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1、教育电视系统,主讲人：陈 迪 华中师范大学 信息技术系 影视技术教研室,导学,(教育)电视节目的一般制作流程是怎样的？ 在制作流程中，每个步骤会使用哪些设备？ （教育）电视节目制作设备中，你认为最首要的是哪种设备？ 你在购买该设备时，你会考虑该设备哪些方面的因素？,第二章 摄像机,本章内容 第一节 摄像机的分类与组成 第二节 摄像机的光学系统 第三节 摄像管 第四节 固体摄像器件 第五节 视频信号的放大和处理 第六节 摄像机的自动检测控制 第七节 摄像机的性能指标和调整及使用 教学目标：见书P.3,第二章 摄像机,第一讲 主要内容 第一节 摄像机的分类与组成 第二节 摄像机的光学系统 学习目标
2、 掌握摄像机的分类标准，了解不同种类之间摄像机的性能和功能的差别 掌握摄像机的大概工作原理和主要组成部分 掌握摄像机光学系统的工作原理，特别是光学系统中存在的常见问题及其如何校正 理解光学系统的性能指标。,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 摄像机的组成 摄像机的发展历史,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 摄像机的组成 摄像机的发展历史,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 1按性能和用途分类 （1）广播电视用摄像机（用于电视台和节目制作中心，清晰度700-800线，信噪比60dB以上） （2）专业用摄像机（业务级摄像机一般常用于教育部门的电化教育及工业监视等系统中） （3）
3、家用摄像机（在教学中也常使用此档级的摄象机制作节目或开展微格教学等） 摄像机的组成 摄像机的发展历史,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 2按制作方式来分 （1）演播室制作（ESP）用摄像机 （2）现场节目制作（EFP）用摄像机 （3）电子新闻采集（ENG）用摄像机 摄像机的组成 摄像机的发展历史,链接,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 3按摄像器件的类型分类 （1）摄像管摄像机 （2）固体摄像机 摄像机的组成 摄像机的发展历史,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 4按摄像器件的数量分类 （1）三管和三片摄像机 （2）两管和两片摄像机 （3）单管和单片摄像机 摄像机的组成
4、摄像机的发展历史,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 5按摄像器件的尺寸分类 （1）1又1/4英寸管摄像机（5）2/3英寸CCD摄像机 （2）1英寸管摄像机 （6）l/2英寸CCD摄像机 （3）2/3英寸管摄像机 （7）l/3英寸CCD摄像机 （4）1/2英寸管摄像机 （8）l/4英寸CCD摄像机 摄像机的组成 摄像机的发展历史,摄像管摄像器件,CCD固体摄像器件,CCD固体摄像器件,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 6摄录一体机 摄像机和录像机结合成一体的设备。 可分离型摄录一体机是摄像机配以附加器件，可单独作为摄像机用； 不可分离型摄录一体机是摄像机与录像机完全组合成一个整体
5、，不可分离。 摄录一体机有多种档次，高档的一体化摄录机可用于ENG，家用摄像机一般是低档的一体化摄录机。 摄像机的组成 摄像机的发展历史,摄像机图片展示,摄像机图片展示,摄像机图片展示,摄像机图片展示,摄像机图片展示,摄像机图片展示,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 摄像机的组成 摄像机的发展历史,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 摄像机的组成 摄像机的发展历史,？摄像机是怎样完成视频信号的输出过程？,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 摄像机的组成 摄像机在拍摄过程中，要经过“光电”这一重要步骤； 摄像机主要由三部分组成： （1）摄像光学系统 （2）摄像器件 （3）电路
6、系统 摄像机的发展历史,彩色摄像机的基本结构图,分色示意,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 摄像机的组成 摄像机的发展历史,2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的分类 摄像机的组成 摄像机的发展历史,注：摄像机的发展历史其中主要是摄像机中 电路元件结构和摄像器件的发展历史。,从电路元件结构上可以大致分为三个时期： 电子管时期（60年代前） 晶体管与集成电路时期（60年代至80年代） 数字信号处理时期（90年代开始） 从摄像器件上可分为： 光电发射型摄像管时期（以40年代超正析像管为代表） 光电导型摄像管时期（以60年代氧化铝摄像管为代表） CCD固体摄像器时期（70年代进入实用化阶段）,
7、2.1 摄像机的分类与组成,摄像机的发展大事记 1933年第一支具有实用价值的全电子化摄像管问世，从此，电视摄像技术便由原始的机械电视时期进入了电子电视时期。 1946年超正析像管正式用于广播电视中的三管式彩色摄像机之后，彩色摄像技术便揭开了新的一页。 随着摄像管技术的发展，60年代初，氧化铝摄像管研制成功，在灵敏度、信噪比以及分辨力等方面都明显优于超正析像管，更适合于彩色摄像机，使彩色摄像技术又有了新的发展。 60年代后期，由于荷兰飞利浦公司研制成功了25.4毫米（1英寸）氧化铅摄像管，为彩色摄像机小型轻量化以及扩大应用范围创造了必要条件，紧接着两管及单管摄像机也应运而生。 70年代开始在应
8、用电视方面崭露头角的CCD固体摄像机，由于具有许多摄像管摄像机所不及的显著优点，发展十分迅速。 随着技术及工艺方面的日益成熟，80年代后期CCD彩色摄像机开始进入广播电视领域。,例如：功耗小、寿命长、可靠性高、无情性、会聚性能好、光谱范围宽、动态范围大、信噪比高以及防振、防冲击、防电磁场等等，,体积小、重量轻、功耗省，不仅携带方便，而且价格便宜，为ENG创造了条件。,美国RCA公司于1983年研制成的三板式CCD彩色摄像机，机内设有分光三棱镜，三原色光分别经过三块独立CCD影像感应器处理，在主要技术指标方面已接近或达到了常规的广播用三管式彩色摄像机水平，部分指标甚至超过三管式彩色摄像机。,2.
9、2 摄像机的光学系统,摄像机中的光学系统是对进入到摄像机中的光及其成像过程进行控制的部分。 控制包括（ ？） ： 入射光量的大小 成像的位置、大小、清晰度 对光的颜色进行调整和分解 摄像机光学系统主要包括三部分： （1）外光学系统(镜头) （2）内光学系统(分光(色)系统) （3）中性滤光片和色温滤光片,？各部分分别控制上述 哪些方面？,2.2.1 镜头及其相关,镜头的工作原理 镜头应实现的功能 调焦 变焦 控制光量, 像的亮度光圈,镜头结构图,注意观察，请问你发现了什么？,镜头结构及工作示意图,问题： 1.为什么，凹凸要成对出现？ 2.光圈能不能放在全部透镜组的前面或后面？ 3.为什么移动一
10、个透镜组就能实现焦距的改变？ 4.如何保证焦距改变而像平面不变？,2.2.1 镜头及其相关,透镜成像误差 球差 色差 几何畸变,球差的形成,色差的形成,几何畸变的形成,几何畸变的形成,2.2.1 镜头及其相关,透镜成像误差补偿（校正） 球差及色差的补偿 几何畸变的补偿,2.2.1 镜头及其相关,透镜成像误差补偿（校正） 球差及色差的补偿 几何畸变的补偿,球差及色差的补偿,球差及色差的补偿,2.2.1 镜头及其相关,透镜成像误差补偿（校正） 球差及色差的补偿 几何畸变的补偿,2.2.1 镜头及其相关,透镜成像误差补偿（校正） 球差及色差的补偿 几何畸变的补偿,2.2.1 镜头及其相关,变焦距镜头
11、 1)成像面与焦距的关系 1/f = 1/S + 1/S 由于Sf ，所以上式成为 S f 即摄像管的靶面位置S，应该接近于摄像光学透镜系统的焦点f，这是摄像系统比较特殊的地方。另外，当f改变时，S也变，即成像面改变。,2.2.1 镜头及其相关,变焦距镜头 2)成像大小与焦距的关系 透镜放大率 m：有 m = S/ S 由上式当Sf时 ，S f ，故 m = f/S 即放大率是焦距和物距的函数。 当 S=常数时，则 m与f成正比，即定点拍摄静止物体时，像的大小随f而变化。 当 要求m一定时，则 s与f成正比，即定点拍摄活动物体时，如果要保证物体在画面中的大小不变，则要改变焦距。,2.2.1 镜
12、头及其相关,变焦距镜头 3)视场角与焦距的关系 视场角（即拍摄范围）是由镜头系统主平面与光轴交点看景物或像面的线长度时（Hl或H2，即水平、垂直或对角线）所张的角度在图中的角就是视场角。,2.2.1 镜头及其相关,变焦距镜头 4)像面照度与焦距和透镜孔径的关系,d：光阑的直径 D:有效孔径（又称入射光瞳）,像面照度是像面上单位面积内的亮度。,(1)入射光量与透镜的孔径大小有直接关系 (2)由mf/s可知，焦距越长，像面越大，当透镜的光圈孔径和物体的距离一定时，像面照度就会变低,2.2.1 镜头及其相关,变焦距镜头 4)像面照度与焦距和透镜孔径的关系 考虑上述两个因素对像平面照度的影响，通过统计
13、测算得到像平面的照度E与（D/f）2成正比，即 E（D/f）2 D/f称为透镜的相对孔径.由于一般f D，所以习惯上都用相对孔径的倒数（f/D）采标记光圈的大小，称为光圈指数F，故 E（D/f）2 1/F2 即光圈指数或F指数值愈小，则透光能力越大。,2.2.1 镜头及其相关,变焦距镜头 5)景深与焦距的关系,2.2.1 镜头及其相关,变焦距镜头 6)变焦距镜头的实现 1/f = 1/f1 + 1/f2 - d/f1f2 在实用中总希望组合透镜变焦比尽量大一些（变焦比n等于最长焦距比最短焦距），由上式可以看到，在d一定的条件下，采用一个正透镜（f1=1）和一个负透镜（f2= -1）组合方案，要
14、比采用两个正透镜的组合透镜变焦比大。,镜头的结构图,镜头结构及工作示意图,NVMVI型,注意：不同的镜头在设计时，所用透镜片数不一样！,2.2.1 镜头及其相关,变焦距镜头的技术参数和特性 调制传递函数（MTF） 透光率与光谱特性 几何失真 近摄距离和后截距,调制传递函数（MTF）,用来表示镜头的分解力，成像的清晰度。 像面上实际的亮度变化幅度与理想的亮度变化幅度或者粗条纹的亮度幅度之比，定义为镜头的调制度。,调制传递函数（MTF）,以调制度作纵坐标，以相应条纹的密度（线对数毫米）作横坐标，描绘出各种不同宽度条纹的调制度曲线，称为调制传递函数（MTF）。,调制传递函数（MTF）,由于镜头中心处
15、失真与像差小，中心分解力也较好，而边缘就差些 一般要求区的MTF值不小于06（对于某一严格规定的黑白测试条纹而言） 一般情况下，传递函数（MTF）还与光圈指数大小有关。,透光率与光谱特性,透光率:光路中放入镜头时，光度I与没有镜头时光度I0之比的百分数表示。 要求镜头的透光率大，愈大愈有利于提高摄像灵敏度。 对杂散光要控制在一定范围内，长焦距的杂散光要小于5%，短焦距小于3。 镜头的透光率与入射光的波长有关，不同波长的光的透光率不同，这种特性称光谱特性。,可见光的波长及对应颜色： 紫 380-450nm 蓝 450-490nm 绿 490-560nm 黄 560-590nm 橙 590-630
16、nm 红 630-780nm,几何失真,摄像镜头会产生桶形失真和枕形失真； 失真虽然可以校正，但完全消除失真是不可能的。 失真的度量： G = H/H 100% 20600变焦距镜头mm的整个焦距变化范围内不大于 0.5。,近摄距离和后截距,在f不变的条件下，当物距 S减小时，像距 S会增大。而 Sf ，产生了矛盾； 当S减小到低于某一最小值时，便超出调节范围，像面无法落在摄像管的靶面上，像就 出现模糊不清，此时，物距 S称为近摄距离。一般约0.31.5m； 因此，如要拍摄近距物体时，常用微调镜头的焦距来补偿S的变化。 对于彩色摄像机，在镜头与摄像器件表面之间要安装分光棱镜，镜头最后一个透镜表面到成像面的距离称为后截距。,分色示意,1.如何将混合色的光分出不同的颜色？ 2.如何只留下我们需要的颜色？,2.2.2 分色棱镜及其原理,光程是光在介质中所走的路程与该介质的折射率的乘积 光线I1与I2经过的路程不一样，产生光程差,1.分光原理,2.2.2 分色棱
