像器外,其余的
都采用电子寻像器,松下、日立、三菱、美侬
达公司的摄录机需要附件。无论是用户还是生
产录像节目带的大公司,都希望产品有互换性,
从上面的介绍可以看到,还存在两种不能互换
的摄录机。
日本于1982年召集了122家厂商代表讨论录
像机统一格式问题,仅在1982年3月到1983年3
月间就讨论了五次,确定采用8毫米方式摄录
机为全世界统一格式。会是开了,可能由于日
本以它的录像和摄录机称雄于世。因而未能继
续花费太多的功夫。从1984年美国柯达公司研
制出8毫米家用摄录机及8毫米盒式带后,才引
起日本各公司的重视,8毫米摄录机有取代8毫
米摄影机的趋势,很适合家用,有着广阔的市
场,这就是为什么日本有这么多公司生产摄录
机,就连原先生产照像机的公司,如小西六
(Konica)卡侬(Canon)富士(FuJi)美侬达
(Minolta)潘达克斯(Pentax)等公司,也开
始生产摄录机。
在日本,索尼公司和胜利公司之间竞
争激烈,在生产1/2英寸录像机方面,一
个拿出了VHS,一个拿出Beta方式,各
不相让,也不考虑统一方式,给全世界
(包括日本在内)用户带来很能大的不
便 。 在 1/2 英 寸 录 像 机 广 大 , 胜利 公司
(JVC)的VHS占优势,为此索尼公司致
力于研制8毫米摄录机。为了对抗8毫米
摄录机,胜利公司又研制出VHS-C摄录
机。
1986年10月8日至13日在汉城电子产品展览会
上首次展出了4毫米摄录机,是南韩三星电子公
司的样品,该机的体积为104*214*36毫米,重
1.15公斤。录放时间80分钟。磁鼓直为30毫米,
与旋转磁头方式数字录音机相同。摄像部分使
用1/2英寸电荷耦合器件,该机有自动聚焦功能,
录像器采用2.5英寸彩色液晶显示屏(也可做监
视器 用 )。 盒 带尺 寸 与数 字 录音 机 不同 ,为
50*33*8.2毫米,这次展示出的样机大约是1年前
做出来的,该公司计划在1987年底进行商业性
生产。该机型号为“SV-C41”。日本家用电子厂
家,例索尼公司等,对这种格式有不同的看法,
与三星公司进行了激烈的讨论。
从90年代开始,家用摄录一体机的发展突出方
面是摄像器件固体化和高清晰度化。这两方面还在
继续发展,而摄像管的发展已告一段落。特别是微
处理技术、数字技术的开发和应用,使家用摄录机
向小型化、数字化的方向发展。DV格式是家用数
字视频的格式,由于DVCAM 格式和DVCPRO格式
可以重放DV格式记录的磁带,因此,电视台播放
的许多突发性新闻事件,往往是由现场的目击者拍
摄的,使业余爱好者可以方便地向电视台提供许多
有价值的新闻素材,扩大了新闻素材的来源范围。
有DV有很多含义,但主要是指一种数字视频格式,
目前广为流行的DV数字摄像机就是以这种格式记
录视频数据。DV格式是在家用数字录像机开发研
制阶段,为了避免重演模拟格式之争,由世界许多
知名公司的电器公司共同制定的一个标准。
对于PAL制信号来讲,他采用4:2:2
的采样格式、8比特量化和DCT帧内压缩
方式,固定5:1压缩比,记录码率
25Mbit/s,信噪比可达54dB。对于音频,
可以采用32Khz采样,16比特量化的双声
道立体声方式,也可以采用32Khz采样,
12比特量化的四声道方式。结合音码和
子码以后。DV总的数据率约位36Mbit/s。
DV的亮度信号频带带宽达6MHZ,色差
信号的带宽也分别达到1.4MHZ和3MHZ,
因此质量非常高,远远超过了常见的SVHS 和Hi8,许多专家认为他已达到了
BETACAM SP的图像质量。
DV格式的图像压缩虽然与MOTIONJPEG一样,都采用了DCT 帧内压缩方式,
但是压缩技术比MOTION-JPEG更高级,
在5:1压缩比下会得到更高的质量。另
外,DV格式还采用了自适应的场间压缩
方法,如果一帧中两场信号没有差别,
他就会将两场信号一起压缩,释放出一
些数据位,以利于总体质量的提高。
DV格式在专业领域有几种改进格式,例
如DVCPRO和DVCAM等,他们的主要区别在
于记录磁迹的宽度。DV格式的宽度为10微米,
DVCPRO格式的磁迹宽度是18微米 ,DVCAM
格式的磁迹宽度是15微米,较宽的磁迹,能够
有效的提高图像质量。DVCAM与家用DV格式
双向兼容,即家用DV格式磁带可以在DVCAM
录像机上重放,DVCAM格式的磁带也可以在
DV格式的录像机上重放。而DVCPRO只向下
兼 容 家 用 DV 格 式 。 另 外 , 松 下 公 司 在
DVCPRO的基础上还推出了4:2:2采样、记
录码率为50Mbit/s的DVCPRO50的格式,图像
信号压缩为3.3:1,旋转磁头数和走带速度都比
DVCPRO增加了一倍。
目 前 的 DV 设 备 像 摄 像 机 和 卡 座
(DECK),一般都带有IEEE1394卡,如果计
算机也装有IEEE1394卡,那么通过连线就可以
将DV信号无损地上传到计算机中,编辑处理
后再由计算机下载到相关的DV设备中记录。
IEEE1394,也称为Fire Wire和i.link,是一种简
单的数字传输协议。在视频制作中,你会发现
IEEE1394不仅支持DV格式,还支持MPEG-2数
据流。
许多公司生产家用DV格式数字摄录一体机,
例如,索尼公司、松下公司等等,市面上常见
的 机 型 有 松 下 公 司 生 产 的 AG-EZ1 、 AGDVC15E等。
第二节 摄像机的分类和性能
一、分类
1、按用途分类
⑴ 广播电视用摄像机
根据摄像机的性能和用途不同,可划分为广播
级、业务级和家用级。
广播级摄像机:档次高,主要应有于广播电视
领域,图像质量好,彩色还原准确逼真,几乎没
有几何失真。在允许的工作范围内,图像质量波
动小,即使在恶劣的环境中,也能拍出令人比较
满意的图像。性能稳定、自动化程度高、遥控功
能全面。体积稍大,价格也较高。
业务级摄像机:主要应用于闭路电视、
工业、医疗、电化教育等领域,图像质
量低于广播级,价格便宜,小巧轻便。
家用级摄像机:主要应用于家庭娱乐,
例如旅游、生日、婚礼、聚会等场合,
图像质量一般,价格低廉。它在电视节
目制作中也有用途,如业余人员遇到突
发事件,用家用机拍摄的场面,或者一
些趣闻奇观,都可以在节目中利用这些
素材。
⑵ 特殊用途摄像机
除广播电视外,其它用途的摄像机都
可以称为特殊用途摄像机。例如工业、
商业、交通、医疗图像通讯等方面。此
类摄像机要轻便,价格便宜,图像质量
一般,但常常有特殊的功能,例如,夜
晚监视交通情况,需用对红外线有高灵
敏度的摄像机。某些方面也可以用于电
视节目的制作。例如,新闻记者利用
“钮扣式”的摄像机拍摄的批评性素材,
用在新闻节目中,冲击力和真实感极强。
2、按制作方式分类
⑴ 演播室(ESP)用摄像机
ESP摄像机,图像质量最好,清晰度最
高,信噪比最大,体积也稍大,一般为
座机。
⑵ 现场节目制作(EFP)用摄像机
该种摄像机图像质量等技术指标略低于
ESP摄像机。
⑶ 电视新闻采访(ENG)用摄像机。
ENG摄像机经常在外景拍摄中使用,
要求体积小,重量轻,便于携带,机动
灵活、操作简单。
3、按摄像器件分类
摄像机分为摄像管摄像机和固体摄像器
件摄像机两大类。
摄像管摄像机的质量常用摄像管靶面的
材料来衡量。广播级摄像机常用氧化铅
作为靶面材料,称为氧化铅管摄像机,
其图像质量好,灵敏度高,光电转换线
性好。业务级摄像机常用硒砷碲三种硫
化物作为靶面材料,称为硒砷碲管摄像
机,其图像质量和性能都可以,价格也
相对便宜。
固体摄像器件摄像机的光电转换由半
导体摄像器件完成的,主要有电荷耦合
器件(CCD)、电荷注入摄像器件(CID)
和诱发传导方式摄像器件(CPD),这
些摄像器件有体积小、重量轻、功耗低、
寿命长、防冲击、防磁场等优点。其中
广播电视用摄像机是由电荷耦合器件
(CCD)构成的。它的主要方式有三种,
行间转移方式,即IT方式;帧间转移方
式,即FT方式;帧—行间方式,即FIT方
式。
4、按摄像器件的尺寸分类
⑴ 5/4英寸管摄像机
它们是尺寸较大的摄像管摄像机,灵敏度和清
晰度最高,体积庞大,只能作为演播室用摄像
机。
⑵ 1英寸管摄像机
其清晰度和灵敏度略低于5/4英寸管摄像机,体
积稍小,常作为演播室和现场节目制作用摄像
机。
⑶ 2/3英寸管摄像机
图像质量好,体积小,重量轻,作为演播室和
现场节目制作用摄像机,并广泛应用于电子新
闻采访的场合。
⑷ 1/2英寸管摄像机
多为单管机,图像质量低,作为家用摄像
机使用。
⑸ 2/3英寸CCD摄像机
图像质量好,广播级和业务级摄像机中广
泛使用。
⑹ 1/2英寸CCD摄像机
三片形式,图像质量好,可以作为业务
机使用;单片形式,可作为家用级摄像
机。
5、按摄像器件数量分类
⑴ 三管或三片摄像机
摄像机采用三只摄像管或三个CCD芯片,分别产生
出红(R)、绿(G)、蓝(B)三个基色信号,
然后处理这些信号得到标准电视信号的摄像机,
能够获得较高的图像质量,色彩还原好,清晰度
和信噪比高,是应用于广播级和业务级的摄像机。
⑵ 两管或两片摄像机
它是利用两只摄像管或两个CCD芯片分别提供亮度
信号和色度信号,然后再处理成标准的电视信号。
图像质量低于三管或三片摄像机,分辨力较高,
价格不便宜,是一种过渡机型。
⑶ 单管或单片摄像机
用一只摄像管或一片CCD芯片,用特殊的方法产
生三个独立的红、绿、蓝三个基色信号,处理成标
准的电视信号,清晰度低,图像质量一般。但体积
小,重量轻,操作简单,价格低廉,广泛应用于监
视系统和家庭娱乐。
6、一体化摄录机
一体化摄录机是摄像机和录像机结合成一体的设备。
可以分为可分离式摄录一体机和不可分离式摄录一
体机。
可分离式摄录一体机是摄像机可以分离出来配以摄
像机附加器,可以单独作为摄像机用。
不可分离式摄录一体机是摄像机与录像机完全组合
成一个整体,不可分离。
二、摄像机的主要技术指标
1、灵敏度
灵敏度是指在同一照度下,拍摄同一景物得到额定输
出时,所用光圈系数的大小来衡量的。一般情况下,通
常在照度为2000LX(勒克斯),色温为3200K,拍摄反
射系数为89.9%的景物,信号输出为700毫伏。此时使用
的光圈越小,表示摄像机的灵敏度越高。例如光圈为F8
要比光圈为F5.6的灵敏度高。
2、 图像清晰度(分辨力)
图像清晰度是指摄像机分辨黑白细线条的能力。通常
用图像中心部分的水平分解力来表示。例如,水平分解
力为750线则表示在拍摄一幅水平方向上具有750条黑白
相间垂直线条的图像时,监视器上重现图像中心部分还
能看清楚黑白线条。水平分解力越高,图像的清晰度越
高。对于CCD图像传感器,整个图像内的水平清晰度都
是一致的。
3、信噪比(S/N)
信噪比是指在标准照度(2000LX)下,摄像机图像信
号的峰峰值与视频噪波的有效值之比,信噪比的数值
与测量条件有关。信噪比是区别不同档次摄像机的主
要指标,该指标越高越好。例如信噪比为61dB比58dB
要好
4、最低照度
最低照度是指在一定的信噪比条件下,比较被摄景物
所需照度的大小。照度越低说明摄像机的灵敏度越高。
5、几何失真
几何失真表示重现图像与原图像的几何形状的差异,
常表现为枕形、桶形、菱形等多种失真形式。它是摄
像管摄像机的一大指标。对于广泛使用的CCD摄像机
来说几何失真极小,几乎很难测量出来。
6、重合精度
三管或三片式摄像机重现的彩色图像是由红、
绿、蓝三基色图像混配出来的,三者在空间的
几何位置必须一致,否则混合出的图像必然有
红、绿、蓝等色边的出现。
摄像机的一般要求是:Ⅰ区内(R=2/5H)的重
合误差小于0.1%;Ⅱ区内(R=2/3H)的重合误
差小于0.2%;Ⅲ区内的重合误差小于0.5%。
对于CCD摄像机来说,整个画面的重合误差均
小于0.05%。
摄像机还有其它一些指标,例如耐冲击震动的
能力,自动化程度,工作环境的温度和湿度的
范围要求及信号接口的多功能化,操作的方便
性等,选用时应综合考虑。
三、数字摄像机的性能
1、电子柔焦
电子柔焦可以提供与柔光滤色镜片相似的效果。
它可以通过减少原始信号的细节信号使得画面锐
度降低。该功能与肤色细节校正功能配合使用,
使粗糙的皮肤变得光滑。经过柔化的画面还可以
做自身的细节增强,而摄像师会发现焦距并没有
被改变。
2、自动选择双肤色轮廊电路
智能型自动主机,包括连续自动黑,给出完美
的黑电平和阴影,不需黑平衡,提供一个特殊的
调节矩阵,确保荧光灯下拍摄时,获得真实的色
彩还原。另外可以提高或降低色温。肤色自动光
圈是用来控制光圈,以保证被设定的肤色控制部
分保持相同的视频电平。
3、暗部扩展和压缩
图像的黑区对比度可用暗部扩展/压缩控制功能作各种
调整。暗部扩展(Black stretch)能加强暗区内的对比
度,只提高低亮度部分的视频电平,从而改善被摄体
黑暗 部 分低 沉 的色 调 ,有3 档 可切 换 。而 暗 部压缩
(Black compress)则扩大和加深暗度。
将大量的设定参数存储于可移动的设定卡上,使摄录
一体机的现场设置准确快捷,不同的摄录机的设置可
以预先调整好,并存储于设定卡上。当同一个节目需
要分时间来拍摄,或者同一时间遥控不同位置的摄像
机时,设定卡可使多台摄录一体机的设定参数匹配。
4、 综合菜单控制
综合菜单参数的设定分为两层。即用户菜单和工程菜
单。用户菜单只设置用户所需的基本功能,工程菜单
则可以设置摄录一体机的所有参数。菜单可以显示在
寻像器上或通过视频输出显示在屏幕上。有专门的开
关
5、电气色温滤色片
内装有电气色温滤色片,可通过电路在保证灵
敏度不下降的条件下,进行色温转换。同时,
因滤色片与自动白平衡相连动,所以可简单进
行操作。不仅适合从正午到黄昏的拍摄,而且
在高色温的照明条件下,也可以用最合适的条
件进行摄像。可以根据拍摄条件不同而使用不
同的滤色片。
6、自动白平衡跟踪(ATW)
通过自动跟踪白平衡(ATW)功能,可以快
速地进行白平衡跟踪,以满足要求。提高了白
平衡调节的精确度
7、简易(EZ)模式功能
只要按下简易(EZ)模式键,可立即把摄像机设
置到标准和自动位置。简易(EZ)模式有标准
(standard)和用户(custom)两种模式选择。当
设置成用户模式时,摄像机设置将随用户所选定
的菜单设置而变化。简易聚焦(EZ Focus)功能
可以帮助用户进行精确聚焦而不必停下来改变镜
头的光圈。按下简易聚焦(EZ Focus)键将自动
打开光圈而使景深降低。同时电子快门将自动设
定,以获得准确的亮度。在录像状态下,简易聚
焦(EZ Focus)功能不能工作。
8、设置记录(Setup log TM)功能
使用DVCAM磁带进行数据管理。每次拍摄所设
定的重要的参数信息都被自动记录在磁带的视频
磁迹辅助区上,这一功能叫设置记录。
9、快速记录方式
在快速记录方式(Quick Recording Mode)时,
即使镜头设置为手动。此时摄像机的光圈也是
自动状态,同时启动自动电平控制和扩大电子
光圈功能。该功能可提供可变增益和可变快门
速度,这样在拍摄时可以连接从黑暗转入亮处
而不用去改变增益、光圈和色温滤色片等等。
全自动白平衡调整电路可以自动跟踪各种光源
的色温变化而不需重新调整色温片或白平衡。
10、光滑转变方法
为了增加拍摄的机动性和灵活性,提供了特殊
的光滑转变方法。当选择该方式时,并手动转
换成增益或白平衡设定时,光滑转变发生作用,
色彩和光线强度无明显跳跃。
11、自动电平控制(ALC)和扩展电子
光圈(EEL)
增强ALC功能使得摄像机可以在任何光
线条件下连续地自动拍摄,而不用停下
来变换增益或加入ND滤光片。
例如,在一个很暗的环境中拍摄,在
光圈打到最大的情况下,增益会自动地
提升而获得恰当的视频信号,这时又紧
接着移动到室外的阳光下,负增益的光
圈会缓和自动光圈的变化,直到扩展电
子光圈起作用,即产生连续可变的快门,
因而无需再加ND滤光片。
第三节 摄像机的构成和工作原理
摄像机:一方面与光有联系,另一方面与
电有联系,它是进行光电转换的设备。它
利用三基色原理,通过光学系统,把被摄
景物的光像分解成红、绿、蓝三种基色信
号,由摄像器件完成光信号到电信号的转
换,然后经过电路处理系统进行信号处理,
编码形成彩色全电视信号。
三板CCD彩色摄像机构成如图所示
一、摄像机光学系统
光学系统由镜头、滤色片和分色棱镜构成。
主要功能是景物成像、基色分光和色温校正。
1、镜头
摄像机镜头是一套精密的光学组件,具有良
好的光学特性,以保证呈现清晰、明亮的影
像。
变焦镜头焦距范围连续可调而且成像面的位
置保持不变,在拍摄位置不变的情况下,摄
像机能够连续改变摄取场面的大小,即形成
景别变化。
变焦倍数是指镜头的最大焦距和最小
焦距的比值,即变焦范围。例如某一镜
头的变焦范围在9mm—135mm之间,那
么该镜头的变焦倍数是15倍。
变焦镜头由调焦组、变焦组、补偿组、
固定组和光圈等多组光学透镜组成,每
组透镜又由多片不同曲率,不同材料的
透镜组成,以便校正镜头系统中的像差
和色差。
变焦距镜头的结构





调焦组又称聚焦组,使一定距离的被摄体清晰
地成像在成像面上。
变焦组 又称为变倍组,该组镜片的移动可以改
变镜头的焦距,即改变图像的放大倍数。一般
变焦镜头的变焦倍数可达12—26倍。补偿组在
变焦距时与变焦组镜片按一定的规律同时移动,
可保证成像面位置不动,即变焦时图像清晰度
不变。
光阑又称光圈,它的孔径大小是可以调节的装
置,用来控制通过镜头的光通量。
固定组可以把镜头的成像面后移一段距离,以
方便在镜头和摄像器件之间安装分光系统。
固定组内还可以安装扩展镜(倍率镜),其作
用是增大变焦倍数、增大图像的放大率。
1、滤色片
 彩色摄像机在不同的照明光源条件下拍摄同一
景物,监视器荧幕上显示的彩色会不同,为了
对这种现象进行校正,在镜头和分色棱镜之间
装有几片滤色片,常用的有色温滤色片和中性
滤色片。
 色温滤色片的作用是:在光源的色温改变时,
利用它们的光谱响应特性来补偿,因色温不同
而引起的光谱特性的变化,以保证色温在3200k
左右,使电视画面图像不会因色温连续变化而
变化,而几片虑色片只能分档进行粗略的较正。
 中性虑色片的作用是:对波长不同的入射光进
行等量的衰减,使透光率下降,用于强光下拍
摄景物而不能减小光圈的场合,以保证清晰度
和彩色均匀度不受影响。
中性滤色片在400—700纳米可见波长范围
内具有平坦的衰减特性,透光率有100%、
25%、12.5%等几种。由于高色温通常与
高照度同时出现,很多摄像机的中性滤色
片和高色温滤色片都合制作成一体。例
5600k+1/4ND等等。
2、分光系统—分色棱镜
 三管(板)机和单管机的分光系统是不同
的。三管(板)机是利用分色棱镜和分色
两向镜来实现的。单管(板)机是利用内
装于摄像器件中的条状滤色器来实现分色
的。


在单管(板)机中,分色系统是通过内
装在摄像器件中的条状滤色器对色光进
行光学调制编码,使R、G、B三色光具
有不同的特征,再利用靶电极输出与之
具有相同特征的信号。在电路中,利用
这些特征把他们解调分离出来。由于不
同的单管(板)机采用的条状滤色器的
形状和光谱特征有所不同,因此采取的
信号分离的方式也不同。常用的方式有
三电极方式、相位分离方式、频率分离
方式和分能级解调方式。

在三管(板)机摄像机中,由于分色棱
镜的性能优越于分色两向镜,所以目前
均采用分色棱镜。它位于镜头和摄像器
件之间,其作用是把从镜头射入的光束
分解成红(R)、绿(G)蓝(B)三束
基色光。由于三基色束光有不同波长的
光谱带,分色棱镜根据光的相干涉原理,
在棱镜的界面上涂有多层干涉膜,通过
正确选择干涉膜的厚度,便将不同波长
的三基色光分解出来。
棱镜分光系统

棱镜分光系统是由三块棱镜粘合而成。在棱镜
A、B的表面分别镀有不同的分色膜Mr和Mb,
分色膜的厚度和折射率决定它可以反射某些波
长的光而透射另外一些波长的光,从而起到分
色作用。当入射光线投射到Mr面上时,红光R
被反射出来,其它色光则顺利通过。反射出来
的红光投射到界面(1)上,因入射角较大,
超过临界角而发生全反射,于是,红光R经Fr
面投向R摄像管或CCD。与此同时,透过Mr面
的光到达Mb面,蓝光被反射出来,在界面(2)
上全反射后,穿过Fb面投向B摄像管或CCD。
余下的绿光G则透过Mb面经棱镜C和Fg面直接
投向G摄像管或CCD。
二、光电转换系统—摄像器件
 摄像器件是用来实现光转换的器件。把光信号
换成电信号。早期使用的摄像管,例光电像管、
超正析像管等其结构复杂,体积较大,都已淘
汰,现在还使用的是光电导管,在广播电视和
图像质量要求较高的应用电视方面,主要使用
氧化铅摄像管和硒砷碲摄像管,在质量较低的
应用电视中主要使用硒砷碲摄像管、纽维康管
和视像管等。光电导管是这类摄像管的统称。
摄像器件有三种型式:即光电导型、移像型及
固体型。移像型多用于军工方面,仅介绍在摄
像中应用广泛的光电导管和性能日趋完善的固
体型摄像器件。





1、光电导型摄像管
光电导型摄像管又分为内光电转换和外光电转
换两类。
内光电转换的靶面材料有硫化锑、氧化铅和硒
化镉等;
外光电转换的靶面材料有锑一铯、氧—铯和
铋—铯等。
光线照在具有内光电效应的材料表面时,光电
材料中产生的光电子并不射出材料表面,而是
变成在材料内部参加导电的自由电子。
当光线照在具有外光电效应的材料表面时,光
电子能从材料表面飞射出来。作为电视使用的
摄像管大部分采用内光电材料制造。
⑴ 视像管(Vidicon)
它是最早出现的光电导管,五十年代初
期已被广泛应用。视像管的靶材料是由
2—4个分子层构成。视像管结构简单,
体积小,调节使用方便,价格低,质量
一般,惰性较大,靶电压可以控制灵敏
度,暗电流较大,光电转换效率高,光
谱灵敏度接近人眼的特性曲线。由于惰
性大,应用受限,通常用在工业电视中。
⑵ 氧化铅摄像管(Plumbion)
氧化铅管它是能真正达到广播电视图像质量要
求的光电导管,管靶面材料主要是氧化铅
(Pbo),分成N、I、和P三个层次。N层紧贴
信号电极,I层(本征层)在中间,P层在扫描
侧。它的光电特征良好,灵敏度较高,靶面均
匀性好;分辨力高加偏置光后惰性小,暗电流
很小,极广泛采用在广播专业级档的摄像中,
后来又出现了二级管枪氧化铅低输出电容管,
它在提高视频信杂比和处理高亮度产生的开花
和拖尾性能比普通的氧化铅管好,因此广播档
摄像机均采用氧化铅摄像管。
(3)砷碲摄像管(Staicon)
七十年代未开始局部代替氧化铅管,在广播电视
方面使用。靶材料采用se(硒)+As(砷)+Te
(碲)和Se(硒)+As(砷),厚约4um。最外
层覆盖一层硫化锑。这种管价格比氧化铅管低,
质量相当,清晰度较高,但靶面高照度点上的烧
伤现象比氧化铅管严重,其它性能和氧化铅管接
近。多用于专业级的摄像机中,也有二级管枪和
低输出电容管型。
(4)硒化镉摄像管(Chalnicon)
硒化镉摄像管又称卡尼康管。它的靶器材料是
Se(硒)和Cd(镉)构成。光谱响应特性宽。在
可见光范围内有效好的灵敏度,清晰度也较好,
惰性比视像管好,价格比氧化铅管便宜,多在应
用电视系统中使用。
(5)碲化锌镉摄像管(Newvicon)
碲化锌镉摄像管又称纽维康管。它是应用电
视中的广泛灵敏度较高的摄像管,靶面的主要
材料由碲化锌(ZnTe)和硫化镉(cdTe)组成,
它是光电导管中灵敏度最高的一种,清晰度也
较高,几乎没有图像残留和模糊现象,在性能
上与卡尼康管接近。适用于低照度监视等用途
的高灵敏度摄像现场。
(6) 硅靶摄像管(Sidcon)
靶面材料以硅为主,通称Sidcon管,他在低
照度下有较高的灵敏度,它能跟上运动目标而
无滞后现象,具有耐烧灼,寿命长,工作温度
范围广泛。但由于分辨力低,只适用在电视电
话,闭路电视系统中的场合使用。
2、固体摄像器件
70年代Bell研究所的Boyle等发明了CCD(电
荷耦合器件)。70年代黑白CCD摄像机问世。
单板彩色摄像机始于1981年,当时日立公司采
用MOS型摄像器件研制成最早时期的单板彩色
摄像机,到1986年单板彩色摄像器件在黑白摄
像机中取得了优势地位。在专业级和广播级质
量较高的摄像机方面,三板机广泛应用在便携
型的领域内,固体摄像器件的清晰度(象素数)
和灵敏度还在不断提高,价格逐年下降,有摄
像管无法比拟的优势,固体摄像器件取代摄像
管的总发展趋势不容置疑。
固体摄像器件的基本原理是将人射光
转变为电荷,按像素组成电荷包,然后
分别存储在光敏元件中。各电荷包中的
电荷数目反映了对应景物的亮度,最后
电荷通过帧或行转移方式转换为与电荷
成正比的电压变化,从而完成了光电转
换过程。
固体摄像器件的优点:
具有体积小,重量轻,功耗低,寿命长,无
图像烧伤和图像畸变小,防冲击、防电磁场等
优点,不需聚焦偏转系统,是通过自扫描的方
式来获得图像信号,因此具有不必进行重合调
节等特点,但也存在底色不匀、垂直疵点,它
的缺点“开花”现象和拖尾现象已被克服,
“固定图像杂波”已经小到不影响使用,价格
逐年下降。因此,有待于进一步增加固体摄像
器件的象素数目,改进图像质量及提高产品合
格率。
三、电路处理系统
预放器电路是整个视频处理电路的第
一个放大器,也称为前置放大器。它把
摄像器件输出的微弱电信号进行放大,
供后级视频电路使用。
摄像输出的信号信噪比必须大于45dB,
才能在电视机上获得满意的图像质量。
摄像机的信噪比主要取决于预放器,因
此在预放器的设计和装配时,十分注意
提高信噪比。
摄像机的视频信号处理电路包括黑斑校正、
增益控制、预弯曲、轮廓校正、彩色校正、黑
电平控制、杂散光控制、r校正及混合切割等电
路。视频信号通过他们进行多种必要校正和补
偿,以达到优质的标准。
1、黑斑校正电路
由于分色棱镜的色渐变效应,镜头像场亮度
不均匀等原因,导致图像上出现阴影和色斑,
称为色斑效应。它影响摄像机如实反映景物的
阴暗与色彩,黑斑校正电路就是来补偿黑斑效
应的非正常变化的。要想解决图像的黑斑问题,
最好的办法是尽量从消除其产生的原因入手。
黑斑校正电路虽然可以解决一些问题,但是某
些随机出现的黑斑效应,也是无能为例。
2、增益控制电路
对红、绿、蓝三路信号分别设置放大电路以
分别控制其增益,这些控制增益的放大电路称
为增益调整电路。白平衡的调整可以改变三路
信号放大电路的增益,使各路信号的幅度保持
一致。因此白平衡调整电路也是一种增益控制
电路。摄像机面板上设有增益开关,也是用来
控制增益控制电路输出信号的。
3、彩色校正电路
该电路是改善摄像机颜色再现性能的。一般由
线性矩阵电路和非线性校正电路两部分组成。
线性矩阵用来校正摄像机的实际光谱响应曲线
与理想光谱响应曲线之间的差异的。非线性校
正电路是用来分别调节红、绿、蓝、青、品、
黄六种颜色的色调和饱和度。
4、轮廓校正电路
电视图像的清晰度,主要取决于图像内容中
的轮廓、边缘等亮度突然变化的部位。把这些
部位的相应信号,从图像信号中提取出来,经
加工后再补进图像信号中去,从而加强轮廓、
边缘变化程度,达到提高图像清晰度的目的。
完成上述任务的电路称为轮廓校正电路。
轮廓校正的原理是采用幅度补偿的方法,使
画面的明暗交界突变区域的亮处更亮,暗处更
暗,即增强了物体边缘的对比度,使人感到图
像的明暗轮廓鲜明,细节清楚,从而提高画面
的清晰度。
5 、黑电平控制与杂散光校正电路
 黑电平控制电路用于黑电平调整,使图像背景
亮度可调,同时三路黑电平联合调整又可实现
黑平衡调整。
 被摄景物光线通过镜头投射到摄像器件上,镜
头内壁上漫反射的光称为杂散光,这些杂散光
又重新投射到摄像器件中,使图像信号的黑电
平提高,对比度下降,由于杂散光的多少与光
的波长有关,因此红、绿、蓝信道中黑电平提
高的幅度也不相同。从而使图像中的黑、灰部
分也染上了颜色。杂散光校正电路就是解决这
个问题的。从上面分析可以看出调节各路信号
的黑电平,就能改善杂散光造成的影响。

6、γ校正电路
 在摄像机中完成预失真任务的电路称为r校正
电路。也称为灰度校正电路。
 在电视信号的传输过程中,要求从摄像到显
像的整个过程中传输特性是线性的,才能逼真
的重现图像。但是显像管的线性特征较差,使
显像管一端图像亮度变化与摄像器件上图像的
亮度变化不一致,即产生亮度失真。为了使显
像管的亮度失真得到补偿,在图像信号引入一
种相反的失真,由于显像管的失真曲线与摄像
机电路中所加的预补偿曲线所构成的图形呈γ
形,所以称γ校正。从原理上讲接收机中出现
的问题,应在接收机中解决,但是为了降低接
收机的成本,故在摄像机中进行γ校正。
7、混消隐和白切割电路
视频信号处理的最后一步是在图像信号中混入
消隐脉冲信号,才能使重放的图像四周得到修
整。即把消隐电平和黑电平分开。完成混入消
隐信号任务的电路叫混消隐电路。
摄像机输出的信号幅度过大,就会造成信号失
真,为了使摄像机输出的信号峰值限制在规定
的范围内,将超过规定的信号切割出去。切去
部分信号对应于图像的白色部分叫白切割;切
去部分对应于图像的黑色部分,叫做黑切割。
完成黑、白切割任务的电路叫切割电路。
黑白切割即切除多余的消隐脉冲,去掉消隐期
间的杂波,建立起黑电平。白切割则是切除某
些白色信号来限制信号的幅度,防止后级放大
器工作处于饱和状态。
8、编码器
编码器的作用是把红、绿、蓝三基色信号编成
两个色差信号和一个亮度信号,并按一定的电
视制式标准,组合成一个彩色全电视信号输出。
彩色电视的制式不同,编码器的组成也不相同。
现在摄像机的编码器输出的信号多种多样,可
以输出彩色全电视信号(复合信号),也可以
输出亮度信号(Y)、色差信号(R-Y,B-Y)
即分量信号,还可以输出亮度信号(Y)和色
度信号(C)即亮色分离信号。他们可供不同
的录像系统使用。
9、同步信号发生器
它能够产生行、场同步、消隐信号及编码器
所需的副载波等信号,作为形成彩色全电视信
号的基准。同时可由外部同步信号控制,实现
与外部信号的锁相。一般用特技台的信号对它
锁相,以便与其它视频信号一起进入特技台进
行特技转换。否则画面不稳定,色彩也不正确。
10、彩条信号发生器
它能够产生白、黄、青、绿、紫、红、蓝、
黑的标准彩条信号,供摄像机调节编码器使用,
也可以用来调节监视器的亮度、对比度、饱和
度。
自动控制系统主要用来运算和记忆数据,
发出控制指令、控制电压和控制信号。
 声音系统对摄像机内部话筒和外接话筒
的声音信号进行放大,它也对摄像机对
讲系统的声音进行放大。
 摄像机从工作原理上来讲,由光学系统、
光电转换系统和电路处理系统构成。从
外部形态来讲,摄像机由镜头、机身、
寻像器、话筒及适配器等几个部分构成。

寻像器是摄像机不可缺少的配件,它用来供摄
像人员观察摄像机所摄取的景物,或重放记录
的图像。
 寻像器上面有各种不同的指示灯或指示符号,
用来显示摄寻机的工作状态或演播指挥信号。
 从本质上讲寻像器就是一台小型的电视监视器,
它同样有视频放大和输出电路,同步分离电路,
行、场扫描电路及高压电路等。
 寻像器的输入信号为全电视信号,目前寻像器
都是黑白的,显像管的尺寸有1.5、3、4、5、7
英寸等几种规格。

第四节彩色摄像机的自动调节功能
一、摄像机的主要功能
1、聚焦功能
聚焦也称为调焦。它的内涵是当被摄对象与物镜的
距离远近不同时,会使成像面上的影像有实有虚,
当需要在成像面上得到某部分的清晰影像时,必
须调整物镜与成像面的位置,使其影像清晰,这
种调整的动作即为聚焦。
摄像机的聚焦方法有手动聚焦和自动聚焦两种方法。
手动聚焦是摄像师通过调整聚焦环,使被摄景物
呈现清晰影像。自动聚焦分为有源方式和无源方
式两种。有源方式包括超声波自动聚焦和红外线
自动聚焦。无源方式包括三角测距自动聚焦方式
和摄像器件检测自动聚焦方式。
⑴ 超声波自动聚焦方式
 摄像机发射超声波,并接受从被摄体反射回来的
超声反射波,自动测出往返时间,从而确定距离。
 它的优点是对明暗被摄体的测距十分理想。缺点
是不同物体对超声波的反射和吸收差异往往造成
随机误差。由于超声波不能透过玻璃,对于玻璃
后面的被摄体无法实现自动聚焦。
⑵ 红外线式自动聚焦
 同超声波聚焦方式相似,但它的应用特别广泛,
是利用发射和接收反射的红外线来检测物距,将
前后移动的镜头控制在相应的位置上,使物体成
像最清晰,从而实现自动聚焦。
 其优点是红外线能够透过玻璃,可对玻璃后面的
物体实现自动聚焦。其缺点 是对远距离的物体不
能准确清晰聚焦。
⑶ 三角测距聚焦方式
与人眼目测观看物体相似。利用三角形测量原理
的测距仪来测定摄像机与被摄体的距离,然后
对所测定距离进行计算,从而控制聚焦马达根
据测出的距离聚实焦点。其优点是直观性强,
缺点是对较暗的物体会带来聚焦上困难。
⑷ 摄像器件检测自动聚焦方式
该种方式是被摄体的入射光进入摄像器件,与
画面中心的对比度进行比较,达到最大时聚焦
成像,因此不存在视差问题。但由于检测与摄
像在同一部分,为了比较判断最佳的聚焦位置,
在时间上有所延误。
2、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特性,拍摄中对景
物画面取景的大小可以相应地连续变化,
实现不同景别之间的相互转换,即在机
位不动的条件下,景别可以从大到小,
或从小到大连续变化。
 变焦倍数,也称为变焦比。即变焦镜头
最长焦距与最短焦距的比值。常用的变
焦倍数有10倍、12倍、14倍、16倍、18
倍、20倍以及更大的倍数。
家用级摄像机变焦比在10—12倍之间,
ENG摄像机变焦比在14—16倍,现场直
播摄像机的变焦比在18倍以上。
 某些变焦镜头上有焦距扩展镜,可以扩
大镜头的变焦倍数,常用“2*”标明,如
附加在变焦比为16倍的变焦镜头上,则
其变焦倍数扩展为2*16=32倍。由于焦距
增加一倍,会影响图像的质量,使用时
应格外谨慎。
 有的摄像机还具有数字变焦档位,可以
把图像放大100倍。

摄像变焦操作的方法有手动方式和电机驱动的自动
方式两种。
 手动方式是通过旋转变环(钮)实现镜头焦距的变
化,变化的速度为手动控制,旋转变焦环时动作要
平滑。手动方式常常用于急推急拉效果的拍摄。
 电机驱动的自动方式是通过按动变焦钮实现焦距变
化的。它的最大特点是镜头焦变化均匀,自动变焦
的速度分为定速变焦、分段变速变焦和无级变速变
焦。
 一般摄像机都采用无级变速变焦,无级变速变焦是
根据按动变焦钮的力量大小,改变马达速率,从而
决定变焦速度的快慢。变焦钮在镜头右上侧的手柄
内,有一个微型无级变速马达,用一个翘翘板式的
开关控制着马达的运转,按下标有“W”的一端,镜
头焦距变短,按下标有“T”的一端,镜头焦距变长。

3、光圈功能
 镜头的光圈是由许多相互重叠的金属片组成的,它
的开口直径可以调整,即增大或缩小。可以在一个
很大范围内变化有效孔径,控制镜头的光通量。
 在实际使用中,利用光圈系数(F)来表示光圈的大
小。光圈系数(F)与镜头焦距(f)、光圈直径(D)
之间有如下关系:F=f/D。
 很明显,当镜头焦距不变时,光圈越大则光圈系数
值就越小。在镜头上标记光圈系数(F)值的典型数
字系列是1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22……,相邻两档光圈
系数(F)的比值约是1.414,这一固定比值使得光圈
系数与摄像器件靶面的照度之间形成如下关系:F值变
化一档,相当于靶面上的照度变化一倍,即光圈变一档,
镜头的进光量变化一倍.光圈直径与光圈系数成反比,
而与靶面上的照度成正比。例如光圈从F8变到F4时,
图像的亮度提高到原亮度的4倍。光圈系数的数值越
大,光圈直径越小,靶面上的照度就越低.
当拍摄时环境亮度变化比较大时,通过调
整摄像机光圈的大小,以获得正确的曝光。
摄像机光圈的调节有三种方法:自动光圈
调节法、手动光圈调节法和暂时自动光
圈调节法。
 光圈的变化能够改变图像的亮度、改变
景深,光圈大时景深小。对于亮度高的
景物要减小光圈,对于亮度低的景物要
加大光圈,使图像层次丰富、体现细节。

(1)自动光圈调节法
 摄像时,被摄场景不同,其亮度可能不同,即
使是同一场景,时间和拍摄点不同景物的亮度
也可能不同。要保证输出的视频信号幅度保持
不变,必须随时调整光圈。自动光圈就是根据
被摄体的亮度情况自动改变光圈的大小,必须
将光圈选择开关设定于A(AUTO)处。
 自动光圈的工作原理是从被摄图像的中心部分
选取R、G、B信号的最大值,并取平均值,然
后与机内调定的基准电平进行比较,利用差值
电压自动控制光圈的大小,以达到在不同照度
的情况下,均获得标准的图像信号。自动光圈
不易在背景很亮和逆光的场合使用,此时光圈
会缩小,导致被摄体图像变暗灰度层次受压。
一般摄像机自动光圈值偏大0.5至1.5档。
自动光圈的优点是当场景照度发生变化时,光
圈可以自动调节进光量,使图像层次清晰。应
用自动光圈的客观条件是:景物亮度分布均匀,
亮度变化范围不大,画面中的主体不十分突出
时,多采用自动光圈。
 自动光圈有时也会制造麻烦。例如,拍摄逆光
景物时,自动光圈按照强烈的背景光决定进光
量,结果天空亮度合适而景物黑得成了剪影;
在运动摄像中,环境亮度不断变化,自动光圈
忠实地随亮度变化而改变光圈的大小,其结果
是造成主体忽明忽暗;当拍摄中,视野中突然
闯进一个穿浅色服装的人或在镜头前开亮一盏
灯,由于亮度的突然增加,光圈会立即自动收
缩,使整个画面突然一暗。

⑵手动光圈调节法
 根据具体情况加以应用,例如拍摄特殊效果时;
拍摄人物时,背景为明亮的天空时;拍摄对比
度极强的物体时;将光圈选择开关设定于 M
(MANUAL)处,根据需要摄像师手动调节
光圈环,由F系数识别光圈的大小,
 手动光圈适合一切拍摄场合,特别适用于下列
场合:景物亮度分布不均匀,高亮背景中有局
部主体或极暗背景中有亮的主体;景物的亮度
范围过大,应根据创作意图,对被摄体进行有
目的的取舍,以主体表面亮度确定曝光;特殊
的运动镜头、特殊的照明场合应采用手动光圈
来跟光圈。
⑶暂时自动光圈调节法
暂时自动光圈又称瞬时光圈。当处于手动光圈调
节模式时,本功能可以临时进入自动调节状态。
在光圈选择开关处于M(MANUAL)时,持续
按动暂时自动光圈调节钮,光圈处于自动调节
状态。手松开即回到手动光圈状态,并锁定于
松手时的光圈系数值。该功能对摄像师正确控
制曝光量有很大帮助。例如,在手动光圈时,
如果突然拍摄到亮度差别较大的景物,需立即
调整光圈,这时按下瞬时光圈调整钮即转换到
自动光圈方式,松开瞬时光圈按钮,光圈恢复
到手动方式,光圈却停留在自动调节的大小位
置上。
4、近摄功能
 每一个摄像机都有最近的拍摄距离,如果被摄体与
摄像机的距离小于该值时,无论怎样聚焦都不能得
到被摄体清晰的影像,这时要想拍到清晰影像有两
种方法:一是必须在镜头前加近摄镜,二是启于摄
像机的近摄(MACRO)功能。摄像机的近摄功
能可以拍摄的最近距离为10毫米左右。
 具体操作步骤如下:把镜头逐渐靠近被摄对象直到
达到所希望的大小;调整聚焦环把焦点调到最近处;
按下镜头上的近摄扭,将变焦点调到最近处;按下
镜头上的近摄扭,将变焦选择开关打到手动,同时
调节手动变焦柄进行聚焦。在近摄时无论是自动聚
焦,还是手动聚焦均不起作用,而是采用变焦环来
调整焦点。此时的变焦起到聚焦作用。
 如果想缩小拍摄对象的尺寸,将近摄钮调回,然后
再用手动变焦控制开关聚焦成像。
5、增益功能
 摄像机增益一般分为0dB、9dB、18dB三档,以
此提高摄像机的灵敏度。照明不够时,光圈已开
到最大,图像还是看不清,这时需要使用增益进
行放大以此来提高图像的输出。运用增益图像被
放大了,杂波也放大了,图像的信噪比下降,画
面上出现雪花干扰,所以应尽量提高被摄体的照
度,没有其它办法时,再使用增益。
 现代的摄像机还有负增益档位,表明在照度足
够的情况下,用负增益可以提高信噪比。增益的
操作形式可以编程,可提供的增益值为-6dB、3dB、0dB、6dB、9dB、12dB、18dB、24dB,这
些数值可以按使用者的要求任意设置在开关位置
高/中/低三档内,以满足拍摄的要求。
二、摄像机的主要调整
1、白平衡的调整
调整目的:
在摄像机的使用过程中,调节白平衡是为了确保
在照明条件发生变化时,使图像的色彩还原正常,
色调保持自然;或者是根据创作意图形成最佳的
色调效果,使图像有意偏向某种色调。
白平衡自动调整原理:
利用自动白平衡电路产生白平衡窗口脉冲分别对
红、绿、蓝三信号取样,若采用相对值方式,则
以绿信号为标准,红、蓝信号分别与绿信号进行
比较,用比较后所获得的误差电压分别去控制红、
蓝信号的放大倍数,使之与绿信号保持一致





下列情况下必须重新调整白平衡:(1)新买来的
摄像机初次使用时,(2)摄像机长期未使用,(3)
多机拍摄同一场景时,(4)照明光源发生变化时。
白平衡调整方法有粗调和细调二种方法
粗调就是根据光源选择相应的滤色片或使用预置档
即时开始拍摄。在某此特殊的情况下,粗调可以取
得较好的色彩还原效果,与人眼看到的效果一样。
细调白平衡使画面的色彩饱和度增加,或有意改变
画面的色调进行的细微调整。
细调步骤:首先根据拍摄时的光源色温,选择合适
的色温滤色片,然后拍摄一标准的白色卡或白色物
体,白色物体充填画面的比例应符合白平衡调整窗
口的要求。此时,按下白平衡调整按钮数秒钟后,
白平衡就自动调整好了,通常摄像机通过指示灯或
寻像器上的字母告知白平衡已调好。
2、黑平衡调整
 黑平衡的正确调整对于摄像机的运转十分重要。
调整黑平衡的目的是使色彩还原准确。当初次
使用摄像机、摄像机长时间未使用、遇上环境
温度骤变、多机拍摄时需要进行调整。
 引起黑电平不平衡的因素:如镜头和摄像器件
受杂散光影响变化等,都会使黑电平变化从而
影响平衡。黑平衡和白平衡调整的顺序是先调
整黑平衡,然后再调整白平衡。黑平衡调整是
没有光线进入镜头的情况下进行的。黑平衡调
整原理是红、绿、蓝三路信号的黑电平,均由
一个基准的公共黑电平决定(有的以绿信号黑
电平为基准),使三路信号的黑电平保持一致。
黑电平调整方法:关闭光圈或盖上镜头盖或将
滤色片置于遮光位置,按下自动黑平衡调整按
钮几秒钟后,黑电平调整完毕,摄像机寻像器
内的指示灯或字符显示告知黑平衡调整好。
3、后焦距的调整
 后焦距焦也称法兰焦距,用Ff表示。后焦即镜
头最后一组镜片到成像面的距离,在以下的各
种情况下需调节后焦距:第一次安装镜头或更
换镜头之后;变焦操作时,推上去图像调实后,
拉开图像虚焦,即长焦与广角镜头的焦点不能
吻合时。


作步骤是:将光圈选择开关设定于手动
(MANUAL);光圈调到最大;把后焦距调
整测试卡放到离镜头大约三米远的地方并照亮
它以得到一个合适的图像输出电平;拧松Ff环
的固定螺丝;用手动或电动方式将镜头调到最
长焦的位置;拍摄后焦距调整测试卡,转动聚
焦环,使测试卡清晰成像;将镜头变焦到最短
焦距,转动Ff环,使测试卡聚焦清晰,切勿转
动聚焦环;反复调整聚焦环和Ff环直到长焦端
和广角端均完好聚焦,能够清晰成像;调节完
成后拧紧Ff环固定螺丝。
4、白斑的调整
 摄像机出厂时,白斑是按照固定型号和
品牌的镜头调整好的。如果使用规定之
外的镜头,拍摄前需要重新调整白斑。
数字摄像机能够对垂直彩色进行白斑的
调整。垂直彩色指的是当一张白纸被拍
摄到整个屏幕上时,屏幕的顶端为绿色
而底端为紫色或二种颜色的位置倒过来。
5、高速电子快门的调整使用
 对于摄像管摄像机来讲,其快门的速度受扫描
方式的限制是不可调的。其快门速度等于场频
的倒数。例如PAL.D制式场频是50HZ,所以其快
速度应该是1/50秒,因而对于一定制式与标准,其
快门的速度是固定的,所以不特意标明摄像机的
快门速度。固体摄像机由于将CCD用于照度感
应和摄像,采用OFD(溢流沟道)构造而具有了可
靠的可变的电子快门功能。当使用电子快门功
能时,可以拍摄到高速运动物体的清晰画面,
但是设定的电子快门速度越快,CCD所接受的
光量越少,所需的光圈越大。使用电子快门可
以大大提高摄像机的动态清晰度,尤其是拍摄
运动的物体效果显著。
电 子 快 门 速 度 通 常 有 1/100 、 1/250 、 1/500 、
1/1000、1/2000秒等若干档,新的摄像机产品还有
高达1/4000和1/8000秒,甚至有万分之一秒的。
 下列情况下也建议使用电子快门:(1)在逆光
拍摄时,由于背景光很强,而被摄景物(物体)
又较暗,在这种情况下使用电子快门可以抑制强
光,并使物体的明暗反差柔和均匀,(2)在日光
灯下拍摄时,由于日光灯的频闪效应,将会导致
画面也随之闪烁,这时如使用高速电子快门,便
可达到快门速度与日光灯闪烁频率相接近而克服
画面闪烁现象。(3)为了在静止、超静止前进和
慢动作等特殊放像功能下,重放快速运动场面并
且保证画面仍然十分清晰,应根据拍摄目标的情
况选择高速电子快门速度。


使用电子快门须注意事项:(1)使用高
速电子快门拍摄时,被摄物体的照度应
大于300LX(勒克斯)。(2)正常情况
下不要盲目采用电子快门。因为用高速
电子快门去拍摄正常运动的场面,并用
正常放像方式重放可能会出现一些不正
常的现象。(3)采用电子快门拍摄的画
面,在重放时要比正常拍摄的画面稍暗
些,如需要的话可以增加照明或增大光
圈。(4)在使用电子快门拍摄时,逆光
补偿电路停止工作。(5)当快门的速度
非常快时,拍摄的高亮度物体可能会带
有长长的尾巴(拖尾现象)。

清晰扫描(scan)功能是可变速电子快门的高
科技应用,这一功能可用于不带水平频带(黑
白的其中任何一种)顺向显示器的计算机显示
器、电影银幕和投影屏幕的拍摄,图像清晰,
无水平条纹。用摄像管摄像机拍摄计算机显示
器时,图像经常出现水平条纹。这是由于计算
机显示器的扫描频率和电视系统的扫描频率不
一致的缘故。然而,清晰扫描功能可以准确控
制CCD的快门速度,以便使二者扫描频率相同
或接近,这就有可能在拍摄显示器时,使条纹
减少或完全消失。
当清晰扫描频率高于计算机显示器扫描频率时,
会出现许多黑色条纹;当清晰扫描频率低于显示
器扫描频率时会出现白色条纹;当二者的频率一
致时,水平条纹完全消失。频率一致时容易观察
到水平条纹的颜色,清晰扫描速度可在寻像器内
看到。当黑色条纹出现时,CCD的清晰扫描频率
过高,必须使之降低。相反,出现白色条纹时说
明清晰扫描频率过低,必须使其升高。
 DVCPRO—AJD700清晰扫描频率在29.9HZ—
252HZ有436级,快门速度有1/60,1/120、1/500、
1/1000和1/2000秒等几档。

第五节 摄像机的维护和保
养
1、保证使用环境温度为-10ºC—+40ºC,相对
湿度10%—85%,如需在-10ºC以下使用时,可使
用相应的保温套。
2、注意防潮、防湿、防尘、防腐蚀
3、不要将摄录机存放在强磁场中,也不要
在这种环境中使用 。
4、搬运或运输摄录机时,应将其放入便携箱
内,以减轻搬动或运输途中的振动。
5、特别注意一下结露的现象,否则影响拍
摄。
6、镜头要经常进行清洁与保养
7、调整好的摄录机使用一段时间后,需要作
相应的调校。
8、定期清洗磁头。
(1)使用专门的清洗带。
(2)用清洁液清洗。
9、正确使用电池
摄像机使用的直流电源均为封闭式可充电蓄电池。
使用蓄电池应注意不要过放电和过充电,用后
及时充电。不用时不要把电池放在电池仓内。

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