第一章 数字电视摄像机.docx
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第一章数字电视摄像机
第一章数字电视摄像机
第一节数字电视摄像机的发展史
一、模拟电视摄像机
最初的电视摄像机诞生于20世纪30年代，采用电子真空摄像管作为摄像器件，信号的处理全部采用电子管电路，体积庞大，耗电多，制造成本高，绝大多数为黑白电视摄像机，图像质量也不理想。
20世纪70年代以前，虽然随着晶体管和集成电路技术的发展，电视摄像机在体积、重量和图像的性能指标等方面都取得了很大的进步，但是，电视摄像机仍采用摄像管作为摄像器件，摄像管的寿命低、性能不稳定，而且不能对着强光进行拍摄，诸多缺点加上高昂的制造成本，使其应用范围主要限制在专业领域，一直没有进入普通百姓的家庭。
1975年，JVC公司推出了家用型VHS电视摄像机，简化了电视摄像机的功能和操作，并大幅降低价格，拉开家用电视摄像机市场的帷幕。
从20世纪80年代初开始，电视摄像机技术迅猛发展，三管式彩色电视摄像机逐渐成为广播电视节目制作的主流设备。
三管式电视摄像机的色彩细腻鲜明，但机身大、色彩重合精度差、寿命短等致命缺点，犹如昙花一现，繁荣之后便逐渐退出历史舞台。
二、功能局部数字化
到了20世纪80年代中期，出现了采用固体器件CCD进行光电转换的板式摄像机，引发了电视摄像机技术的一次“革命”。
数字处理电视摄像机就是在CCD器件的基础上发展起来的。
1989年，松下公司推出了世界上第一台数字处理电视摄像机AQ-20，标志着电视摄像机开始向数字化方向发展，但是，这还不能算作完全意义上的数字电视摄像机，因为它只是在视频信号处理和自动调整部分应用了数字技术，而与其匹配的一体化录像单元还是模拟分量的，因此，最后输出的仍是模拟信号。
三、全数字电视摄像机
20世纪90年代，电视摄像机普遍采用CCD作为光电转换器件，舍弃了笨重的摄像管，机身的体积大大缩小，再加上新格式录像机的小型化，电视摄像机走向摄录一体化和小型化。
1998年，第一部家用数码摄像机问世。
DV数码摄像机采用新一代的数码录像带，体积更小、录制时间更长，由此带动了DV数码摄像机向更小、更轻、更好的方向发展。
随着数字存储技术的进步，电视摄像机向全面数字化、高清化的方向发起新一轮的进攻。
第二节数字电视摄像机简介
二、数字电视摄像机的特点
1.集光、电、磁等知识为一体，是高精密的仪器设备
2．能够完成“光——电——光”图像转换，其产物——活动影像是能够“立杆可见”的。
3.数字电视摄像机具备的色温滤色装置和黑、白平衡调整系统，对摄录操作和具体工作提出一些相关要求。
4.采用先进的微处理CCD和大规模集成电路技术，采用微处理机（MCP）来处理数据和控制各部分协调工作，使得摄像机的处理能力和自动化功能获得极大增强。
5.简化了调整机构和调整方式
6.可以实现精确细致的调整
三、数字电视摄像机的种类
1.按用途分
广播电视用和特殊用途用摄像机
广播电视用摄像机主要用于广播电视系统，技术指标高、图像质量好，但价格昂贵；
除了用于广播电视外，还有其他用途的摄像机都可称为特殊用途用摄像机，如用于工业、交通、医疗、航天探测、商业监视、图像通讯、水下摄影、红外监测等领域。
2.按性能分
广播级
专业级
民用级
3.按摄像器件数量的不同分
三片、二片和单片摄像机
3CCD摄像机，分别产生出红、绿、蓝三个基色信号，能够得到很高的图像质量，彩色还原好，清晰度与信噪比高，但体积大，价格高，主要用于广播级和专业级数字电视摄像机；
单CCD摄像机，采用一个CCD芯片，结构简单、体积小、价格低，图像质量能满足非专业需要，主要用于监视系统及家庭娱乐类数字电视摄像机。
4.目前的数字电视摄像机使用的摄像器件主要是CCD，按CCD芯片的尺寸分，主要有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸和1/6英寸等多种类型。
5.按节目制作方式分
演播室（ESP）用摄像机
电子现场制作（EFP）用摄像机
电子新闻采集（ENG）用摄像机
6.按存储介质分
盒式磁带记录式
硬盘记录式
半导体存储卡记录式
光盘记录式
四、数字高清晰度电视摄像机
数字高清晰度电视摄像机与普通清晰度数字电视摄像机最主要的区别在于扫描格式。
目前数字高清晰度电视摄像机的扫描格式有很多种类，包括1080/50i、1080/60i、1080/50p、1080/60p、720i、720p等。
其中i代表隔行扫描，p代表逐行扫描，1080代表1920×1080的图像分辨率，垂直有效扫描行为1080行，720代表1280×720的图像分辨率，垂直有效扫描行为720行，50或60指场频或帧频（隔行扫描为场频，逐行扫描为帧频）。
多种格式并存的主要原因是目前并存的多种电视制式标准，原使用PAL制的地区，数字电视（包括高清数字电视HDTV）通常选择50为场频，原NTSC地区则通常选择59.94或60为场频。
另外，很多国家虽然已确定了HDTV的传输标准，但并未对HDTV的扫描标准作硬性规定，也是造成数字高清电视摄像机各种扫描格式并存的重要原因之一。
五、无线摄录系统
无线摄录系统主要由摄像机/摄录一体机、无线摄像发送器和无线摄像接收器组成。
六、小型数字摄像机
小型摄像机的优势主要体现在以下几点。
首先，小型摄像机最大的优势在于小巧轻便、快捷灵活，角度多变，易于更换机位。
其次，小型摄像机的优势还在于，一台专业小型摄像机加上一台装有非线性编辑系统的计算机，即可解决前期拍摄和后期编辑中几乎所有的问题，使电视节目制作“办公室化”。
再次，专业级小型摄像机上安装有16比特双声道数字立体声录音系统，比使用复杂的传统录音装置做后期录音要方便得多，用专业小型摄像机的机载话筒直接录制解说，不仅简化了制作工序，而且音质丰满圆润。
小型摄像机与大型专业机器相比，也存在着一些缺憾。
一是由于小型摄像机的体积较小，在不方便使用三脚架的情况下，就要手持拍摄。
此时，轻微的抖动都会使画面产生明显的晃动，特别是在用长焦拍摄时，抖动现象更为明显。
由此可见，抖动现象是小型摄像机最大的缺憾。
所以在拍摄时应尽可能使用三角架，或接近被摄体用广角拍摄。
二是出于体积和重量的考虑，小型摄像机一般采用1/3、1/4、1/5英寸，甚至更小的CCD，而大型摄像机还可采用2/3英寸的CCD，因此小型摄像机获得的图像清晰度和质量可能会稍微逊色于大型机，画面略显单薄，层次偏硬。
三是由于小型摄像机的镜头较之大型机要短、口径要小。
因此，小型摄像机的最低照度、灵敏度以及信噪比都不如大型摄像机，在低照度、高亮度或有复杂光线照射的条件下拍摄，所得图像质量可能并不理想。
小型摄像机的光学单元也比大型机更简单一些。
例如，小型摄像机的伽玛校正能力较弱，对色彩的还原与校正不如大型机。
七、DV数码摄像机
1．按CCD分
按CCD芯片的数量分，DV数码摄像机主要有单CCD和3CCD两种。
2．按储存介质分
按储存介质的不同，可将DV数码摄像机分为DV磁带记录式、光盘记录式、半导体存储卡记录式和硬盘记录式四种。
3．按清晰度等级分
按清晰度等级可把DV数码摄像机分为标准清晰度DV数码摄像机和高清晰度DV数码摄像机。
第三节摄像机的组成及各部分功能
2.镜头的概念（有两种含义）
3.镜头的特性
A、焦距
摄像机的镜头都可被看成为一块中间厚、边缘薄的凸透镜，光线穿过透镜会聚成焦点，焦点至镜头中心的距离即为该镜头的焦距。
焦距的单位是毫米（mm）。
焦距的造型特点
1.决定影像的大小
同一摄像机，物距不变，焦距的长短与被摄体的成像大小成正比。
2.决定被摄景物的范围
当物距不变时，焦距的长短与被摄景物的范围大小成反比。
3.决定画面的透视感
焦距的长短与画面的透视感的强弱成反比，透视感强的画面只用短焦。
4.影响景深
在光圈和拍摄距离不变的条件下，镜头焦距的长短与画面的景深大小成反比关系。
景深较长的画面，宜用短焦。
5.影响画面的稳定性
焦距越长，画面稳定性越差，即抖动感越大。
人物近景，标准镜以上的中焦距，以减少画面的变形。
如果场面中的被摄体太稀松，用长的焦距、远物距，使景物在画面中的排列显得紧凑。
使用广角镜，可获得景深较长，画面影像不会因聚焦不准而虚掉，这对全景镜头来说是可取的，但不适宜于拍中近景、特写镜头。
6.焦距与动感表现
当被摄体在画面中的运动速度不变，用不同焦距的摄影镜头拍摄，在屏幕上再现的速度感不同。
（1）用长焦距摄影镜头拍摄时，被摄体的横向运动速度加强，而用短焦距摄影镜头则减弱了被摄体的横向运动速度。
（2）如果用不同焦距的摄影镜头拍摄被摄体在画面中的纵深运动，假使运动开始时被摄体的影像放大率相同、运动距离和速度不变，由于短焦距摄影镜头的透视能力强，能加强主体的这种运动速度，而长焦距摄影镜头影像比例变化小，需要长时间，因此有减弱这种运动速度和节奏的感觉。
不同焦距的镜头特性比较
放
大
率
透视性
失真
制作中的作用
缺点
广角
小
夸大前景；增大空间感；加快运动速度
背景
较大
突出冲击效果；减小晃动；纵向和横向方向的清晰范围广；有利于场面和气势的描写
近距离不易拍摄人物的特写
标准
无
空间比例正常
小
适合拍摄人物中近景；适合表现庄重严肃的气氛
只能中距离拍摄
长焦
大
压缩空间距离，纵深方向的运动有种减慢感
空间
感较
大
突出重点部分，使主体分离，虚实结合
远距离拍摄时选择长焦会放大机器的晃动感，跟焦较难控制
●不同焦距摄影镜头的表现功能
（一）短焦距摄影镜头的表现功能
1、由于短焦距摄影镜头的造型特点是视角大，具有表现开阔空间和宏大场面的有力条件，所以，它适合于拍摄具有多层景物的远景和全景画面；
2、利用短焦距摄影镜头透视效果强的造型特点进行拍摄是摄影师进行艺术创作必不可少的；
3、利用短焦距镜头线条透视的夸张变形效果形成某种特殊的表现意义（如用短焦距摄影镜头近距离拍摄人物肖像时，能产生特殊的透视变形效果，近而表现人物不同的心态、情绪）；
4、广角镜头和长焦镜头相比较，拍摄同一景别的画面，既能显示环境特点，又能突出主体人物，说明人物身份、刻画人物性格、交代人物动作。
5、广角镜头近距离可完成偷拍、抢拍、抓拍的任务；
6、在运动摄影中，用广角镜头拍摄可得到十分稳定的画面；
7、利用广角摄影镜头景深大、透视效果强的特点，用于表现纵深空间效果；
8、在表现运动方面，由于广角镜头对纵向运动的被摄对象的速度有夸张作用，因此可以利用这种特性强化纵深运动的速度感。
（二）长焦距摄影镜头的表现功能
1、由于长焦距摄影镜头具有视角窄、影像放大率大的特点，它可以把远距离的景物拉近，如要拍摄人物眼睛的特写，或某一细节，刻画人物内心情绪时，长焦距摄影镜头具有了特殊的功能；
2、因为长焦距摄影镜头的景深小，除主体以外，前后景都处于模糊状态，可以把不可回避的杂乱背景处理成虚像（处于景深之外）或者选择背景中比较“干净”的部分进行拍摄，以减少杂乱背景的干扰，达到突出主体的目的；
3、用长焦距摄影镜头远距离摇摄快速运动的物体，造成跟拍效果，不仅突出了主体，同时也增强了被摄体的动感；
4、利用长焦距摄影镜头透视感弱，压缩处于纵深空间的被摄对像之间的空间距离的造型特点，可以把多层景物和人物压缩在一起，加强画面拥挤、堵塞和紧张的感觉；
5、长焦距摄影镜头拍摄横向运动的物体时，前后景在画面中变化快且虚，横向跟摇运动物体，可以获得横向跟移的效果，增强画面的视觉节奏感，表现紧张、不安和欢快等情绪；
6、用长焦距摄影镜头拍摄可完成焦点转换技巧；
（注：
焦点转换有两个条件：
一是景深小，二是被摄体之间的纵向距离要大）
7、画面中的景物焦点有虚有实是正常的，虚焦画面是指整个画面没有焦点，没有一处是清晰的，从技术上讲是废品。
但从艺术上讲，焦点不只是成像的技术手段，而且已经成为营造画面形象的造型手段；
8、长焦距摄影镜头常常用于拍摄人物肖像，故又称作“人像镜头”。
B、视场角
镜头的视场角是指CCD有效成像平面（视场）边缘与镜头后节点所形成的夹角。
从造型角度而言，镜头视场角反映了摄像机记录景物范围的开阔程度，并与被摄对象在画面中的成像效果成反比。
视场角愈大，被摄主体的成像越小，画面景物越开阔；反之，视场角愈小，被摄主体成像越大，画面景物的视野越狭窄。
视场角主要受镜头成像尺寸和镜头焦距这两个因素制约。
各种系列镜头焦距和视场角一览表
广角镜头
标准镜头
长焦镜头
电视摄象机（2/3"）16mm摄影机
10左右
25
50以上
135相机
35mm摄影机
25左右
50
80以上
120相机
35左右
75
100以上
视角
50°左右
23°左右
12°左右
½CCD
1/3CCD
焦距（mm）
3.6
2.6
2.8
6.0
视场角（度）
99
127
96
47.2
C、相对孔径
D、景深
景深是指当镜头针对某一被摄主体调焦清晰之后，位于该主体前后方的景物也能形成清晰影像的纵深范围。
景深主要受光圈（F值）、物距（拍摄距离）和镜头焦距三个因素影响。
影响景深的各项因素
影响因素
镜头
焦距
镜头
光圈
被摄
物距
物体的
亮度
长
短
大
小
远
近
高
低
镜头景深
短
长
短
长
长
短
长
短
4.变焦镜头的使用技巧
1.对变焦距动点、动向、动速的控制
动点是变焦距推拉的启动点和停止点；动向是变焦距的推拉方向；动速是变焦距的推拉速度。
（1）正确控制变焦距动点的基本要求是将变焦距推拉的启动点安排在运动物体（人物）动势最大的那个点上，把停止点安排在运动物体动势停止或消失的那个点上，形成一种你动我也动、你停我也停的镜头运动方式。
（2）动向的把握：
被摄物体的运动方向；画内情绪的要求；情节对造型的要求。
（3）动速的把握：
依据被摄物体的运动速度；依据画内情绪和内容节奏；依据对观众视点调度的快慢。
2．变焦距推拉的起幅和落幅要果断
3．不动机位对同一物体单一方向的变焦距推或拉至少要跨一级景别
4.在变焦距镜头的使用过程中通常需要注意的问题
（1）适当运用支撑物
（2）选择合适的遮光罩
（3）慎用滤光镜
（4）控制景深
（5）保持距离，防止变形
二、主机（机身）
这是摄像机的主体，主要包括内部光学系统、预放电路、信号处理、电子快门、信号编码、信号记录、视频返送、信号输出处理等多个部分，其核心功能是完成光电转换以及信号调整。
1.内部光学系统
摄像机的内部光学系统由色温滤色镜、分光系统和固态传感器组成。
A、色温滤色镜
如果一个物体燃烧起来，首先火焰是红色的，随着温度升高然后它变成了橙黄色，然后变成白色，最后出现蓝色。
色温表示的是光源的颜色成分，即光谱中红的成分较多，还是蓝的成分较多，而不是光源的实际温度。
不同的光源有不同的光谱能量分布，形成不同的色温。
3200K光源被用作摄像机的基定标准光源。
色温高于3200K的光源，色光偏蓝（偏冷），如日光灯、日光、阴天户外等；色温低于3200K的光源，色光偏红（偏暖）,如白炽灯、早霞和晚霞时的日出/日落等。
常见光照的色温
光线
色温（K）
人造光源
蜡烛光
1930
25~100瓦白炽灯
2320~2720
2000瓦石英聚光卤钨灯泡
3000
卤钨灯标准色温
3200
40瓦三基色荧光灯
3530~3630
400瓦摄影镝灯
5300~5600
40瓦普通荧光灯
6800~8000
彩电荧光屏（白色）
6300~9300
自然光源
日出后、日落前2小时直射日光
2000~4000
向阳白昼光（8时~16时）
4300~5200
背荫白昼光
6000~9000
蓝天
10000~14000
阴天
5000~5400
白天平均色温
5600
色温滤色镜：
位于镜头之后，CCD之前，是有色镜片，一般有桔黄色和蓝色两种，并有不同的中性滤光镜与其相组合。
一般情况下，有四档：
1号3200K;2号5600K+1/4ND;3号5600K;4号5600K+1/16ND
中性密度滤光镜：
新型摄像机有时设置多个中性滤光片，滤光片的作用是减少光通量，不改变颜色使用适当的中性滤光片，使得自动光圈张大一些，则图像就会显得比较柔和，提高了电视图像的总体效果。
中性滤光片的使用特性
ND种类
透光率
光圈变化
曝光倍数
密度
2
50%
1
2
0.3
4
25%
2
4
0.6
8
12.5%
3
8
0.9
16
6.25%
4
16
1.2
旋钮显示
色温ND
透光率
曝光倍数
光圈
2
5600K+1/4ND
25%
4
2级
4
5600K+1/16ND
6.25%
16
4级
B、分光系统
以分光棱镜为主体，是由三块棱镜粘合而成，在玻璃三角棱镜的分界面上度了多层薄膜（干涉薄膜），利用光的干涉原理，使某一波长的光从薄膜反射出来，其他波长的光穿过薄膜。
这种棱镜式分光系统，结构简单紧奏，牢固可靠，又耐震动，并可以提供较大的光输出、较小的损失和失真。
单片机不采用分色棱镜分光，而是在摄像器件上内装滤色条来得到三基色图像信号。
C、CCD（chargecoupleddevice）摄像器件
CCD传感器又叫电荷耦合器件，它是一种特殊的固态半导体材料，可记录光线变化，由大量独立的感光二极管组成，一般按照矩阵形式排列，相当于传统相机的胶卷，通常以百万像素为单位。
数码器件规格中的多少百万像素，指的就是CCD的解析度，也就是指CCD上有多少感光元件。
CCD上感光元件的表面具有储存电荷的能力，当其表面感受到光线时，会将电荷反应在元件上，整个CCD上的所有感光元件所产生的讯号，就构成了一个完整的画面。
2.预放电路
由于CCD转换的电信号非常微弱，需要立即放大，才能激励后级的视频信号放大处理器工作，这个预放电路一般由特别低的噪声的场效应管来担当，即放大后，信号噪声低，增益高，（电信号放大倍数大于90分贝），频带宽
3.视频信号处理单元
A、白平衡（whitebalance）调整
原因：
光照色温不是3200K;屏幕表现的艺术需求。
原理：
调整RGB三通道的放大增益，从而改变RGB的混合比例
使不同光照条件下的白色物体都能在屏幕上呈现出白色。
（因为白色比较灵敏，若有偏色，能够容易发现。
）
方法：
镜头对准白色物体，推镜头，使其充满画面，触发自动
白平衡调整开关，改变RGB三通道的放大增益，合成白色，
寻像器屏幕上出现OK.
B、黑平衡（blackbalance）调整
功能：
就是让黑色的景物在屏幕上呈现出黑色，
原理：
RGB的增益最低，而且相同。
方法：
触发黑平衡自动开关时，光圈自动关闭（无论自动
和手动），三路信号同时降到统一的最低水平。
C、总黑电平（masterpedestal）
它是对三路信号的最低电平同时调整（提升或降低），从图像上看它是调整暗部的细节，即对明暗反差的调整。
D、增益
对信号的放大量单位:
分贝dB
4.同步信号发生器
产生一个同步信号保证整个系统的同步工作，使CCD的电荷记录与发送端的摄像器件完全同步。
5.电子快门（shutter）
·常见电子快门值都是以倒数的形式出现60、100、125、250、500、1000、2000、5000、10000。
·数值增大---有效时间减少---信号电平降低；一般用开大光圈来补赏，通常用于光照较强的环境中。
它的启用是以牺牲光通量为代价的。
作用：
增加电子快门，降低快速移动时图像的模糊；在荧光灯下拍摄，使用电子快门减少抖晃。
在增加快速运动物体清晰度的同时，也带来了动作的不连续。
清晰扫描（CLS）
它是电子快门的特殊情况，它的变化是连续的。
主要用于扫描频率较高的景物，如计算机屏幕,使电子扫描频率（通常50HZ）高于线条在屏幕上形成的频率，这样可以使屏幕避免条纹的闪烁。
对于计算机屏幕只能用电子变频来消除；50.1Hz—2067.8Hz.
拍摄屏幕时，屏幕的扫描速率小于快门速度，出现黑道，降低频率；否则，出现白道，增加频率。
黑道和白道随着电子扫描频率的调整逐渐变窄，直至消失，受屏幕设置和运行软件的影响，有时不能完全消除。
对于栏杆和网格可采用改变物距和景别来消除。
三、寻像器
1.功能用于监视摄像机、录像单元的图像质量及其工作状态的告警信息。
2.黑白、彩色；0.511.545英寸；
3.作用：
取景构图、检查焦点，人机对话的窗口，观看录像等。
四、话筒
五、供电系统
第四节数字电视摄像机的面板认识
变焦镜头部分
•手动聚焦环
•手动变焦杆
•手动光圈环
•VTR录制按钮
•RET恢复视频按钮
•光圈瞬间自动按钮：
当IRIS模式开关打到M状态时，只有按下此按钮的同时，才能启动自动光圈，当此按钮被释放时，又回到手动光圈状态。
•宏聚焦环：
用于拍摄微距镜头。
按箭头方向旋转此环，即可给很小的物体拍摄特写，实现微距拍摄。
在宏模式下，不能进行正常的聚焦调整和变焦。
要在宏模式下拍摄图像，应将聚焦环置于无限位置（∞），将变焦环置于最大的广角位置。
此时，要对微距镜头进行调焦操作，请按箭头方向旋转此环，直到聚焦准确。
微距拍摄完成后，请务必将宏聚焦环恢复到正常位置。
（前侧面板）
[ZEBRA]斑马纹开关：
当此开关处于ON位置时，在寻像器或者液晶显示区域就会呈现斑马纹图形，此斑马纹图形可为手动调整镜头光圈提供参考。
如果该开关置于ON位置，则彩条显示时，也会显示斑马纹图形。
斑马纹的默认值为70%—80%。
•SKINAREA（肤色细部）：
可以控制视频信号肤色部分的轮廓突出使肤色看起来柔和光滑。
•[AWB]自动白平衡按钮：
当WHT.BAL开关置于A或B位置并且按下此按钮时，将自动调整白平衡。
在预设、全自动拍摄、全自动白平衡和彩条模式下，该按钮无法启动。
•ACCUFOCUS:
镜头光圈将被强制打开10秒，减小景深，可以更加准确地调整镜头对焦。
•[AUDIOLEVELCH-1]CH-1音频电平控制器
调整CH-1音频信号输入的音频电平。
通常控制器设置为最大（10）位置时使用摄像机。
要使用该控制器，请将AUDIO菜单画面上的CH1FRONTVR项目设置为“ENABLE”。
（左前侧面板）
•[EDITSEARCH+/–]+/–编辑搜索钮
在记录待机方式中按该钮重放录像带，并一直按住。
●在+按钮按住时，以正常速度重放。
松开按钮时，待机方式会在按钮松开处重新进入。
●在–按钮按住时，以–1倍正常速度（倒带重放）重放。
松开按钮时，待机方式会在按钮松开处重新进入。
•[STATUS]状态／菜单钮
•[SHUTTER]快门／菜单拨盘
[AUTOIRIS]自动光圈电平开关
该开关根据摄像机的使用条件选择自动光圈
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