电视节目制作系统一

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1、电视节目制作系统 杨晓宏 刘毓敏 主编 高等教育出版社,第1章 彩色电视摄像机 学习目标 1了解电视摄像机的发展历史。 2掌握电视摄像机的分类方法。 3理解电视摄像机的基本工作原理。 4理解变焦距镜头的工作原理。 5掌握以电荷耦合器件(CCD)为摄像器件的工作原理。 6了解同步信号发生器的主要功能。 7掌握摄像机的主要性能指标及其含义。 8掌握摄像机的自动调整功能。 9学会摄像机自动白平衡调整的基本方法。 10掌握摄像机的正确操作步骤。 11懂得摄像机的正确维护。 12理解CCD摄像机中高速电子快门和空间偏置技术的工作原理。 13了解CCD摄像机中采用的新技术和新功能。,第1章 彩色电视摄像机

2、 1.1 电视摄像机的发展 电视摄像机发展至今大致经历了 4个重要时期。,1.2 彩色摄像机的分类 按制作方式分类 1.ESP摄像机（演播室制作） 2.EFP摄像机（现场制作） 3.ENG摄像机（新闻采集）,1.2 彩色摄像机的分类 1.按摄像器件的类型的分类 （1）真空管摄像机 （2）固体摄像机,1.2 彩色摄像机的分类 2.按用途分类 （1）广播级摄像机 （2）专业级摄像机 （3）家用级摄像机 （4）特殊用途摄像机,1.2 彩色摄像机的分类 3.按摄像器件的数目分类 （1）三片摄像机 （2）两片摄像机 （3）单片摄像机,1.2 彩色摄像机的分类 4.按摄像器件的尺寸分类,1.2 彩色摄像机

3、的分类 5.按功能分类 （1）普通摄像机 （2）摄录一体机,1.2 彩色摄像机的分类 6.按使用场所分类 （1）台式摄像机 （2）便携式摄像机,1.2 彩色摄像机的分类 7.按清晰度等级分类 （1）标准清晰度摄像机 （2）高清晰度摄像机,1.3 彩色摄像机的基本组成,1.3.1 基本组成 摄像机是进行光电转换的设备，其基本工 作原理是，利用三基色原理，通过光学系统， 将景物的彩色光像分解为 3 幅单色光像，然后 由摄像器件完成光电转换，并经过视频通道进 行校正、处理、编码后形成所需的复合信号、 分量信号等。,1.3 彩色摄像机的基本组成,1.3.1 基本组成 三片CCD摄像机的组成： 它由光学

4、系统(包括变焦镜头、分色棱镜和滤 色片)、摄像管系统(包括CCD和CCD驱动电器)、视频处理系统(视频信号放大与处理电路)、编码器及同步信号发生器等组成。,1.3 彩色摄像机的基本组成,1.3.1 基本组成,1.3 彩色摄像机的基本组成,1.3.1 基本组成 光学系统的作用是成像、分色、改变入射光的强度和校正摄像机的光谱特性等。 摄像管系统是彩色摄像机中最重要的部分，它是由三片CCD摄像管和驱动电路(水平和垂直)组成，其作用是将红、绿、蓝(R、G、B)三色图像转换为R、G、B三路图像信号。,1.3 彩色摄像机的基本组成,1.3.1 基本组成 视频处理系统的作用是将各摄像管输出的微弱信号经取样保

5、持、放大和各种加工处理(如校正、黑斑校正、孔阑校正、彩色校正等)，使输出的图像信号符合编码要求。 编码器的作用是将R、G、B三路基色信号 按所采用的彩色电视制式的要求，通过混合矩 阵和平衡调制器等电路处理，得到合乎标准的 亮度信号、分量信号和彩色全电视信号，作为 摄像机的输出。,1.3 彩色摄像机的基本组成,1.3.1 基本组成 同步信号发生器的作用是产生摄像机所需要的各种消隐脉冲、箝位脉冲、行场同步脉冲及彩色副载频信号等，有些还产生各种测试信号 (如彩条信号等)以供测试本机和调整形色电视系统之用。 寻像器一般是电子图像监视器，主要供摄 像人员了解所摄取景物图像的内容以及摄像机 输出信号的质量

6、。,1.3 彩色摄像机的基本组成,1.3.1 基本组成 摄像机还有对各种功能实施自动控制的电路及处理音频信号的音频电路等。为了在摄像时录取同期声，摄像机需配接话筒；为了操作方便，摄像机需配备三角架等支撑设备。,1.3.2 光学系统 摄像机光学系统由变焦距镜头、分色棱镜(或分色镜)和各种滤色片等组成。 1. 变焦距镜头,1. 变焦距镜头,调焦组,变焦组,补偿组,光圈,物镜组,后截距,1.3.2 光学系统 1. 变焦距镜头 变焦组：位置可轴向移动，使镜头焦距连续可调。 调焦组：小范围内作轴向移动，以便镜头聚焦。 补偿组：随变焦组作相应的移动，使成像面依旧落 在CCD上。 固定组：使成像面后移，保证

7、一定的后截距，以便 安装分色棱镜。 后焦距：经设计，使镜头在变焦过程中被拍摄主体 物始终保持清楚。,1.3.2 光学系统 1. 变焦距镜头 变焦距镜头的最长焦距与最短焦距的比值称为变焦比率或变焦比。变焦距镜头通常用其变焦比表示，如10 25型变焦距镜头，是指该镜头最短焦距为25 mm ，最长焦距为最短焦距的10倍，即最长焦距是250 mm。,1.3.2 光学系统 2. 光圈 相对孔径 A 光圈系数 F,1.3.2 光学系统 3. 色温滤色片和中性滤光片（CC/ND） 大多数摄像机都是按照3200 K(绝对温度)照明色温设计的，它的白色平衡是按D65，(标准白光源)白色要求调整的。而现实中照明光

8、源常常是变化的，如室外自然光在早、中、晚，阴、晴天时，色温都不一样，这时如用摄像机去拍摄任意色温照明的景物，会产生严重的彩色失真。为了使摄像机在不同色温光照时，拍摄的景物与3200 K光照、平衡于 D65 白色时景物的色彩一致，,1.3.2 光学系统 3. 色温滤色片和中性滤光片（CC/ND） 就得要对由于色温不同而引起的光谱能量分布的变化进行补偿。通常在摄像机光学系统中加入色温校正滤色片(也叫CC滤色片)，它具有一定的光谱特性，可以补偿因色温变化而引起的光谱特性误差，把不同色温的光源，转换到3200K色温光源。一般摄像机是将多个不同的滤色片镶在一个圆盘上，摄像时可根据光源的色温情况拨动圆盘，

9、以适应不同光照时的色温转换要求。,1.3.2 光学系统 3. 色温滤色片和中性滤光片（CC/ND） 当摄像机在强光下工作时，应减少光圈。但有时为了达到一定艺术效果，不允许减少光圈，这就需要在光路中加入减少光通量的衰减器，即中性滤色片(也叫ND滤色片)，它一般设置在分色棱镜前面。ND滤色片不改变入射光的色温，其主要作用是减少光通量。中性滤色片常用的透光率有100、25、10、1.5等。,1.3.2 光学系统,4.分色棱镜,两个多层分色膜Mg、Mb,景物光照,G,R,B,Mg,Mb,Fr,Fb,Fg,三块棱镜1、2、3粘合而成,形成两个空气隙,三片滤色片 Fg、 Fb、Fr,1,2,3,4,1.3

10、.2 光学系统,4.分色棱镜,分色膜：,色膜层n1,d,厚度,空气n0,入射光,反射光,玻璃n2,透射光,分色膜层的反射及透射,1.3.3 摄像器件 摄像器件主要完成光电转换作用，目前主要有： 真空摄像管 固体摄像器件 金属氧化物半导体（MOS）器件 电荷耦合器件（CCD） 电荷驱动器件（CPD,1.3.3 摄像器件 1. CCD器件的结构及工作原理 电荷耦合器件CCD：寿命长、耐震、 电压低、体积小重量轻、均匀性好、 无几何畸变。 （1）CCD的单元结构 势阱： MOS电容器的 结构。所加偏压 越大，势阱越深。,P型硅,电极（栅极）,势阱,氧化硅,1.3.3 摄像器件 1. CCD器件的结构

11、及工作原理 （2）光电转换和电荷储存： 波长小于1000mm 的光通过透明电 极，激发出电子 空穴对,， 光越 强，势阱所捕获 的电子数越多。,P型硅,电子,势阱,光,每三个电 容器为一组，分别与三个相 位不同的时钟脉冲电压相连， 其下的势阱会发生耦合，电 荷包从浅势阱下向深势阱转移。,（3）电荷的转移（耦合）和读出,t3,V1,V2,V3,V1,V2,V3,t1,t2,采用二相脉冲驱动，转移速度会更快。 但四相脉冲驱动会更可靠。,1.3.3 摄像器件 2. CCD摄像器件的主要类型 （1）帧间转移式（FT） 成像部分：,电视隔行扫描 奇数场 偶数场,电视隔行扫描,（1）帧间 转移式（FT）

12、由光 敏成像区、 存储区和 读出寄存 器三部分 组成。,成像区,存储区,读出寄存器,光照部分,遮光部分,1.3.3 摄像器件 2. CCD摄像器件的主要类型 （1）帧间转移式（FT） 场正程：光敏成像区每个单元都在积累信号电荷。 场逆程：全部电荷快速转送到存储区。 下一场正程：成像区各单元继续积累光生电荷； 行逆程：一行光生电荷送进读出寄存器； 行正程：读出寄存器的电荷依次读出。 这样周而复始形成电视图像信号,2. CCD摄像 器件的主 要类型 （2）行间 转移式（IT） 光敏 成像区和 存储部分 以垂直列 相间的形 式组合在 一块CCD 芯片上。,光敏成像区,存储区,读出寄存器,感光部分,垂

13、直位移寄存器,（2）行间转移式（IT） 场正程：成像列积累电荷; 场逆程：电荷一次转移到相应的存储列上； 下一场正程：成像列继续积累电荷； 行逆程：存储列的电荷，上移一个单元； 行正程：读出寄存器的电荷逐次读出。,2. CCD摄像 器件的主 要类型 （3）帧-行间 转移式（FIT） 在IT型结 构上增加存储 区。存储列中 的电荷在场逆 程期间向存储 区快速转移。 拖尾基本 上不存在。,1.3.4 视频处理 1. 预放器 （取样保持电路） 预放器电路将CCD输出的微弱信号加以放大，供后级的视频处理电路使用。,1.3.4 视频处理 2. 增益选择与控制 增益选择（增益提升电路）： 0dB、9dB、

14、18dB三档。 增益控制根据景物照度情况分别对R、G、B路的 放大量进行调节。,1.3.4 视频处理 3. 黑斑校正 色渐变效应； 镜头像场亮度不均匀； CCD灵敏度不均匀； 背景光不均匀等导致图像大面积暗斑或色斑，称为黑斑效应。 黑斑校正用于校正黑斑效应。,1.3.4 视频处理 4. 彩色校正 彩色校正用于调整由于分光棱镜的分光特性，与显像管混色的要求不能完全一致而引起的彩色失真。,1.3.4 视频处理 5. 校正 校正即灰度校正，是为了降低电视机的成本，把显像管在电信号变成光信号时，由于线性不好所形成的亮度和色度失真提前在摄像机内进行校正。,1.3.4 视频处理 6. 轮廓校正（增强） 轮

15、廓校正用于增强图像轮廓的黑白对比度，提高图像清晰度。,1.3.4 视频处理 7. 混消隐、黑/电平控制及黑/白切割（增强） 混消隐及白切割电路用来修整重显图像四周的边幅及除去消隐电平中的噪声。 黑电平控制电路用于调节图像的背景亮度。,1.3.5 编码器 编码器是将红、绿、蓝三基色信号根据需要编成多种多样的输出信号，供不同的录像系统或视频处理系统使用。,1.3.6 同步信号发生器 （1）定时部分 （2）形成部分 （3）放大馈送 （4）台从锁相和台主锁相,1. 4 摄像机的主要性能指标 1.4.1 电荷耦合器件 1. CCD类型 （1）帧间转移式（FT） 优点： 电极结构简单容易制作； 灵敏度高； 水平清晰度高。 缺点： 基片尺寸较大，材料利用率不高； 会产生拖尾现象，必须采用机械快门才能消除 强光下的垂直拖尾； 价格昂贵； 可靠性差。,1. 4 摄像机的主要性能指标 1.4.1 电荷耦合器件 1. CCD类型 （2）行间转移式（IT） 优点： 结构简单； 基片面积较小； 正常照度下的垂直拖尾减轻。 缺点： 光利用率、灵敏度较低； 存储列的电荷下移速度慢，虽有遮光层， 但高亮度下仍会产生垂直拖尾现象； 拍细条栅网状图像时会出现莫尔干涉条纹， 影响水