電視攝像機(jī)和電影攝像機(jī)有何不同

920萬像素超級“電影攝像機(jī)”全透視

描述電視攝像機(jī)質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)有:
攝像器件的數(shù)量、尺寸、種類、像素?cái)?shù)，如3片2/3英寸幀行間轉(zhuǎn)移式CCD，像素?cái)?shù)786×581;
靈敏度，如在照度2000Lux，色溫3200K，0dB增益下光圈用F8.0;
信雜比:S/N，如60dB;
水平分解力，如700電視線; 重合誤差，如少于0.05%; 垂直拖尾，如-120dB; 動態(tài)范圍，如600%等
現(xiàn)代電視攝像機(jī)為了提高質(zhì)量，在鏡頭方面、CCD攝像器件方面和視頻處理方面都采取了一系列先進(jìn)技術(shù)，包括從模擬向數(shù)字化
方向發(fā)展。

1，采用內(nèi)聚焦式變焦距鏡頭
現(xiàn)代CCD攝像機(jī)的迅速發(fā)展，對攝像鏡頭提出了更高的要求，在CCD攝像機(jī)中，CCD片直接固定在分光棱鏡上，雖然精度很高，但一經(jīng)固定就不能移動。它不能象攝像管那樣可前后微調(diào)位置，以減少鏡頭縱向色散像差的影響。又因?yàn)镃CD的信號輸出是靠時鐘脈沖驅(qū)動電荷轉(zhuǎn)移而得到的，不像攝像管中，依靠電子束的連續(xù)掃描來拾取信號，所以對鏡頭的橫向色散引起的重合誤差亦無法校正，因此要求在鏡頭的設(shè)計(jì)階段就將色散校正到最低限度。CCD攝像機(jī)鏡頭的光學(xué)玻璃質(zhì)量應(yīng)更好，并精確計(jì)算好R、G、B的成像面位置。近期又推出內(nèi)聚焦式鏡頭。以往的外聚焦式是聚焦組透鏡在鏡頭的最前方，調(diào)焦時可前后移動，前面遮光罩也隨之旋轉(zhuǎn)。而內(nèi)聚焦方式是聚焦組鏡頭分固定和可移動兩部分，固定部分在前，可移動部分在后，調(diào)焦時變焦距鏡頭前端(連同遮光罩)固定不動，而后面可移動部分移動，這種方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜些，機(jī)械精度要求高，但可做到最合適的像差校正。因?yàn)閮?nèi)聚焦式鏡頭在調(diào)焦時前端固定不動，所以可將遮光罩做成畫面形狀的矩形。這樣可充分通過有效光線而遮擋無用光線，與圖形遮光罩相比，可減輕雜散光的影響，并且便于安裝有確定位置關(guān)系的各種濾光鏡，如偏光鏡、交叉光鏡和半彩色濾光鏡等。調(diào)焦時，用它們所得出的畫面效果不會改變。另外還有可移動部分鏡片少，重量輕，操作方便，電機(jī)驅(qū)動時省電、調(diào)焦速度快等優(yōu)點(diǎn)。

2，采用第四代CCD攝像器件及其發(fā)展
CCD攝像器件進(jìn)入廣播電視領(lǐng)域后，發(fā)展迅速，每年都有改進(jìn)，新的CCD攝像機(jī)不斷問世。CCD的缺點(diǎn)不斷克服，性能不斷提高，在靈敏度方面已超過攝像管攝像機(jī)一檔光圈，水平分解力達(dá)700電視線以上，信雜比達(dá)60dB以上，重合精度達(dá)到小于0.05%，幾何失真達(dá)到測不出的程度，彩色還原趕上氧化鉛管攝像機(jī)。CCD垂直拖尾、固定圖形雜波和網(wǎng)紋干擾等缺點(diǎn)也正在克服。CCD攝像機(jī)的發(fā)展關(guān)鍵是CCD器件的不斷創(chuàng)新。第一代FT(幀轉(zhuǎn)移)式CCD是FT-4，每行600有效像素;第一代IT(行間轉(zhuǎn)移)式CCD每行500個有效像素。1986年第一代CCD應(yīng)用于專業(yè)攝像機(jī)，靈敏度低、在標(biāo)準(zhǔn)條件下光圈F4、網(wǎng)紋干擾明顯且垂直拖尾色偏紅較嚴(yán)重。第二代FT CCD是FT-5，每行有效像素784個;第二代IT式CCD是空穴積累二極管傳感器CCD，每行有效像素786個。1989年第二代CCD應(yīng)用于CCD攝像機(jī)，其靈敏度為F5.6，水平分解力達(dá)700電視線。第二代CCD有了空穴積累層，使暗電流減小到原來的1/10，減小了像素面積，提高了像素密度，并減輕了垂直拖尾，使拖尾不再發(fā)紅。第三代CCD 1991年應(yīng)用于CCD攝像機(jī)，其特點(diǎn)是提高了靈敏度，比第二代CCD攝像機(jī)減小了一檔光圈，IT式CCD的第三代稱為高精度空穴積累二極管CCD(Hyper HAD CCD)，用它可使攝像機(jī)的光圈減小到F8.0。第三代CCD的結(jié)構(gòu)與第二代CCD基本相同，不同的是在它表面上增加了一層微透鏡，稱為片上透鏡，在傳感器上為凸透鏡，在垂直轉(zhuǎn)移寄存器上為凹透鏡，這樣可使較多的入射光聚集到傳感器上，從而提高了靈敏度，也減少了漏進(jìn)垂直轉(zhuǎn)移寄存器上的光，進(jìn)而減輕了垂直拖尾。用這種CCD攝像機(jī)拍攝時，光圈不用太大，景深可大些，低照度下圖像雜波較小，信雜比提高，也有利于提高電子快門速度。但片上微透鏡也有一些缺點(diǎn):一是會使“空間像素偏置”效果降低，因而影響了靜止圖像的清晰度;二是在因照度低而加大光圈時，入射到微透鏡上的遠(yuǎn)軸光線不能聚焦到感光面上，使靈敏度受影響，也會使垂直拖尾加重。第四代CCD，1992年第四代CCD攝像機(jī)投入使用，其特點(diǎn)是高分解力，其典型產(chǎn)品是Hyper HAD 100型FIT(幀行間轉(zhuǎn)移)式CCD，有效像素為980×582=570360個，高達(dá)62萬像素，高清晰度電視(HDTV)攝像機(jī)所用的CCD像素達(dá)200萬。
最近又出現(xiàn)了Power HAD CCD。過去的Hyper HAD CCD安裝的片上透鏡大大改善了攝像機(jī)的性能。Power HAD CCD技術(shù)是在此基礎(chǔ)上應(yīng)用了最新的電路處理技術(shù)，其傳感器進(jìn)一步減小了垂直拖尾，擴(kuò)展了畫面創(chuàng)作的自由度，靈敏度也相應(yīng)提高，在光線較暗的環(huán)境下，良好的信噪比使我們?nèi)匀豢梢垣@得出色的畫面。例如SONY的數(shù)字Betaeam攝像機(jī)DVW-709 WSP和DVW-790 WSP的靈敏度達(dá)F9.0光圈;而DVW-707P的靈敏度達(dá)F10光圈，它們都安裝了Power HAD CCD單元。高靈敏度CCD和超級增益電路(如+48dB)，使新型的數(shù)字Betacam攝像機(jī)在低于0.2Lux的光線下也可以進(jìn)行拍攝，其對色彩的識別能力甚至超過人眼的識別能力。又例如SONY最新開發(fā)的BVP-570演播室攝像機(jī)，應(yīng)用Power HAD 1000型CCD，有4∶3和16∶9兩種格式，62萬像素，信雜比63dB，靈敏度F8.0光圈、 拖尾電平為-145dB(FIT型)和-120dB(IT型)。

3，先進(jìn)的視頻處理技術(shù)
由于鏡頭、分光系統(tǒng)和攝像器件的特性都不是理想的，所以經(jīng)過CCD光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的信號不僅很弱，而且有很多缺陷，如圖像細(xì)節(jié)信號弱、亮度不均勻、彩色不自然等，必須經(jīng)過視頻信號處理放大器對圖像信號進(jìn)行放大和校正，否則所拍攝出來的圖像就會質(zhì)量不高。視頻處理放大器包括:黑斑校正、增益控制和調(diào)節(jié)、自動白平衡、γ預(yù)校正、彩色校正、輪廓校正、γ校正、雜散光校正、黑電平控制、自動黑平衡、混消隱、白切割等，較先進(jìn)的攝像機(jī)還有自動拐點(diǎn)，色度孔闌、超高帶孔闌、軟輪廓、黑擴(kuò)展、黑壓縮、超級彩色電路等。

數(shù)字信號處理攝像機(jī)則由模擬處理部分和數(shù)字處理部分組成，CCD輸出的圖像信號經(jīng)過預(yù)放后進(jìn)入模擬處理部分，完成黑斑補(bǔ)償、自動黑/白平衡、雜散光校正、白斑補(bǔ)償、增益控制、γ預(yù)校正等，這些部分如果也采用數(shù)字處理，則要求信號量化數(shù)用13比特，否則將出現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換中量化比特?cái)?shù)低的問題。除以上部分外，后面部分用10比特量化進(jìn)行數(shù)字處理，包括彩色校正、輪廓校正、γ校正、混消隱、白切割、色度孔闌、二維濾波、數(shù)據(jù)檢測、編碼矩陣、彩條發(fā)生器。其主控器由微型機(jī)和ROM、RAM、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路等組成。

數(shù)字信號處理攝像機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn):
1高穩(wěn)定性和高可靠性，數(shù)字信號處理受溫度影響小、干擾小，數(shù)字處理容易做成大規(guī)模集成電路，各種參數(shù)存儲在存儲器里，調(diào)節(jié)時采用數(shù)字設(shè)定、微機(jī)控制，取消了大量的調(diào)節(jié)電位器，減少了調(diào)節(jié)點(diǎn)，也減少了調(diào)節(jié)量，并可長時間保持不變，所以其穩(wěn)定性和可靠性大大提高。
2圖像質(zhì)量提高，許多在模擬處理中無法進(jìn)行的工作可以在數(shù)字處理中進(jìn)行，例如二維數(shù)字濾波、膚色輪廓校正、細(xì)節(jié)補(bǔ)償頻率微調(diào)、準(zhǔn)確的彩色矩陣、精確的γ校正等，這些處理都提高了圖像質(zhì)量。
3調(diào)節(jié)精確靈活，各種調(diào)節(jié)是通過數(shù)字設(shè)定，比用電位器調(diào)節(jié)準(zhǔn)確而容易。各臺攝像機(jī)的參數(shù)差別是難免的，對于模擬攝像機(jī)很難使各臺攝像機(jī)調(diào)節(jié)得一致，而用數(shù)字處理可通過均衡各參數(shù)值的方法把各攝像機(jī)之間的差別縮減到最小，可以用一個調(diào)節(jié)卡調(diào)節(jié)各臺攝像機(jī)，并且攝像機(jī)的許多參數(shù)都可以調(diào)節(jié)和設(shè)定，設(shè)定的參數(shù)可很大范圍內(nèi)變化，調(diào)節(jié)量可迅速改變、存儲和讀取。
4寬高比可變，可進(jìn)行畫面格式16∶9和4∶3變換。

人眼的視覺對圖像和亮度有很寬的動態(tài)范圍，人眼對高亮度和黑暗部分的景像細(xì)節(jié)都看得清楚，然而用攝像機(jī)拍攝高反差的圖像時，若調(diào)整光圈大小適合于明亮部分，則暗部分的層次細(xì)節(jié)就很難重現(xiàn)出來，反之亦然。為了擴(kuò)大攝像機(jī)的動態(tài)范圍，都采取了白壓縮、自動拐點(diǎn)電路和黑擴(kuò)展、黑壓縮等先進(jìn)技術(shù)。對高亮度圖像把白切割電平提高到115%;在電平為(100~115)%部分采取白壓縮的方法，使放大器增益減小，這樣在入射光超過200%之后，輸出電平才達(dá)到白切割電平，因此在入射光(100~200)%的范圍內(nèi)，其圖像的亮度層次仍然重現(xiàn)出來，從而擴(kuò)大了動態(tài)范圍。白壓縮開始作用的點(diǎn)即增益減小的起始點(diǎn)，稱為拐點(diǎn)(KNEE POINT)。對于拍攝高對比度的景像，如逆光像，若把拐點(diǎn)設(shè)在比100%高得不多的電平處，動態(tài)范圍還是不夠的。若調(diào)節(jié)光圈使較暗的前景圖像亮度合適時，則很亮的背景部分就完全失去了灰度層次而呈現(xiàn)一片白，反之亦然。為了提高動態(tài)范圍，現(xiàn)代攝像機(jī)都采用了自動拐點(diǎn)(AUTO KNEE)電路，其拐點(diǎn)可隨入射光的強(qiáng)度自動調(diào)節(jié)。當(dāng)入射光增強(qiáng)時拐點(diǎn)自動降低，在拐點(diǎn)降低到85%時，入射光強(qiáng)度增高到600%，攝像機(jī)輸出的信號電平仍不超過切割電平，即重現(xiàn)圖像在高亮度處仍能顯示出灰度層次，也就是攝像機(jī)的動態(tài)范圍已由100%擴(kuò)大到600%。但是傳統(tǒng)的模擬攝像機(jī)，其拐點(diǎn)處理是紅、綠、藍(lán)各通道單獨(dú)進(jìn)行的。

由于拐點(diǎn)校正是一種非線性的處理過程，它又位于γ校正之后，當(dāng)重新設(shè)定之后，色度、亮度和飽和度的平衡都會被改變，每一種拐點(diǎn)電路所處理的相關(guān)顏色的點(diǎn)都完全取決于畫面的構(gòu)成和色彩的平衡，因此當(dāng)某一顏色處于轉(zhuǎn)換曲線的非線性部分時(超過拐點(diǎn)部分)另一顏色可能仍處于線性部分(低于拐點(diǎn)部分)，在這種情況下畫面中高亮度區(qū)域的色度信號會發(fā)生變化，色彩不能得到真實(shí)地再現(xiàn)。為了解決這個問題并改善畫面的總體質(zhì)量，新的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)增加了Trueye處理功能，其拐點(diǎn)處理是在γ校正之前用亮度、色調(diào)和飽和度來代替單獨(dú)的紅、綠、藍(lán)信號進(jìn)行處理，這樣拐點(diǎn)校正就只對亮度信號有效，不會造成色調(diào)偏轉(zhuǎn)，但飽和度會隨著信號電平接近切割電平而慢慢降低，拐點(diǎn)飽和度功能可以將畫面中被壓縮處理的區(qū)域的飽和度恢復(fù)過來，使色彩飽和度真實(shí)地再現(xiàn)。黑擴(kuò)展(BLACK STRETCH)可以只提高低亮度處的電平，使暗處圖像清晰地再現(xiàn)出來，而對亮處的圖像信號電平?jīng)]有影響，也不影響色度信號，不改變圖像的色調(diào)，只使暗處的灰度層次較好地重現(xiàn)出來。黑壓縮(BLACK PRESS)就是只降低暗處的亮度信號電平，不影響亮處的信號電平，也不影響色度和色調(diào)，它只使圖像暗處的灰度層次受到壓縮。

新型的數(shù)字Betacam攝像機(jī)應(yīng)用新型的高精度12比特?cái)?shù)/模轉(zhuǎn)換處理芯片和先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)，不僅使畫面的動態(tài)范圍達(dá)到600%，而且色彩還原得到了增強(qiáng)，具有如下新功能:

1)多區(qū)彩色矩陣 這一功能可以自動選擇某一特定顏色，它的色彩和飽和度具有20級可調(diào)范圍，有利于后期制作時色彩校正。
2)色彩平衡 使用自動白平衡或自動黑平衡時，所有顏色都可以獲得精確的平衡設(shè)定。
3)自動跟蹤白平衡 在光線色溫發(fā)生變化時，可實(shí)現(xiàn)白平衡的自動跟蹤，當(dāng)我們追隨目標(biāo)，從室外到室內(nèi)，從日光下到熒光燈下， 做連續(xù)的跟蹤拍攝，又沒有機(jī)會重新調(diào)整白平衡時，此功能十分有效。
4)色溫控制 可以在攝像機(jī)上隨意設(shè)定色溫值，例如設(shè)定為“暖色調(diào)”或“冷色調(diào)”，在光線色彩混雜的場景中，應(yīng)用此項(xiàng)功能具有很大的創(chuàng)造性和獨(dú)立性。
5)精確的γ曲線 γ曲線決定中灰度區(qū)的色調(diào)，對拍攝的總體效果十分有效。以前的γ曲線是由32個點(diǎn)組成的，而新型的γ曲線則由48個點(diǎn)組成，因而更加自然、平滑。另外對于主γ和γ平衡，還提供了幾種單獨(dú)的γ曲線，用來提高操作的靈活性，它們都可以由設(shè)定菜單獲得。曲線A是標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定;曲線B提供了更高的γ增益值，用來增強(qiáng)畫面的暗區(qū)域;曲線C進(jìn)一步提高了γ的初始值;曲線F被稱為“電影效果的γ值”。它是根據(jù)電影膠片的平均轉(zhuǎn)換特性設(shè)定的，在暗區(qū)域它的斜率比較小，在中灰度區(qū)的斜率是一致的，而在高亮度區(qū)則變平坦了，因而提高了總體的動態(tài)范圍。黑γ功能可以準(zhǔn)確地控制陰影部分，有助于再現(xiàn)畫面暗區(qū)域的細(xì)節(jié)而不影響中灰度的色調(diào)，同時精確保持黑電平不會改變。對γ曲線和黑γ的靈活設(shè)定，為我們帶來了富于變化的創(chuàng)作獲得滿意效果。
6)自適應(yīng)高亮度控制功能 內(nèi)置新型大規(guī)模集成電路，對CCD單元的每一個像素的輸出電平進(jìn)行分析，自動確定拐點(diǎn)和拐點(diǎn)斜率，再現(xiàn)高亮度區(qū)更多細(xì)節(jié)信息。
7)拐點(diǎn)飽和度控制功能 應(yīng)用SONY的最新的Trueye技術(shù)，以亮度、色調(diào)和飽和度代替單獨(dú)的紅、綠、藍(lán)信號進(jìn)行處理，這樣拐點(diǎn)處理就只對亮度信號部分有效，不會造成色度信號偏差，從而真實(shí)地再現(xiàn)高亮度區(qū)域的自然色彩。
8)自適應(yīng)細(xì)節(jié)控制功能 此功能可有效地消除由于細(xì)節(jié)增強(qiáng)帶來的在高亮度區(qū)、高對比度環(huán)境中物體邊緣的勾邊效果，同時可以隨意控制物體邊緣的“厚度”，使整個畫面更加自然、真實(shí)。
9)三膚色細(xì)節(jié)控制功能 突破傳統(tǒng)的“膚色細(xì)節(jié)校正”功能對膚色范圍處理的局限，可在對膚色范圍的細(xì)節(jié)做“柔化”處理的同時，對另外兩種色彩的區(qū)域的細(xì)節(jié)信號增強(qiáng)或減小，這樣對整個畫面的細(xì)節(jié)控制更加全面、靈活。
10)電子柔焦功能 通過減小原始信號的細(xì)節(jié)，使整個畫面的銳度降低，提供與柔焦濾色片相似的效果，這個功能可以與膚色細(xì)節(jié)校正功能配合使用，使粗糙的皮膚看起來變得光滑。