第二章 摄像机的基本结构和原理（ 2012年 2 月 29 日星期三）第一节摄像机的原理及分类一、 摄像机的基本结构和原理：1、基本结构：通常摄像机是由光学系统，光电转换系统，图像信号处理系统，自动控制系统组成。 （其中，自动控制系统包括白平衡调整、自动光圈调整、自动变焦、自动增益、 自动聚焦等装置。 光学系统由变焦镜头、 红绿蓝分光系统、 滤色片组成， 这里主要指的是镜头。 光电转换系统主要由 CCD或摄像管构成） 另外摄像机还有一些附属部件， 主要有录像机、彩条信号发生器、寻像器、电源等。2、基本原理：通过摄像机光学系统对光学图像（光能）的摄取，经过分光、 滤色等过程， 可以得到成像于摄像器材 （如CCD）靶面上的红绿蓝三幅基色光像。再由摄像器械（如 CCD ）为主体的光电转换系统，将成像于靶面上光像转换成电信号， 然后经图象信号处理系统放大、 校正和处理并同时完成信号编码工作记录在磁带或存储卡上， 最终形成彩色全电视信号输出。光电磁电视信号（电、光）二、 摄像机的分类和发展从不同的角度出发， 摄像机不同的分类方法， 以下我们介绍几种常见的摄像机分类方法：1、按质量分类：家用级、专业级、广播级。（ 1）广播级，摄像机的各项技术指标最优，图像质量最好，适合各级电视台、电视传媒使用。一般要求其水平方向分解力达550线，垂直方向分解力达575线，信噪比达54分贝以上，在允许的工作范围内达到较低失真或无失真。 价格比其他类型的摄像机昂贵，体积大，重量也比较重。索尼的 BETACAM 系列、BETACAMSX系列，松下的DVCPRO050系歹U, JVC的数字D 9 格式的产品都属于广播级的摄像机。（ 2）业务级，图像质量较好，一般用于各单位的闭路系统中，多见于广播电视以外的专业领域。其清晰度达450线以上，信噪比达 50 分贝以上（信噪比：signal-to-noiseratio 信号杂讯比， 信噪比是信号电压对于噪声电压的比值， 通常用符号s/n 来表示。由于在一般情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，信噪比的单位用 db 来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在agc （自动增益控制）关闭时的值，因为当agc 接通时，会对小信号进行提升， 使得噪声电平也相应提高。 信噪比的典型值为4555db,若为50db,则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60db,则图像质量优良，不出现噪声。典型值为46db,若为50db,则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为60db,则图像质量优良，不出现噪声。 ），对于一些有特殊功用的专业级摄像机来说，需要有特殊的功能，如夜间监视交通的摄像机，要求对红外线有高灵敏度。索尼的 DVCAM 系列，DSR250P/390P/570P 系列，松下的 DVCPRO 系列、SGD410AMC/D610WA 等， JVC 的专业 DVGY DV5001EC/550EC 等。（ 3）家用级，主要用于家庭娱乐的摄像机，图像质量较低，与家用录像机、电视机相匹配即可。其清晰度为 350线左右（清晰度：摄像机一般使用分解力一词来衡量它“分解被摄景物细节”的能力。单位是“电视行（TVLine）”也称线。 意思是从水平方向上看， 相当于将每行扫描线竖立起来，然后乘上 4/3（ 宽高比 ）， 构成水平方向的总线， 称水平分解力。这个参数代表摄像机的实际拍摄能力，由摄像机的分辨率和码流两个参数来决定。水平清晰度可以通过测试卡来测试。像素： 像素指的是摄像机摄像部分的分辨率， 也就是标称值。通常由厂家根据光电器材的参数来提供。而任何一个画面都有水平、垂直两个方向的分辨率。像素中的 PAL ： 500（ H）*582（V） NTSC:（H）*492（V） ， 500H 就是水平分辨率为 500，582V 就是垂直分辨率为582） ，清晰度同摄像机的像素相关。但对灵敏度要求较高，一般最低照度要求达2-3LUX ，现在常见的家用机最低照度都在 1LUX 以下，这样一来，使家用机有了广泛的使用领域，方便了在没有专门灯光照明的家庭摄像。另外家用机自动控制能力很强，以便非专业人士的操作（如自动白平衡、自动聚焦等等） ；在家用机上面往往有一些简单的特技拍摄功能，如淡变、划像、频闪等）索尼、松下、 JVC 的掌上宝系列是典型的家用级摄像机。如何选购家用数码摄像机?索尼的CX150、 CX180， JVC 的HM330、 HM650 ，松下的 SD80、 SD901） 、 看镜头， 光学变焦在10 倍左右， 最好介绍是专业厂家镜头。2） 、看像素，动态像素和静态像素较大的。3）、看存储，现在用卡的较多，支持卡容量大为好。4）、看电池，配的电池容量大小，整机拍摄时间。5）、看整机，有的机头是进口的，电池等被换成国产的，不认真看发现不了。6）、看价格，家庭DV 选价位在 7000元左右的，一分钱一分货。7）、看产品，到店按价位看有何型号的产品，上网查最低价，了解产品功能，定可接受的价。8）、看附件，网上看产品有何附件，砍价后是否给包或卡或磁带。用卡或用磁带有不同，各有优缺点，磁带的价格便宜，但如果想弄到电脑上去就比较麻烦，得用到视频采集卡，也就是 1394 卡， 这个卡需要另外的投资。 而存储卡的价格就很高，一般要达到 1G 级别的才能应付得了，要不拍的时间太短，但是卡的和电脑连接就相当方便了。用卡是日后的主流。2、按节目制作方式，摄像机可分为 ESP用、EFP用、ENG用摄像机。（ 1） ESP 用摄像机：在演播室使用，图像质量非常好，通常非常沉重，常采用长焦距、大口径的镜头，需要一些机架或其他类型的摄像机底座设备来支撑， 不方便随意搬动。 它往往需要通过电缆把摄像机头和摄像机控制器CCU、同步信号发生器、电源等一系列制作高质量的图象所必须的设备相连接。（ 2） EFP 用摄像机：EFP用摄像机往往是便携式的，相比较ESP方式摄像机，这种摄像机体积小，轻便，方便在现场进行移动拍摄，一般演唱会、晚会现场多会用此类摄像机。他的图像质量与 ESP用摄像机相似。一般需要两台以上 EFP 用摄像机，加上一台切换控制台和一些特技设备就可进行现场录制编辑。（ 3） ENG 用摄像机：一般也为便携式，甚至有的是摄录一体机。 ENG 用摄像机工作于复杂多变的环境中，要求体积小，重量轻，便于携带，对非标准的照明情况有良好的适应性， 在恶劣的气候条件下有良好的工作稳定性，自动化程度高，在实际操作中调整方便。目前摄像机都向高质量化、固体化、 小型化、数字化、 高清晰化等方向发展，所以以上三类摄像机的界限也在逐渐被打破。3、 按摄像器件， 摄像机可以分为摄像管摄像机与CCD 电子耦合器件摄像机。 （ 1）摄像管摄像机：摄像管相当于此类摄像机的“心脏”，其靶面材料常采用氧化铅、硒砷碲等。因此摄像管摄像机可分为氧化铅管摄像机（好）与硒砷碲管摄像机（用于专业级）等。摄像管摄像机还可按管子数分为单管、两管、三管摄像机。两管趋于淘汰。摄像管直径的大小与图像质量有很大关系， 有管摄像机可以按摄像器件的尺寸分为： 1 又 1/4 英寸、 1 英寸、 2/3 英寸、 1/2 英寸等摄像机。尺寸越大，有效像素越多，图像清晰度越高。灵敏度越好，体积也越大。（ 2） CCD 摄像机，采用 CCD 电子耦合器件代替摄像管，实行光电转换、电荷储存与电荷转换。按数量可分为单片、两片、三片式摄像机，三片质量最好。按CCD 的感光面积可把摄像机分为 2/3 英寸、 1/2 英寸等 CCD 摄像机。 尺寸越大质量越好。 CCD摄像机还可以按CCD 电子耦合器件的工作方式分为： IT （行间转移）方式、FT （祯间转移）方式，和 FIT （行帧间转移）方式三种摄像机。一般FIT 摄像机最好， FT 次之， IT 最次。CCD 摄像机体积小，重量轻，寿命长，低工作电压、图像无几何失真、抗灼伤等优点，能拍摄高速运动物体的清晰图像，如飞机和火车的运动。目前电视台使用的摄像机绝大多数都是CCD摄像机。4、按信号方式分类，可分为数字摄像机和模拟摄像机。模拟摄像机处理输出的是模拟信号， 即视音频信号的幅度和时间都是连续变化的信号。数字摄像机输出的是数字信号， 即视音频信号的幅度和时间都是离散的数据。试思考：数字摄像机和模拟摄像机的区别。数字电视信号便于编辑处理，可以长期保存并进行多次复制，抗干扰和噪声能力都较强，不会失真。模拟摄像机信号不便于保存，设备体积大，复制损耗大，失真度高，信噪比一劣化。第二节摄像镜头的构造（本节用 DXC130P、DSR250 演示）镜头是摄像机的眼睛， 它的作用是将要拍摄的景物真实、 清晰的反映到成像装置上。它由聚焦镜、变焦镜、主透镜、光圈组成。从外观上看，它的重要构件有聚焦环、变焦环和变焦开关、光圈、微距聚焦环、倍率镜开关、变焦方式钮、返回视频钮、光圈方式开关、瞬间自动光圈钮等组成。接下来我们分别予以介绍：一、 聚焦环聚焦环是用来调节镜头透镜与成像装置之间的距离， 使成像清晰的部件。 （画图）调焦（对焦、聚焦） ，要使一个景物成像清晰必须依据它与摄像机的远近， 调整镜头的光学中心到成像装置之间的距离。 这个过程就叫调整聚焦点也叫对焦。二、 变焦方式钮：摄像机镜头上的变焦方式， 可分为手动变焦和电动变焦。 他们之间的转换通过搬动变焦方式钮来实现， 变焦方式钮有 S 和 M 两个端子当该断子处于 S 处时摄像机只能用电动变焦开关变焦，当处于 M 端时，摄像机只能用变焦环手动控制变焦，电动变焦开关此时失灵。 （示范）三、 电动变焦开关和变焦环：电动变焦开关， 外观象一个跷跷板， 开关的前端标有字母T ，电动变焦开关按向这一侧，景别变小、焦距变长，镜头中光学组往前推； 后端标有字母W， 电动变焦开关按向这一侧， 景别变大、焦距变短，镜头中的光学组被拉后。变焦环（杆） ，是用于手动变焦的一个装置，它的存在，主要是为了满足拍摄急退急拉镜头的特殊需要。四、 光圈与光圈方式开关：光圈是用来控制光线进入成像系统的机械装置。 光圈方式开关置于 A 处表示自动光圈起作用，置于 M 处表示手动光圈起作用。 在光圈方式开关旁边有一个瞬间自动光圈钮， 在手动光圈的情况下，在点动此钮的瞬间，自动光圈起作用，松开此钮返回手动，光圈锁定于点动此钮时的光圈上。五、 微 距聚焦环：微距镜的本领就是在很短的距离内把很小的东西用大特写清楚的拍摄出来。六、 倍率镜：倍率镜又叫 2 倍镜， 或增焦距镜， 主要用于增长焦距、 放大物像，拍到更远的目标。第三节摄像机镜头的使用方法一、聚焦：1、拍摄固定镜头的聚焦方法：拍摄过程中，按照主要被拍摄对象与摄像机的距离，调节透镜组的距离直至影像在成像装置上得到清晰正确的反映。2、使用变焦镜头的聚焦方法：尽量将镜头推进到所要拍摄的物像， 使物像最大。然后旋转 调焦环，使寻像器上的影像最清楚，然后拉开，你会发现镜头内 的景物都是清清晰的。这是因为景深的关系。那么什么是景深 呢？ ！3、景深：在讲定义之前先作一个知识铺垫。当镜头针对某一被摄物体平面准确调焦后，（该平面称为调焦平面或被摄主体平面） 在像平面上，只有该调焦平面处的物体