cd彩色电视摄像机

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1、第二章:彩色电视摄像机,电视系统是一个庞大的网络 电视摄像的工作是创作电视画面 电视信号传输过程中受到种种影响,人眼的视觉原理 电视信号的基本原理 电视摄像机概述 摄像机的光学系统 CCD与摄像机信号处理 摄像机使用与电视画面创作,-1 人眼的视觉原理,1.人眼的视力 可见光的范围 400700nm,1.人眼的视力 可见光的范围 400700nm,-1 人眼的视觉原理,1.人眼的视力 人眼对不同光谱组成的光的视觉反应是不同的,-1 人眼的视觉原理,1.人眼的视力 人眼观察亮度的范围为 600 : 1 胶片的宽容度约为100 : 1 CCD的宽容度约为32 : 1,-1 人眼的视觉原理,2.人眼

2、的色觉 加色原理: 人眼中有三种不同类型的感色单元分别代表红/绿/兰三种原色,-1 人眼的视觉原理,2.人眼的色觉 加色原理: 这三种感色单元对于入射光线的不同强度反应导致了人眼不同的色彩视觉反映,-1 人眼的视觉原理,2.人眼的色觉 加色原理: 许多色再现理论都是以三原色的加色法原理为基础的,-1 人眼的视觉原理,3.运动视觉 视觉暂留现象: 人眼运动视觉的流畅性主要依赖画幅变化频率的大小.这个频率大约在 24-30 fps (帧/秒)之间., 电视信号的基本原理,电视画面的摄取是依靠电视摄像机完成的 现代电视摄像机的影像感知体是CCD图像传感器 图像的载体为磁带/硬盘/光盘/磁卡等,电视信

3、号的基本原理,1.电视信号的传输: 依赖庞大的设备系统 信号变化的多样性,电视信号的基本原理,2.电视信号的显示: 电视信号的显示终端面临多种类型: 模拟电视 ATV 数字电视 DTV 标清电视 SDTV 高清电视 HDTV 显像管电视 CRT 等离子电视 PDP TV 液晶电视 LCD TV,数字电视包括数字HDTV、数字SDTV和数字EDTV三种。三者区别主要在于图像质量和信道传输所占带宽的不同。 从视觉效果来看，数字 HDTV为高清晰度电视(High Definition Television)的简称，图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平，高清晰度电视必须至少具备720线逐行(7

4、20p)或1080线隔行(1080i)扫描，屏幕纵横比为16:9，音频输出为5.1声道(杜比数字格式)，同时能兼容接收其它较低格式的信号并进行数字化处理重放。,SDTV(500-600线)即标准清晰度电视，主要是对应现有电视的分辨率量级，其图像质量为演播室水平；要求电视至少具备480线隔行(480i)扫描。该标准是高清电视标准的最低标准。 EDTV为英文Enhanced Definition Television的缩写，意为增强高清晰度电视。要求电视至少具备480线逐行(480p)扫描, 音频输出为杜比数字格式。,LCD TV与PDP TV 液晶电视、等离子电视机为目前民用平板电视的两大类 ，

5、所谓平板电视是相对于传统电视机而言的，这种电视机厚度很薄，一般只有几厘米到10几厘米左右，可以轻易的挂在墙上观看。另外，重量和体积都大为减少。,液晶面板的结构很像汉堡包，液晶（半液体）夹在两个相互呈90度角的偏光板中间，偏光板和百叶窗结构类似，都只能允许一个方向的光线进入。光线从后面的背光板射入，先经过第一层偏光板，偏光板只让一个方向的光线进入，然后光线经过液晶层，偏转90度后，正好能通过第2层偏光板，由于液晶本身没有色彩，所以人们在液晶射出的方向增加了一层彩色滤光膜，薄膜上有很多红、绿、蓝三原色像素。光线受液晶分子的控制，透过每个像素的光线强度也不同，三原色通过混合得到我们所需要的色彩。 简

6、单的说，液晶电视机的显示原理和皮影戏差不多，都是利用光的透射来成像的。,等离子显示单元由前后两片玻璃基板组成，前面板玻璃上有透明ITO电极以及加强ITO导电性的总线电极，并且在电极上覆盖透明的介电层和氧化镁保护层，主要是保护电极不受放电冲击所带来的损耗。在后面玻璃板上有数据电极、介电层以及条状的隔层，在每个隔层内分别印刷红、绿、蓝三种荧光材料。上下基板之间抽真空后封装稀薄的混合气体。 当电极通电后，两电极间电子逸出形成电流，形成电场将惰性气体激发为等离子状态，等离子状态的惰性气体与电子碰撞产生紫外线，紫外线激发红、绿、蓝三种荧光粉发光，从而产生相应的颜色。,等离子和液晶电视的优缺点 液晶本身不

7、发光，光线依赖于背光灯管；等离子为自 发光，不依赖于背光 液晶的透射原理决定了其色彩表现不如等离子电视机 液晶电视耗电省；等离子电视比较费电 液晶电视寿命长；等离子电视寿命相对较短 液晶电视像素密集，静态画面效果好，可以兼作电脑 显示器使用；等离子电视像素相对稀松，不适合作电脑 显示器使用 液晶电视有响应时间问题，动态画面可能出现拖影； 等离子电视机响应时间快，基本不会出现拖影问题 液晶电视和等离子电视都可以做的很大，但目前的技 术条件下，液晶电视机在50寸以下较有优势；等离子电 视超过50寸优势较大,电视信号的基本原理,2.电视信号的显示: 扫描原理 隔行扫描: 现行的电视系统大多用隔行扫描

8、,在信号传输带宽不变的前提下,使水平解像力增加为原来的2倍,隔行扫描：(Interlaced)该技术最先由IBM在其8514A显示器上推出，其原理是在对显示屏进行扫描时，先扫描奇数行，再扫描偶数行，扫描两遍的结果才组成一幅完整的图象。这种扫描方式容易实现，成本较低，但是在分辨率达到800600或更高时，这种扫描方式下的图像会有很大的闪烁感，容易使操作者眼睛疲劳。一般大屏幕彩色显示器都不采用这种扫描方式,电视信号的基本原理,2.电视信号的显示: 逐行扫描: 它可以看做一条近似的水平线在垂直方向上的延展。,逐行扫描：(Non-Interlaced)针对隔行扫描方式的缺陷推出了逐行扫描方式，这种方式

9、是按顺序(不跳行)扫描输出，一次扫描完毕就组成一幅图象。显示画面没有闪烁的感觉，因此更适合高分辨率下使用，但是对显示器的扫描频率和视频率带宽也提出了较高的要求。很明显，扫描率越高，刷新速度越快，显示就越稳定。现在所有的大屏幕彩显都采用的是逐行扫描方式, 电视信号的基本原理,2.电视信号的显示 不同电视制式的技术参数, 电视信号的基本原理,3.电视信号的标准 分量视频信号 为了保证电视信号在系统间传输减少损失 ,一般专业设备均具备分量信号的输入输出. 复合电视信号 为了方便,大多数电视设备将分量信号组合后送入一条通道,这一经过重新组合的信号称为复合信号., 3 电视摄像机概述,电视摄像机研制始于

10、20世纪30年代 20世纪80年代CCD固体摄像器件开始投放市场, 3 电视摄像机概述,电视摄像机的分类 按性能用途分: 手提式摄像机 掌中宝等家用机 新闻采访机 新闻采集用肩扛式摄录一体机 演播室用机 大型座机 按成像质量分: 家用级 业务级 广播级 按所用的光电转换器件分: 电真空器件（光电管）摄像机 电荷耦合器件（）摄像机, 3 电视摄像机概述,电视摄像机的基本组成: 摄像镜头 寻像器 摄像机机身 录像包 随机麦克 电池盒 电缆接口, 3 电视摄像机概述,索尼DSR-250p DSR-PD190P,: 摄像机的光学系统,镜头是摄像机上最昂贵的组件 最常用的是光学变焦镜头 镜头最重要的参数

11、是透光性和焦距,1 光学镜头,光圈与光圈系数 镜头纳光本领的大小主要依赖于光圈直径的绝对值,1 光学镜头,光圈与光圈系数 光圈系数等于镜头焦距与光孔直径之比: 光圈系数= f / d f不变: df/d,在室外环境照度是变化的，而且变化大于摄像机的自动增益控制范围，所以摄取室外景物时应采用自动光圈镜头。 来自被摄物体的光束经自动光圈镜头成像于光电传感器的光敏区，摄像机输出的视频信号经整流滤波成直流电平与一个基准电平进行比较，若直流电平大于基准电平，驱动器发出使伺服系统关小孔径光阑叶片的信号以减少进光量，若直流电平小于基准电平，驱动器发出使伺服系统打开光阑叶片的信号以增大进光量。直至直流电平与基

12、准电平相等，表示进光量合适。,摄像机控制曝光的手段 光圈控制是电视摄像机曝光控制的最重要的手段 自动光圈 手动光圈 快门速度 增益,2 镜头的调节因素,调焦环与调焦 专业摄像机上的调焦环都是手动的 调焦规律 近顺远逆 近快远慢,在某些特殊情况下，画面的焦距不是那么稳定，让人难以把握，这时就需要采用手动聚焦来调整。 哪些情况下需要手动聚焦？ 如何手动聚焦？,2 镜头的调节因素,焦距环与变焦 专业摄像机上的变焦环都是电动/手动可调的 变焦比是一个镜头变焦能力的指标 有些镜头在光路中安置了扩展镜,3 镜头的影像结构,摄像机镜头成像的影像结构是指影像在大小和虚实上的组成 透视关系及其影响因素 近大远小

13、是镜 头成像的固有规 律. 镜头焦距对透 视的影响,镜头焦距对透视的影响,200mm 35mm,3 镜头的影像结构,景深及其影响因素 景深是画面结构的重要因素,不同的景深导致了不同的影像美感和时空理念.,3 镜头的影像结构,景深的概念 物体在焦平面上形成较为清晰影像的最近点至最远点的景物范围,3 镜头的影像结构,景深的大小 景深的大小是指景深近点和远点之间的距离,3 镜头的影像结构,景深及其影响因素 光圈 光圈景深 焦距 焦距景深 拍摄距离 距离景深,3 镜头的影像结构,分光系统 专业摄像机是利用加色法原理来实现色彩再现的. 常用分光棱镜将入射光线分成红/绿/蓝三种原色光.,3 镜头的影像结构

14、,滤镜系统 滤镜转盘 校色滤色镜 中灰镜 效果滤境,: CCD与摄像机信号处理,CCD(电荷耦合器件)作为图像传感器是摄像机的心脏, : CCD与摄像机信号处理,CCD与光电显像管相比有如下特点: 物理性能: 体积小 重量轻 高效能 感光性能: 高效率 较小的信噪比 机械性能: 不会磨损 不易被强光损伤 高光处理: 良好的高光景物再现,1 CCD的结构和工作原理,CCD可以被看作是一 个个整齐排列着的单个“细胞”组成的矩阵像素. 它们在受到光照时会产生电荷,电荷的积累形成电流,电流被转移的同时就形成了电信号.,2 CCD的技术性能,CCD的运动效果 在CCD中设有电子快门装置,其功能是降低电荷

15、积累时间或者说是缩短曝光时间.,常用CCD的尺寸 摄像机中的CCD尺寸常见的有1/4 、1/3 、1/2 、2/3等,尺寸小者一般用于家用摄像机,大者则用于专业级别的摄像机,CCD与胶片成像质量的比较 CCD的传输特性是 线性的而胶片的特性曲 线有明显的趾部和肩部 胶片表现在高光和暗 部有丰富的层次变化， 加大了宽容度,3电视摄像机的信号处理,摄像机信号处理的基本环节 模数转换: 将输出的模拟信号转换为数字信号 视频放大: CCD信号提高到足够水平 反差压缩: 降低信号的动态范围 影像增强: 改善影像的锐度和噪声水平 色彩校正: 校正光学色彩失真及多机拍摄 伽玛校正: 用于补偿传输特性的非线性

16、化 编码 : 输出信号必须具有的兼容格式 视频压缩: 降低用于存储和传输的数据量,4 视频信号的压缩,信号的压缩 无论是分量还是复合信号都会产生非常大的数据传输量。 无损压缩与有损压缩,4 视频信号的压缩,压缩基础 相邻的像素,无论是水平方向还是垂直方向,在固有色彩的画面区域会重复相同的信息。 空间压缩就是要发现这些存在于像素之间的关联。 时间压缩就是去发现那些画面中较前一帧那些没有改变的部分。,4 视频信号的压缩,目前存在多种压缩标准,在视频制作领域最重要的压缩标准是: JPEG 和 MPEG 空间压缩 JPEG 将单帧画面中的多余量分成88像素或1616像素的像素块,将像素块进行变换,将其变化