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1、实验一 彩色摄像机的结构与检测（一） 摄像机的结构1、实验目的：通过拆卸观察，使同学们能够了解识别摄像机的基本结构，以及基本操作2、实验内容：观察、了解摄像机结构完成摄像机结构报告（型号）记录下列参数：*. 镜头参数：*. 内光系统： 滤色镜分色方式*.光电转换器件*.接口名称、类型.（二） 摄像机的检测1、实验目的：通过实践，能进一步理解摄像机的特性2、实验内容：摄像机灵敏度测试 摄像机水平清晰度测试3、实验步骤：摄像机灵敏度测试:. 白纸充满画框照度 2000lux，反射率 90% .调整光圈. 白电平为 700mv 时. 光圈读数 F 值.白色物体 光圈值 F 示波器 700mv摄像机灵
2、敏度测试报告记录下列参数：. 机型 . 白电平. 光圈值 F. 几个机种测试结果比较.摄像机水平清晰度测试：. 测试卡充满画框 .调整光圈，白电平 700mv 时. 宽条电平 A mv 窄条电平 B mv测试卡 B mv /A mv摄像机水平清晰度测试报告记录下列参数：. 机型. 宽条电平 A mv窄条电平 B mv.调制度 M = B / A %. 几个机种比较. 补充知识：数码摄像机技术指标及选型知识除了利用字幕机或计算机动画设备制作电视图像外，电视节目制作的第一步都是利用摄像机摄取画面。摄像机是产生电视素材信号的最主要设备。如果素材信号的质量不高，那么，要制作质量上乘的作品简直就是天方夜
3、谈。一般来说，经过处理，记录，传输以后，信号质量总会产生不同程度的劣化，很难有明显提高。因此，选择优良的摄像机具有非常重要的意义。近年来，摄像机技术取得了长足的进展。CCD 摄像器件逐渐取代了真空管的摄像器件，后来又出现了数字处理的摄像机。数字处理摄像机问世至今，仅只 10 年。刚开始时，数字处理摄像机还存在若干不足之处。所以，在一段时期中，数字处理摄像机和传统的模拟处理摄像机并行存在，平分秋色。随着技术的飞速发展，现在，数字处理摄像机的功能和技术指标已经全面超过模拟处理的摄像机。因此，模拟处理的摄像机已经难免淘汰的命运。本文阐述 CCD 摄像机的主要指标，数字处理摄像机的若干特点以及将来发展
4、的方向，供选择摄像机时作为参考。一、摄像机发展的简要历程最早的电视摄像机以电真空摄像管作为摄像器件。摄像管在工作之前必须进行预热，时间长了以后，工作状态容易发生漂移。摄像管本身有多项调整，例如重合调整、机械聚焦、电聚焦调整、白黑平衡、黑斑校正调整等。往往在使用一段时间以后，工作状态发生改变，必须重新进行调整。摄像管的耐震动性能差，工作中需要比较复杂的电源供电系统，这一部分的电路十分复杂，因而故障率比较高。以后出现了 CCD 为摄像器件的摄像机。CCD 是大规模集成电路（VLSI）的产品。在 CCD刚刚出现的时期，某些技术指标，例如信噪比、清晰度、灰度特性的指标还达不到摄像管的水平，还有一些 C
5、CD 固有的缺陷。但是，随着 VLSI 技术的进步，近几年来，CCD 器件的技术指标获得了长足进展。现在可以说，CCD 器件的技术指标已经全面超过了摄像管的指标。这样，摄像管的摄像机就彻底退出摄像机的市场了。数字处理摄像机是在 CCD 器件的基础上发展起来的。1989 年，日本松下公司推出了世界上第一部数字处理摄像机 AQ-20 时，曾经引发了一场议论。有人认为，在当时的条件下，模拟处理摄像机的功能已经达到十分完美的程度，似乎没有必要采用数字处理的方法。然而，经过了近十年的实践，现在事实已经证明了，数字处理具有模拟处理无法比拟的独特优点。现在新推出的摄像机，毫无例外都是数字处理的摄像机。二、电
6、视摄像机的三大指标灵敏度，分解力，信噪比统称为电视摄像机的三大指标。是摄像机最重要的技术指标。1、摄像机灵敏度是在标准摄像状态下，摄像机光圈的数值。标准摄像状态指的是，灵敏度开关设置在0DB 位置，反射率为 89.9的白纸，在 2000 勒克司的照度，标准白光（碘钨灯）的照明条件下，图像信号达到标准输出幅度时，光圈的数值称为摄像机的灵敏度。通常灵敏度可达到 F8.0，新型优良的摄像机灵敏度可达到 F11。相当于高灵敏度 ISO-400 胶卷的灵敏度水平。在摄像机的技术指标中，往往还提供最低照度的数据。在选择时，这个数据更为直观，所以具有一定的价值。最低照度与灵敏度有密切的关系，它同时与信噪比有
7、关。最新摄像机的最低照度指标是，光圈在 F1.4，增益开关设置在+30DB 档，则最低照度可以达到 0.5勒克司。在 ENG 条件下使用时，可以选择低照度的摄像机。这样，在外出摄像时，可以降低对于灯光的要求，甚至在傍晚肉眼看得不清楚的环境下，不用打光，也能摄出可以接受的图像。对于演播室应用的场合，利用高灵敏度的摄像机，可以降低对于演播室灯光照时的要求。降低演播室内的温度，改善演职人员的工作条件，降低能源消耗，节约制作的经费。2、水平分解力分解力又称为清度。其含义是，在水平宽度为图像屏幕高度的范围内，可以分辨多少根垂直黑白线条的数目。例如，水平分解力为 850 线，其含义就是，在水平方向,在图像
8、的中心区域，可以分辨的最高能力是，相邻距离为屏幕高度的 850 分之 1 的垂直黑白线条。现在，高档的业务级摄像机能够达到的水平分解力是 800 线。有的摄像机采用像素错位的技术，号称清晰度达到 850 线。实际上，片面追求很高的分解力是没有意义的。由于电视台中的信号处理系统，以及电视接收机中信号处理电路的频带范围有限，特别是录像机的带宽范围的限制，即使摄像机的分解力很高，在信号处理过程中也要遭受损失，最终的图像不可能显示出这么高的清晰度。两部摄像机，即使具有相同的分解力，但是，图像信号的调制度不同时，获得图像的视觉效果也会大不相同。因此，在比较摄像机优劣时，应该在相同调制度的条件下进行比较，
9、分解力越高，则质量越好。一般摄像机产品没有提供调制度的数据，在购买时，应该通过对比，以判明优劣。摄像机的垂直清晰度主要取决于扫描格式，即扫描的行数。因此，对于摄像机的垂直清晰度不必加以考虑。3、信噪比表示在图像信号中包含噪声成分的指标。在显示的图像中，表现为不规则的闪烁细点。噪声颗粒越小越好。信噪比的数值以分贝（DB）表示。最近，摄像机的加权信噪比可以做到 65DB。用肉眼观察，已经不会感觉到噪声颗粒存在的影响了。摄像机的噪声与增益的选择有关。一般摄像机的增益选择开关应该设置在 0DB 位置进行观察或测量。在增益提升位置，则噪声自然增大。反过来，为了明显地看出噪声的效果，可以在增益提升的状态下
10、进行观察。在同样的状态下，对不同的摄像机进行对照比较，以判别优劣。噪声还和轮廓校正有关。轮廓校正在增强图像细节轮廓的同时，使得噪声的轮廓也增强了，噪声的颗粒增大。在进行噪声测试时，通常应该关掉轮廓校正开关。所谓轮廓校正，是增强图像中的细节成分。使图像显得更清晰，更加透明。如果去掉轮廓校正，图像就会显得朦胧，模糊。早期的轮廓校正只是在水平方向进行轮廓校正，现在采用数字式轮廓校正，在水平和垂直方向上都进行校正，所以，其效果更为完善。但是轮廓校正也只能达到适当的程度，如果轮廓校正量太大，则图像将显得生硬。此外，轮廓校正的结果将使得人物的脸部斑痕变得更加突出。因此，新型的数字摄像机设置了在肤色区域减少
11、轮廓校正的功能，这是智能型的轮廓校正。这样，在改善图像整体轮廓的同时，又保持了人物的脸部显得比较光滑，改善了演员的形象效果。三、摄像机的其他主要指标1、CCD 的类型和规格CCD 是大规模集成电路制造的光电转换器件，从字面上翻译叫做电荷耦合器件，根据制作工艺和电荷转移方式的不同，可以分为 FIT 型帧行间转移，IT 型行间转移和 FT型帧间转移等三种类型。常用的是前两种类型。FIT 型的结构较为复杂，成本较高，性能较好，多为高档摄像机所采用。IT 型价格比较便宜，但可能产生垂直拖尾。近年来，由于技术的进步，拖尾现象有所改进。因其价格较低，故多为业务级摄像机所采用。根据 CCD 器件对角线的长度
12、，可以有 1/3 英寸，1/2 英寸和 2/3 英寸等不同规格。CCD是一种半导体器件，每一个单元是一个像素。摄像机的清晰度主要取决于 CCD 像素的数目。一般来说，尺寸越大，包含的像素越多，清晰度就越高，性能也就越好。在像素数目相同的条件下，尺寸越大，则显示的图像层次越丰富，在可能的条件下，应选择 CCD 尺寸大的摄像机，当然价格也就越贵。高级摄像机的像素可能达到 60 多万个。在高清晰度摄像机中使用的 2/3 英寸 CCD 器件，像素数目甚至高达 200 万个。根据摄像机内使用 CCD 的数目，分为单片 CCD 和三片 CCD 两种，电视台使用的摄像机一般都是具有三片 CCD 的摄像机。R
13、GB 分别各由独立的 CCD 进行成像。比较低档的摄像机也可能采用单片 CCD，单片式摄像机只用一片 CCD 器件处理 RGB 三路信号。其价格比较低廉，相应于彩色重现能力比较差。此外，高级的摄像机也可以使用四片的 CCD。除了 RGB外，还专门使用一片 CCD 产生 Y 信号，以提高处理精度。2、灰度特性自然界的景物具有非常丰富的灰度层次，无论是照片，电影，绘画或电视，都无法绝对真实的重现自然界的灰度层次。因此，灰度级的多少只是一个相对的概念。由于显像管的发光特性具有非线性，在输入低电压区域，发光量的增长速度缓慢，随着输入电压增大，发光效率逐渐增大。然而，摄像器件的光电转换特性却是线性的（电
14、真空摄像管和 CCD 器件都是如此） ，因此，必须在电路中进行伽码校正。实际上是从显像管的电光变换特性反过来来推算伽码校正电路应该具有的校正量。要想获得良好的图像灰度特性效果，主要的措施是，必须准确地调整好摄像机的伽码特性。在室内观察，图像中最低亮度与最高亮度之比在 1：20 的范围内是适当的。如果这个比例太大，长时间观看的结果，容易产生视觉疲劳。在这个范围内，灰度层次在 11 级左右，可以获得满意的观看效果。3、动态范围和拐点特性有时，电视摄像是在强光照明条件下，或者是在太阳光下进行的，某些反射体反射出特别明亮的光点，摄像机将产生特别强的信号。如果不加以限制，那么，在电路的处理过程中，信号可
15、能遭受限幅，也就是说，受到白切割。在显示的图像中，将出现一块惨白，没有层次的部分，影响了图像的视觉效果。在电路处理中，是将超亮部分进行逐步压缩，使得在后续处理中不会出现白切割，在图像中的超亮部分保留一定程度的层次，则可以大大改善图像的视觉效果。这种未压缩的输入信号与压缩后输出信号的幅度关系曲线中，表现为在高幅值位置出现曲线的拐点，这就是拐点处理。摄像机能够处理输入光通量超过正常最大光通量的比例，是摄像机的动态范围。现在，优良摄像机的动态范围可以达到600。4、量化比特数现代数字摄像机的取样一般都符合 ITU-R 601（即 CCIR 601）4：2：2 的取样规格。就是说，Y 信号的取样频率为
16、 13.5 兆赫兹，R-Y，B-Y 信号的取样频率分别为 6.75 兆赫兹。量化级可以为 8、10、12 比特。比特级越大，则产生的量化噪声越小，量化噪声是数字摄像机的重要固有噪声源。对于演播室使用的摄像机，应尽可能选用量化比特级高的摄像机。除了量化噪声小外，在运算和处理中，可以获得较高的处理和调整精度，得到更好的效果，有的摄像机采用 4：4：4 的取样格式，甚至 4：4：4：4 的取样格式，是在亮度、两种色差信号之外，还增加了专用的键信号，供信号处理过程中使用。每种信号的取样频率都是 13.5兆赫兹。因为摄像机一般都采用不压缩（比特透明）的数字处理方式，因此，信号的码率非常之高，对于信号处理速度的要求是非常苛刻的。5、中性滤色片 ND新型摄像机有时设置多个中性滤色片，滤色片的作用是减少光通量，这是因为，在强光的情况下，由于自动光圈的作用，光圈会变得很小，产生的图像会显得比较生硬
