廣播電視技術(shù)概論：第3章 電視攝像機(jī)及使用-原理與鏡頭

3-1攝像機(jī)工作原理3-2攝像機(jī)鏡頭及特性3-3攝像機(jī)曝光控制3-4攝像機(jī)色彩控制3-5攝像機(jī)電子特性3-6攝像機(jī)使用技巧第三章攝像機(jī)及其使用22025/2/26第三章電視攝像機(jī)及其使用攝像機(jī)工作原理攝像機(jī)鏡頭及特性攝像機(jī)曝光控制攝像機(jī)色彩控制攝像機(jī)電子特性攝像機(jī)使用技巧第3頁第一節(jié)攝像機(jī)工作原理攝像機(jī)自二十世紀(jì)三十年代誕生以來，經(jīng)歷了由黑白→彩色、攝像管→電荷耦合器件

CCD（ChargeCoupledDevice）、模擬→數(shù)字、磁帶→半導(dǎo)體存儲(chǔ)等不同發(fā)展階段?？偟内厔?shì)是向小型輕量化、數(shù)字化、高清化、智能化方面發(fā)展。雖然攝像機(jī)的發(fā)展使其電子系統(tǒng)愈發(fā)復(fù)雜精細(xì)，但操作調(diào)整卻愈來愈簡(jiǎn)單快捷。第4頁第一節(jié)攝像機(jī)工作原理一.攝像機(jī)基本組成無論是小巧玲瓏的“掌中寶”攝錄一體機(jī)，還是碩大無比的演播室用攝像機(jī)，雖然它們的外形很不相同，但就其工作原理來說卻是極為相似的，也包括數(shù)字單反、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)，甚至手機(jī)我們都可以把它們分成如下幾個(gè)部分：

1.光學(xué)系統(tǒng)2.光電轉(zhuǎn)換器件

3.視頻處理電路4.調(diào)整與控制

5.尋像器6.電源部分?jǐn)z錄一體機(jī)則還有信號(hào)記錄存儲(chǔ)、話筒等部分。第一節(jié)電視攝像機(jī)簡(jiǎn)介一、攝像機(jī)的基本功能光學(xué)鏡頭成像CCD感光成像電路處理與控制數(shù)據(jù)記錄驅(qū)動(dòng)電路CCD（光電耦合器）視頻信號(hào)DSP記錄單元攝像機(jī)工作原理固定在分光棱鏡上的CCD電荷藕合器件（CCD）第9頁第10頁第11頁松下AC130松下MD10000第12頁二.攝像機(jī)工作原理

1.三基色光像的產(chǎn)生

攝像機(jī)通過鏡頭選擇一定范圍的景致，并聚焦形成彩色光學(xué)圖像，彩色光像由裝在機(jī)身里的分色棱鏡，將其分解成紅、綠、藍(lán)（R、G、B）三個(gè)單色光像。第13頁2.視頻（圖像）信號(hào)的產(chǎn)生在三個(gè)單色光像的成像位置處，分別安置了三個(gè)獨(dú)立的光電轉(zhuǎn)換器件（CCD），它的作用是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，稱為視頻（圖像）信號(hào)。特別要說明的是CCD性能指標(biāo)的高低，是決定攝像機(jī)質(zhì)量最為重要、最為直接的因素。第14頁第15頁3.視頻（圖像）信號(hào)的處理與輸出

CCD轉(zhuǎn)換出來的電信號(hào)，是十分微弱和不完善的，要經(jīng)過視頻信號(hào)處理電路的放大校正加工，才能形成符合一定標(biāo)準(zhǔn)的視頻（圖像）信號(hào)輸出。

4．控制與調(diào)整攝像機(jī)要能夠方便快捷地拍攝出曝光準(zhǔn)確、色彩逼真的畫面，必要的調(diào)整與控制是十分重要的，如對(duì)鏡頭光圈的自動(dòng)控制、黑白平衡的調(diào)整等等。第16頁小結(jié)：1.光學(xué)系統(tǒng)組成：變焦距鏡頭、色溫轉(zhuǎn)換片、分色棱鏡作用：成像、色溫轉(zhuǎn)換、分光2.光電轉(zhuǎn)換器件組成：CCD光電轉(zhuǎn)換器件作用：光電轉(zhuǎn)換3.視頻處理電路組成：預(yù)放器、視頻信號(hào)處理電路、編碼器等作用：對(duì)視頻信號(hào)校正放大、編碼輸出第17頁4.調(diào)整與控制組成：黑、白平衡調(diào)整、光圈、增益、聚焦調(diào)整等作用：攝像機(jī)狀態(tài)調(diào)整和功能控制5.尋像器組成：電子取景器、LCD（LiquidCrystalDisplay液晶顯示屏作用：取景、回放6.電源部分組成：電池、交流適配器作用：為攝像機(jī)提供動(dòng)力第18頁此外攝錄放一體機(jī)（ENG，電子新聞采集）還有7.信號(hào)記錄存儲(chǔ)部分組成：磁帶記錄、硬盤記錄、光盤記錄、存儲(chǔ)卡等作用：記錄視音頻信號(hào)。8.話筒組成：機(jī)內(nèi)話筒、外接話筒作用：拾取音頻信號(hào)192025/2/26202025/2/26話筒尋像器提手電池狀態(tài)參數(shù)外接話筒電源接口肩托存儲(chǔ)卡電源鏡頭機(jī)身212025/2/26HDC3300高清超級(jí)慢動(dòng)作彩色攝像機(jī)光纜接口轉(zhuǎn)接板/快裝板變焦桿機(jī)頭話筒電纜鏡頭電纜尋像器電纜222025/2/26外接機(jī)頭話筒內(nèi)置機(jī)頭話筒尋像器液晶屏一體鏡頭第23頁第二節(jié)攝像機(jī)鏡頭及特性攝像機(jī)通過裝在其機(jī)身上的鏡頭來拍攝景物。為了使用方便，攝像機(jī)基本都是配備焦距可連續(xù)改變的變焦距鏡頭。變焦距鏡頭的許多基本參數(shù)與特性與定焦距鏡頭無異，如焦距、光圈、快門、景深等。除此之外，我們還應(yīng)注意變焦鏡頭裝在攝像機(jī)上的一些特殊問題。箱式鏡頭便攜鏡頭內(nèi)置鏡頭增倍聚焦/調(diào)焦手動(dòng)變焦光圈光圈手動(dòng)/自動(dòng)選擇自動(dòng)測(cè)光RET返看變焦桿攝像按鈕電動(dòng)伺服半伺服半伺服三環(huán)操作簡(jiǎn)易遙控手柄：變焦，攝錄啟/停ELD-低色散鏡片；SLD-超低色散鏡片，抑制色散現(xiàn)象，為真實(shí)的色彩表現(xiàn)提供保證非球面鏡片可以減少鏡片的數(shù)量，在降低重量和減小體積的同時(shí)，能提供更好的光學(xué)性能，成像銳度將會(huì)提高。一般用來解決廣角和變焦鏡頭中的眩光和邊緣變形等問題，在長焦鏡頭中也能提高光學(xué)素質(zhì)。第46頁攝像機(jī)的鏡頭由多片光學(xué)透鏡、光圈和鏡筒組成與一般相機(jī)相比，有一個(gè)大的變速電動(dòng)變焦桿，基本作用是將物體成像在CCD（光電靶）上鏡頭的光學(xué)特性是指由其光學(xué)結(jié)構(gòu)所形成的物理性能。成像參數(shù)：成像感光尺寸、鏡頭參數(shù)鏡頭主要參數(shù)：焦距、光圈(相對(duì)孔徑)、視場(chǎng)角畫面清晰范圍影響：景深第48頁攝像機(jī)的成像一．成像感光尺寸成像感光尺寸是指光像在CCD表面上的有效成像感光面積大小，它與所用CCD芯片大小有關(guān)。攝像機(jī)確定了，CCD芯片和有效成像尺寸也就確定了在表示CCD尺寸時(shí)，1英寸=16mm實(shí)際度量單位中，1英寸=25.4mm為什么？第49頁CCD 成像尺寸(寬×高) 對(duì)角線

鏡頭焦距

參考機(jī)型135 36

×24mm 43.3mm 標(biāo)準(zhǔn)135底片2/3〞 8.8×6.6mm 11.0mm 9～143mm AJ-D910WAE1/2〞 6.6×4.8mm 8.2mm 8.5～102mm AJ-D700E1/3〞 4.7×3.5mm 5.9mm 5.1～51mm DCR-PC330E1/3.6〞 4.0×3.0mm 5.0mm 4.5～45mm DCR-TRV75E1/4〞 3.6×2.7mm 4.5mm 4.2～42mm DCR-PC115E1/4.7〞 3.0×2.3mm 3.8mm 3.6～43mm DCR-HC1000E1/5〞 2.9×2.2mm 3.6mm 3.2～32mm DCR-VD210E1/6〞 2.4×1.8mm 3.0mm 2.3～23mm DCR-DVD91E502025/2/26二、焦點(diǎn)與焦距通常將透鏡組簡(jiǎn)化為一個(gè)透鏡。焦距焦平面焦點(diǎn)透鏡主光軸通過透鏡后，光線路徑又取決于光束射入透鏡的角度和透鏡的結(jié)構(gòu)兩大因素;總的來說，透鏡上任一點(diǎn)的總“偏轉(zhuǎn)角”都保持不變。聚焦點(diǎn)的調(diào)節(jié)聚焦是電視攝像工作中最基本的操作之一基本方法：在構(gòu)圖基本確定后，利用鏡頭變焦把畫面主體在尋像器中推到最大，轉(zhuǎn)動(dòng)聚焦環(huán)進(jìn)行聚焦，再將鏡頭拉開成需要的景別。聚焦時(shí)可選物體反差較大的部分。家用機(jī)不注重手動(dòng)調(diào)焦。第55頁“標(biāo)準(zhǔn)鏡頭”的概念一般來說，用鏡頭焦距長度與成像面對(duì)角線長度相當(dāng)?shù)溺R頭拍攝的畫面，比較符合人眼的透視感覺，此時(shí)的水平視場(chǎng)角大約為45度左右，人們把這樣焦距的鏡頭習(xí)慣稱為“標(biāo)準(zhǔn)（焦距）鏡頭”。攝像師要清楚地知道所用攝像機(jī)CCD的成像尺寸，這樣就能明確標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、廣角鏡頭和長焦鏡頭分別對(duì)應(yīng)的鏡頭焦距，這點(diǎn)極為重要！視場(chǎng)角可使我們準(zhǔn)確地計(jì)算出視場(chǎng)范圍的大小。

焦距的劃分第56頁三．視場(chǎng)角成像尺寸確定后，確定焦距的鏡頭具有一個(gè)確定的視野。鏡頭對(duì)這個(gè)視野的高度或?qū)挾鹊淖畲髲埥欠Q為視場(chǎng)角。視場(chǎng)角有垂直視場(chǎng)角和水平視場(chǎng)角兩種。若成像高度為v，鏡頭焦距為f，則在角β內(nèi)的物體AB,成的像正好全部落在像高v內(nèi)。h為像寬。垂直視場(chǎng)角：β=2arctgv/2f水平視場(chǎng)角：α=2arctgh/2fv第57頁

鏡頭焦距，成像尺寸、視場(chǎng)大小、拍攝距離，相互關(guān)系近似如下:H/h=D/f

V/v=D/f

H：視場(chǎng)寬度V：視場(chǎng)高度D：拍攝距離f：鏡頭焦距h：像寬（被攝物體在CCD芯片上成像寬度）v：像高（被攝物體在CCD芯片上成像高度）582025/2/26第59頁視場(chǎng)角、焦距與成像尺寸視場(chǎng)角、焦距與成像尺寸關(guān)系極大，從表上的數(shù)據(jù)中可清楚看到：焦距相同的鏡頭，用在成像尺寸不同的攝像器件上，其視場(chǎng)角相差很大。一般來說，由于攝像器件成像尺寸較小，裝在攝像機(jī)上的變焦距鏡頭，其廣角明顯不足，窄角（長焦）略顯富裕（這是相對(duì)于135mm照像機(jī)常用鏡頭而言的）。鏡頭的拍攝范圍短焦短于16mm大于60o夸大透視標(biāo)準(zhǔn)16mm50o透視正常長焦長于16mm小于40o壓縮透視1.標(biāo)準(zhǔn)鏡頭與一般人眼的有效水平視場(chǎng)相近（40o--60o）攝像機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距為12mm標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的畫面效果，如拍攝范圍的大小，透視關(guān)系都是最接近人眼觀察習(xí)慣的。畫面表現(xiàn)真切、自然，擁有最清晰的畫面表現(xiàn)是最常用的固定鏡頭。電視攝像中的不同焦距鏡頭特點(diǎn)2.長焦鏡頭長焦鏡頭又稱為望遠(yuǎn)鏡頭、窄角鏡頭等，指焦距大于11mm（2/3’CCD）、視場(chǎng)角小于40度的鏡頭。長焦鏡頭的光學(xué)特點(diǎn)視角窄景深小壓縮縱向空間3.廣角鏡頭比標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距短的鏡頭水平視場(chǎng)在60-130度130-230度稱之為超廣角鏡頭4.變焦鏡頭變焦距鏡頭是一種可以連續(xù)變換焦距的鏡頭電視攝像機(jī)上的變焦鏡頭一般包括廣角部分、標(biāo)準(zhǔn)部分和長焦部分5.6-67mm9-117mm15X17X可以方便產(chǎn)生變焦效果電動(dòng)變焦與手動(dòng)變焦變焦速度與變焦鈕壓下的程度有關(guān)四、光圈相對(duì)孔徑（光圈）是指鏡頭的入射光孔直徑與焦距之比，說明鏡頭透光量的多少，是決定攝像機(jī)光電靶（CCD）光照度和分辨率的重要因素光圈是通過一組活動(dòng)的葉片調(diào)節(jié)鏡頭通光孔徑大小的裝置，從而控制鏡頭的通光量。由于電視技術(shù)的特點(diǎn)，快門速度基本是不變的，在這種情況下，主要靠光圈調(diào)節(jié)通光量攝像機(jī)光圈自動(dòng)為主，輔以手動(dòng)復(fù)雜光線條件下，應(yīng)使用手動(dòng)光圈802025/2/26第85頁五．倍率鏡倍率鏡也稱擴(kuò)展鏡、放大鏡。加入倍率鏡后，原鏡頭的焦距可擴(kuò)展若干倍。如加入2倍（×2)的倍率鏡,原鏡頭焦距9—143mm，則變?yōu)?8—286mm。要注意的是，加入倍率鏡后，到達(dá)成像面上的光通量將減少。加入×2的倍率鏡后，光通量是未加時(shí)的1/4，光圈要增大2檔。增倍聚焦/調(diào)焦手動(dòng)變焦光圈第87頁六.后焦（截）距（法蘭焦距）鏡頭的最后一個(gè)透鏡表面到成象面之間的距離稱為后焦（截）距。在此之間放置分色棱鏡。后焦距調(diào)整好后，不要輕易變動(dòng)，否則聚焦不清晰。需要使用專用圖譜和示波器進(jìn)行精確調(diào)整調(diào)整不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象為：長焦端聚焦清晰后，拉開后短焦端會(huì)變模糊七、景深是指鏡頭能獲得清晰影像的前后范圍，在景深內(nèi)的景物成像都是清晰的。景深范圍受光圈、焦距和拍攝距離的直接影響