第二章-摄像机及其操作技术

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1、第二章 摄像机及其操作技术学习目标 1.了解摄像机的组成、工作原理、种类及主要性能。 2.掌握摄像机的各调整项目、功能特点和使用方法。 3.熟悉摄像机的操作技艺，包括构图以及角度的设计等。第一节 摄像机的基本结构和类型2.1.1 摄像机的组成部件摄像机电视摄像机的电子系统复杂，生产厂商众多，从而其型号和外观有较大的差异，但是无论怎样的摄像机，其基本构成都是相似的。1. 一般摄像机的外观组成2. 一般摄像机的构成系统的结构系统包括光学镜头、光源调整、光电转换、选择按钮、电源、信号输出接口等。(图2-4)212摄像机主要部件的结构原理信号调整、话筒、录像、机身上的其他转换、调整、 构成摄像机的电子

2、系统(信号接收和处理部分) 机械系统(录像机部分) 信号控制与变换系统 摄像镜头系统 摄像机主体 寻像器 话筒 电源1.摄像镜头系统(Lens System)及其功能原理 依光学原理构成的摄像器件一般有光学镜头、滤色镜片和光的分色系统三个部分组成。 从物理含义上看，光学镜头是指安装在摄像机上的、由许多光学玻璃镜片及镜筒等部分组合而成的光学装置。光学镜头是摄像机拾取图像的第一和最重要的器件；滤色片则对所拾得的光像作颜色的预矫正处理；而分色系统则是将进入镜头的外来 光分解为RGB三个基色光像。 拾取景物影像的光学镜头系统也可称之为外部光学系统，有内置(藏)式与外置(露)式之分。专业级摄像机的镜头一

3、般为外置式的镜头是裸露在机身之外的；家用级摄像机的镜头则通常为内置式的，它的优点是安全、镜头不宜被损坏，但放大倍数比较小。 摄像机光学镜头与普通照相机的镜头起着同样的作用，利用它，就可根据需要选择一定的视场范围，并获得这一视域景物被 缩小的清晰的光学图像(再由摄像器件转换成视频信号)。光学镜头本身的性能对在电视屏幕上看到的图像有很大影响。因 此有必要对镜头的光学性质及工作特性再作一定的了解。(1) 镜头的光学特性 为了达到一定的放大倍数并减少像差的影响，摄像机使用的镜头不是单片透镜，而是用几个由若干个镜片组组合而 成的透镜组，并且具备镜头的一般光学特性：焦距 ( Focal Length) 视

4、场角 (Angular Field of View ) 变焦距镜头 ( Zoom Lens ) 调焦 ( Focus ) 可变光阑(Iris, Aperture, Diaphragm) 景深(Depth of Field)焦距 (Focal Length) 平行的直射光线穿过透镜后在另一边的光轴上汇聚成一点，这个点称为焦点。从焦点至镜头中心的距离为该镜头的焦距， 单位是毫米。按透镜焦距的长短，镜头有短焦距镜头、长焦距镜头以及介于两者之间的中焦距镜头之分。不同焦距的镜 头使用在不同的拍摄场合，并获得不同的画面效果。视场角 （Angular Field of View ）从镜头主平面中心向视线方向

5、的两边边缘所张的角，就叫视场角。视场角是表现摄像机镜头视场大小的参数，它决定着 成像的空间范围。摄像景别与视场角有关。 变焦距镜头 （ Zoom Lens ） 变焦距镜头是一种可连续变换焦距的镜头，它由多组透镜组片构成。镜头的变焦距功能可以使摄像机不移动位置就能取 得预想的视野范围。 调焦 （ Focus ） 调焦也称为聚焦。调整焦点的结果是，光线通过摄像机后能准确地会聚在摄像器件的受光面上，从而获得轮廓清晰的景 物图像。除非特别要求，否则摄像镜头的焦距必须调节清楚。调焦 （ Focus ） 摄像调焦有调整前聚焦和后聚焦之分。调前聚焦是使图象清晰，并使像平面落在受光面上。调焦环上刻有标识数字，

6、就 是指示焦点最清晰的景物距离。通常，景物距离可调范围可从1米左右到无限远。后聚焦一般通过调整镜头的后截距（后 焦距）达到目的。后截距是镜头光学系统中“等效透镜”最后一个表面的顶点到像方焦点的距离。实际中的后聚焦调整是 通过调节在变焦镜头后面专设的后聚焦微调环来改变后截距，以保证成像面“永远落在受光面上”。后聚焦调整好之后， 一定要将该调节钮固定住，这样，在实际拍摄时，只需根据景物远近情况调整前聚焦，就可得到清晰的景物图像。家用 摄像机没有该调节钮，但是有近摄调节钮。 可变光阑（Iris, Aperture, Diaphragm） 可变光阑又称光圈，它的原理同照相机。 景深（Depth of

7、Field）摄像机在拍摄时，能获得清晰景象的前后距离就是“景深”。景深的范围可大可小，根据拍摄内容要求不同，对景深的要求也不同。善于控制景深大小，就可以拍摄出有特定含义的 镜头内容。景深与镜头焦距的长短、光圈的大小以及物距的长短有关。（2） 变焦距镜头调整原理 现在的摄像机都采用变焦距镜头，镜头的焦距可连续地随简单操作而变化。从最长焦距到最短焦距，可以开始于任何 焦距长度，然后推入（焦距变长）、拉出（焦距变短），改变成像的大小和视场，使景物在视觉空间里移近或移远，而 不需改变实际物距。 注意：在有焦距变化的同一个叙事镜头中，为了使变焦距过程中的图像始终清晰，必须先调整好焦距，即在近景或特写的前

8、提下，调整好焦距。这样，当景别从近景变化为全景或远景（或反之）时，这个镜头中的图像内容将会始终是清晰镜头籲 一外韶先学泵域f变値距螯头、退光第口加环嵯殊环光圍招無距號诵环AM議杪偉曲中 丫 中*井色狀i成, 构程中的的。图2-5是变焦距镜头的外部结构示意。其中的遮光罩是用来阻挡 可能从侧面进入镜头的强光；调焦环用于调整变焦距镜头的焦距; 变焦环用于改变镜头视野；与照相机一样，光圈是用来控制进入 镜头的进光量；后焦距微调环则是在“近距离”情况下用于调整 焦距的。在可变焦距镜头中，通常是由几组镜头并分别由几十片光学镜片结合而 目的是为了减小摄取图像时可能产生的各种像差。图2-6是变焦距镜头结 的等

9、效原理示意图。 调焦组：用于聚焦。拍摄时，先用特写进行聚焦后，可以保证变焦过 图像会始终保持清晰。 变焦组：通过改变焦距达到改变视野的目的。 补偿组：用以保证在改变前焦距（变焦）时后焦距不变，从而使成像平面不必前后移动。 移像组：移像组又称中间接力镜组；它是固定镜组。由于分色棱镜的接入，靶面后移，用此镜组可保证成像面始终能 清晰地落在受光面上（靶面）。变焦比变焦距镜头分别有一个最长焦距和最短焦距，最长焦距与最短焦距之比称为变焦比”。一般变焦距镜头的型号中通常有 两个相关联的数字，第一个数字表示变焦比，第二个数字表示最短焦距。如变焦范围在9126毫米，其型号就标注为 14*9；反过来，如果一个镜

10、头型号标有90*30，则表明这个镜头具有90倍的变焦比，最短焦距是30毫米，最长焦距是2700 毫米，也就是它的变焦范围是302700毫米。(3) 滤色部分内部光学系统一 所谓滤色就是对由镜头所拾得的光学图像进行颜色的预矫正处理。不同摄像机有不同的滤色光学系统。目前专业级摄像机的光学滤色部分大致相同：经由部分外置的拨动式触盘，拨动预先设定有光学滤色片的拨盘的相应位置，针对外来光源的色温情况作预调整处理，这也就是摄像机的白色平衡的粗调。滤色功能可被控制部分示意图图2-7滤色功能可被控制部分示意图小型家用摄录像机滤色功能就是通过电路技术对色温情况作“滤色调整”的。省略 了光学部件的摄像机可以做得小

11、巧玲珑。(4) 光的三基色分色系统 为了使摄像机能对外来光进行方便而有效的电子化处理，必须将外来的白光进行分色，分解为红、绿、蓝三个基色光。 这个过程由光学分光系统完成。常见的分光系统有两种：平面镜分光系统和棱镜分光系统。2. 摄像机主体部分的主要构成与原理摄像机的主体机身部分主要包括(见图2-4)： 内部光学系统(上文已述)、摄像器件、预放电路、信号处理、电子快门、信号编码、信号记录、视频返送、信号输出 处理等多个部分。(1) 摄像器件 电视摄像机能将景物光转变成电信号，依靠的是摄像器件，它也是决定图像质量的关键器件。摄像器件有电子管摄像器件和CCD器件-半导体摄像器件之分。目前广泛使用的摄

12、像器件是CCD器件，即电荷偶合器 件(Charge Coupled Device)，这是一种利用半导体原理设计制成的复杂的光电转换器件。CCD (Charge Coupled Device)即电荷偶合器件 工作原理 性能指标分解力 暗电流 灵敏度 动态范围 面积(2)预放电路(Preamplifier) 这个电路的作用是将经摄像器件光电转换出来的图像电信号放大成可以激励后级视频信号处理电路工作的信号。 预放电路一般都是由特别低噪声的场效应管来担任，以保证放大后的信号噪声低、增益高和频带宽。( 3) 电子快门( Shutter)电子快门是利用电子技术在时间上控制CCD芯片上电荷的产生与转移，从而

13、得到“快门”效果。 电子快门的特点是无运转噪声、速度档次多、速度快，适合分析快速运动过程，但存在图像的不连续、间断跳跃感。电 子快门速度的标值有1/50、1/100、1/200、1/500、1/1000秒等分级，不同机器设置不同。( 4) 视频信号处理单元 与操作调整相关的视频信号处理单元有：白色平衡(White Balance，简称WB) 在景物光像中，任何一种颜色都可分解为红、绿、蓝三个基色，但是它可能与电视系统设定的理想状况不一致。如 果不进行“强制性”的调整过程，这三个信号分量可能得不到相同的放大量，所拍摄出来的图像就可能偏离原来的颜色。 所以，必须针对“不平衡比例的进光量”，让电路的

14、放大量分别进行 “针对性”的调整，这就是白色平衡调整，它是景物图 像获得正确色彩还原的重要保证。白平衡调整的一般方法:（1）调整前先进行以下设置。 POWER（电源）开关：0N（打开）。 OUTPUT/DL/DCC+开关：CAM位置之一。镜头IRIS（光圈）选择器：A（自动）。 ATW（自动跟踪白平衡）按钮：关闭。（2）根据场景光线条件，设置FILTER（滤色片）控制钮。（3）将W.BAL （白平衡）开关设在A或B。（4）将一白色的物体（纸和布等）置于与拍摄时相同的光线条件下，然后进行对焦，使整个屏幕都成为白色。（5）朝WHT（白平衡）一边推动WHT/BLK（白/黑平衡），然后松手。白平衡调整

15、开始进行。在调整过程中，寻像器 中出现“AUTO WHITE-OP-”（自动白平衡操作）的说明。几秒钟后，调整进行完毕，同时寻像器中的说明变为“AUTO WHITE-OK-”和一个色温值。黑色平衡 （ Black balance ）家用摄像机在出厂前已经调整好了黑色平衡，使用者一般无须再作调整。摄像机只有白平衡和黑平衡都调整正确，所拍摄的图像才可能不论亮暗均不偏色（黑平衡调整的一般方法可参阅各机 器的使用说明）。 当多台摄像机协同工作时，为了保证所摄图像质量，必须进行黑色平衡的协同调整工作，以使不同摄像机尤其在拍摄黑 色物体时，三个基色电平也相等。这时显像管荧光屏上才能反映出不带任何其它颜色的“共同”纯黑色。黑色平衡调整 （1）打开电源开关，检查OUTPUT/DL/DCC+开关是否在CAM的位置之一。（2）将WHT/BLK （白/黑平衡）开关扳到BLK（黑平衡）一边，然后松手。此时，镜头光圈关闭，黑平衡调整开始进行。 在调整过程中，寻像器中出现AUTO BLACK-OP-”（自动黑平衡操作）的说明。几秒钟后，调整进行完毕，同时寻像器中 的说明变为 “AUTO BLACK