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1、彩色电视摄像机,教学内容,了解电视摄像机的发展历史 掌握电视摄像机的工作原理及分类方法 掌握变焦距镜头及CCD的工作原理 了解同步信号发生器的主要功能 学会摄像机的调整、使用及维护 了解CCD摄像机中高速电子快门和空间偏置技术 了解CCD摄像机中采用的新技术及新功能,电视的基本思想是将某处景物的图像在另一处的人眼中重现。 图像重现包含图像信息的获取、转换、传输和再现等过程。,电视信号形成原理,产生视频信号的最主要的设备， 它是一种把景物的光影变成电信号的装置。 视频信号是电视系统中的最主要的信号源， 其性能对电视图像的质量有着根本性的影响。,电视摄像机的发展,电视摄像机的分类,高清摄像机,可以
2、拍摄高质量、高清晰影像， 拍摄出来的画面可以达到720线逐行扫描方式、分辨率1280720， 或到达1080线隔行扫描方式、分辨率 1920 1080的数码摄像机。1080i/1080P？,1080i和720p都是在国际上认可的数字高清晰度电视标准。 其中字母i代表隔行扫描，字母P代表逐行扫描。而1080、720则代表垂直方向所能达到的分辨率。 1080P是目前最高规格的家用高清信号格式。,数字高清晰度电视，就是指在拍摄、编辑、制作、播出、传输、接收等一系列电视信号的播出和接收全过程都使用数字技术。数字高清晰度电视是数字电视(DTV)标准中最高级的一种，简称为HDTV。 它是水平扫描行数至少为
3、720行的高解析度的电视，宽屏模式为16：9，并且采用多通道传送。HDTV的扫描格式共有3种，即1280*720p、1920*1080i和1920*1080p，我国采用的是1920*1080i/50Hz。,HDV，它的标准的概念是要开发一种家用便携式摄像机，它可以方便录制高质量、高清晰的影像。HDV标准可以和现有的DV磁带一起使用，以其作为记录介质。 采用该标准摄像机拍摄出来的画面可以达到720线的逐行扫描方式（分辨率为1280*720）以及1080线隔行扫描方式（分辨率 1440 * 1080）。索尼HC1E就是采用了1080线隔行扫描方式。,彩色摄像机的基本组成,1 通过感光元件将光信号转
4、变成电流,2 将模拟电信号转变成数字信号,3 由专门的芯片进行处理和过滤， 将信息还原，得到动态画面,光学系统,变焦距镜头,光学系统,光圈,光学系统,滤色镜,色温滤色镜,中性滤色镜,色温,色温表示光源的光谱成分，它的变化直接影响着被照物体的颜色反映。即黑体（铁、钨、磁、碳等物质）从绝对零度（-273 ）不加温过程中呈现出的颜色的变化，即不同的温度产生不同的光谱成分，并在被照射物体上反映出差异（正常人眼凭视觉经验能 在任何光线下准确判断物体的本来颜色，摄像机却不能）。 色温，用温度值加K 标示：例如5600K，3200K，或5600K，3200K。色温在应用中，只代表色源色度，不代表色源温度！,
5、光学系统,分色棱镜,三基色适当的选择三种基色，将他们按不同比例进行混合，就可以引起各种不同的彩色感觉。反之，自然界绝大多数的色光也能被分解为三种基色的单色光。 三基色必须是相互独立的，即其中任何一种基色都不能由其它两种基色混合得到； 混合色的色调和饱和度由三基色的混合比例决定； 混合色的亮度是三基色亮度之和。 彩色的这种分解、合成机理称为三基色原理,在彩色电视技术中，选用红、绿、蓝三种基色混合配出各种颜色。,摄像器件,图像信息的获取是通过摄像来完成的，而摄像是通过光电转换 来实现的。在电视系统中，用摄像器件实现光电转换。目前专业电视摄像器件都采用CCD摄像器件；CCD（Charge Coupl
6、ed Device ） 电荷耦合器件，是一种半导体 装置，是一种能够把光学影像转化为数字信号的固态电子器件。CCD以电荷的多少代表图像信号的亮暗； 以时钟信号控制代替电子束扫描，实现图像信号 的摄取、传输和输出；,CCD器件的结构,CCD基本组成成分是MOS光敏元列阵和 读出移位寄存器。 MOS(Metal Oxide Semiconductor)光敏 元的结构，它是在半导体(P型硅)基片 上形成一种氧化物(如二氧化硅)，在氧 化物上再沉积一层金属电极，以此形成 一个金属-氧化物-半导体结构元 (MOS)。,若在电极上加一个正电压，它所形成的电场穿过SiO2薄层，排斥P 型硅中的多数载流子（空
7、穴），在电极下构成一个电荷耗尽区， 而在SiO2Si界面上得到一个可以存储少数载流子的势阱，所加 电压越大，势阱越深；,CCD器件的光电转换和电荷存储,CCD器件的光电转换和电荷存储,光可通过透明电极在硅晶体内激发出电子空穴对，在耗尽区的 电场作用下，空穴流入P型衬底，电子被收集到由MOS栅极形成的 势阱中，即形成电荷包。势阱中所捕获的电荷数目与该处的光照 强弱成正比，光越强，相对应的势阱所捕获的电子数越多。,CCD器件电荷的转移,CCD由许多MOS电容器组成，每N个电容器 为一组，每个电容器的电极分别与N个相 位不同的时钟脉冲电压V1、V2Vn相连； V1、V2Vn的相位关系如图所示，根据N
8、的 数目不同，通常有三相时钟驱动、二相时 钟驱动和四相时钟驱动等，其都是依靠相 应的时钟脉冲序列控制电压高低来实现。,三相时钟脉冲驱动,三相驱动时钟脉冲波形,23,t = t1,24,t3tt2,25,t = t3,26,t = t3,CCD器件电荷的输出,每个像素下面势阱内的电荷包转移 后，需顺序向外电路输出，并转换 成电流信号或电压信号，再由外电 路放大或处理。,CCD摄像器件,用于摄像的光电转换器，必须能够同时接收一幅完整的光像，因 此就不只是接收光像中排在一条线上的列像点，而是二维阵列， 即面阵。面阵CCD器件按信号电荷的传输方式可分为： 帧转移型（FT）摄像器件； 行间转移型（IT）
9、摄像器件； 帧行转移型（FIT）摄像器件；,帧转移型（FT）摄像器件基本构成部分：,相同像素的成像部分； 存储部分； 读出寄存器；,帧转移型（FT）摄像器件工作原理,场正程期间，感光区形成以电荷包形式存在的电子图像。场逆程期间，全部电荷从该光区转移到存储区。下一场正程期间，感光区产生新的电子图像，存储区将上一场的电荷包逐行转移到水平移位寄存器中。,优点： 电极结构简单易于制作 可以将像素做得更密集，有较高的分辨力 由于成象区全部进行光电转换，因而灵敏度比较高 缺点： 芯片面积大 “拖尾”现象（在显示动态图像时出现的边缘发毛、看不清细节的现象）,帧转移型（FT）摄像器件特点,行间转移型（IT）摄
10、像器件基本构成部分：,在一个CCD芯片 上完成感光、 存储和读出的功能,行间转移型（IT）摄像器件工作原理,场正程期间，感光部分按像素对景物分解，并存储电荷。场逆程期间，全部电荷转移到右侧垂直移位寄存器中。下一场正程期间，上一场的电荷包一行一行转移到水平移位寄存器中。行逆程期间，向水平移位寄存器转移一行电荷包。行正程期间，电荷包从水平移位寄存器逐一输出形成信号电流或电压。,优点： 结构简单，芯片面积小 每个独立单元中的感光部分彼此独立，可有较高的空间频率缺点： 为避免测漏光，总感光面积小，故灵敏度降低。 强光下产生“污染”（使拖尾呈现红色）,行间转移型（IT）摄像器件特点,帧行转移型（FIT）
11、摄像器件基本构成部分：,此器件是在行间转移型结构的 传感器与水平移位寄存器之间 附加了场存储区。,帧行转移型（FIT）摄像器件工作原理,场正程期间，感光区形成电荷包形式的电子图像。场逆程期间，电荷包从感光区转移到垂直移位寄存器中，立即转移到存储区。场正程期间，从存储区向水平寄存器转移。,垂直移位寄存器向场存储区传送电子的速度比行间转移方式快，因而消除垂直拖尾现象。广泛用于高档广播设备。,帧行转移型（FIT）摄像器件特点,作业,调查Sony、松下、JVC新款家用机及专业机的技术参数，并分析其性能差别,载流子晶体中荷载电流（或传导电流）的粒子。 金属中为电子，半导体中有两种载流子即电子和空穴。在P型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。,载流子,电子空穴,当半导体的温度升高或受到光照等外界因素的影响，某 些共价键中的价电子获得了足够的能量，挣脱共价键的 束缚，成为自由电子，同时在共价键中留下相同数量的 空穴。 空穴是半导体中特有的一种粒子。它带正电，与电子的 电荷量相同。,CCD器件电荷的产生,若在电极上加一个正电压，它所形成的 电场穿过SiO2薄层，排斥P型硅中的多数 载流子（空穴）； 在电极下构成一个电荷耗尽区，而在 SiO2Si界面上得到一个可以存储少数 载流子（电子）的势阱，所加的电压越 大势阱越深。,光照击出电子空穴对,光照越强电子空穴对越多势阱中集中的电子越多,
