摄像机工作原理

一、摄像机是进行光电转换的设备，它利用三基色原理，通过光学系统，把彩色景物的光像分解为红绿蓝三种基色光像，由摄像器件完成光信号到电信号的转换，然后进行信号处理，编码成彩色全电视信号。 家用数字摄像机大多是将摄像部分和录像部分合为一体，即摄录一体机。它的内部基本结构可以概括为三个部分：光电转换摄像头部分，数字化处理部分，数字化存储录像部分。其中，光电转换系统的固体摄像器件是摄像机的“心脏”，英文缩写为CCD。CCD像素数值直接影响画质的高低，同时也是体现摄像机性能的决定性因素。数字摄录一体机获取、处理、记录的图像信息全都是数字信号。 本实验使用的摄录一体机采用 DV 标准（全名为Digital Video）记录图像和声音。

二、 摄像机的组成 摄像机主要由以下几个部分组成：镜头系统、主机、寻像器、附件。

（一）镜头 “镜头”有两种含义，一种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，另一种是指电影或电视拍摄时的一段固定或活动图象的内容。在本节中，我们主要用的是前一种。 摄像机上的镜头与普通照相机的镜头起着同样的作用，用来收集从物体反射来的光，并使其聚焦并投射到摄像器件的受光面上。

1.焦距 焦距是镜头的基本特性。 按透镜焦距的长短，可分为不同的镜头：有短焦距镜头；有长焦距镜头；介乎两者之间的镜头为中焦距镜头。而要实现从长焦距镜头到短焦距镜头或短焦距镜头到长焦距镜头的变化就需要用一个翅翘板式的按键控制以实现在一定范围内焦距连续可调。 变焦镜头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），改变着成像的大小和视场，使景物在视觉空间里移近或移远（未改变实际物距）。

2.调焦

调焦也可称为聚焦。当像平面落在摄像器件受光面的前方或后方时，拍摄的图象显得模糊不清，称为散焦。因此，我们必须通过调焦（聚焦）过程，使光线通过摄像机镜头后准确地会聚在摄像器件的受光面上，得到轮廓清晰的图象。一般摄像机都有前聚焦和后聚焦两种调焦。

前聚焦便是根据物体一方的距离调整镜头前部的调焦环（又称聚焦环）带动内部的调焦组透镜前后移动，让焦距稍微有所改变，使像平面落在受光面上。

后聚焦一般是调整镜头的后截距。

3.光圈 光圈是控制镜头透光能力的装置。 光圈的调整可以有两种方式，一种是手动调整，一种是自动调整。 手动调整就是当摄取的景物亮度变化范围较大时，摄像人员必须及时跟踪调整光圈，以保证图象信号电平处于正常范围，不出现“超幅”（超过0.7伏），否则图象处将失去灰度层次变化，出现“开花”现象。而自动调整是根据景物亮度，利用自动控制电路来改变光圈大小以适应各种光线条件，能自动地使图象信号的平均电平保持在标准状态。

4.景深 如果调焦环固定不动，一被摄物体在离摄像机不同的距离上前后移动时，它的图象有时是清晰的，有时是散焦的。图象看来是清晰时所对应的那段物体移动距离就是“景深”。 景深范围的大小究竟与什么有关呢？ （1）景深与镜头的焦距长短有关 （2）景深与光圈的大小有关 （3）景深与物距长短有关

5.镜头的工作特性 （1）标准（中焦距）镜头的工作特性 标准镜头的变焦镜头提供的视场和我们眼睛所看到的现场差不多（20°～27°左右），所拍摄的图象中，前景物、中景物和背景物之间比例的大小，深度等空间关系看起来也接近我们正常的视觉规律，有真实的透视感。这种镜头有着中等景深，在拍摄主体周围的很大区域内均可很好地聚焦，但在最远的背景和最近的前景上略有些散焦。 （2）广角（短焦距）镜头的工作特性

广角镜头提供一很小的图象放大率和广阔的水平视场（30°以上）。通过广角镜头的拍摄，将前景物、中景物和背景物之间的正常比例关系、深度上的空间 夸大了，即前景物看上去比背景物大了很会，根据人们正常的视觉规律就会造成前景物和背景物之间的距离加大，即深度增加了的错觉。

（3）窄角（长焦距）镜头的工作特性

长焦距镜头产生的视场很窄（小于20°），但物体放大率比较大。长焦距镜头摄取景物中有限的一部分，使它充满荧光屏，得到其它镜头摄不到的放大效果，而且不受距离的限制，即摄像机不必靠近就可以拍摄到远处物体的清晰的图象，所以这种镜头又叫望远镜头或远摄镜头。 长焦距镜头与广角镜头正相反，它压缩了前景物、中景物和背景物之间的比例关系，看起来被摄物体间的相对距离缩小了，造成被摄物密集的错觉。

（二）主机 主机也可称为摄像机回路。它是摄像机的主体部分，可将镜头形成的光学图象转变为适用的电视信号。

1.色温滤光镜

太阳和白炽灯发出的光都是白光，但它们的光谱成份并不相同。为了便于对不同的白光源进行比较，就需要选择一个基准来衡量与测定，这个基准就是绝对黑体的温度——色温。绝对黑体也称全辐射体，它是对入射光既不反射、也不透过、而且完全吸收的理想物体。对绝对黑体加热时，它将辐射出连续光谱，其光谱能量的分布只与温度有关。当某一类光源与绝对黑体在某一特定温度下辐射的光具有相同的特性时，这个特定温度就被定义为该光源的色温。色温的单位用绝对温度单位——开氏度（K）表示。 色温滤光镜的作用是校正色温，把照明光源色温变换为3200K。

2.电子快门 在录像机上用慢速或静止画面来重放摄像机所拍摄的高速移动的景物时，由于摄像机的惰性，以及扫描速度的限制（相当于1/50秒的快门），使图象模糊，难以看清。

随着 CCD 摄像器件的发展，出现了电子快门，高速度的快门获得的清晰图象在录制各种体育运动以及某些领域里的快速过程的动态分析时是非常有用的。

3.增益

增益控制就是在电路中同时对三路图象信号放大量的调整。通常机上设有odB、9dB、18dB等档位以供选择。

4.黑白平衡

（1）白平衡 为保证摄像机所摄图象彩色还原正确，一项重要的工作就是调整白平衡。 拍教学片时，需要多台摄像机联合使用，应使各机在相同条件下调整日平衡，这样拍出的画面色调才能一致。有些摄像机还设置了实时自动白平衡的功能，当色温在一定范围内变化时，可对白平衡进行实时自动校正。

（2）黑平衡 摄像机在拍摄黑色物体时，三个基色电平也应相等，这时显像管荧光屏上才能反映出不带任何其它颜色的纯黑色，这种现象叫黑平衡。摄像机只有白平衡和黑平衡都调整正确，所拍摄的图象才可能不论亮暗均不偏色。黑平衡也有手动调整和自动调整。自动调整通常与白平衡合用一个触发开关钮，只是拨动到相反方向。调好的数据也能存入记忆电路。

（三）寻像器 摄像机工作时，连续显示摄像机拍摄的各种图级的微型黑白监视器被称之为“寻像器”。它为摄像人员取景构图、调准焦点、调试机器以及显示机器的工作状态和监看来自录像机或特技台的视频运送信号，提供了一个方便的而且是不可缺少的观察场所。

（四）电源 便携式摄像机所需电源通常为12伏直流电。

（五）传声器（话筒） 为了在摄像机拍摄图象时能同时拾取声音，一些较小型的摄像机把话筒内装在摄像机的头部。而专业级的较大的摄像机则往往在机身头部有一个话筒支架，可用来安装话筒 , 在机身上有话筒电缆线的插座，连接后可以把话筒拾取的声音信号送入摄像机内，再经过摄像机电缆送人录像机录下。

（六）摄像机支撑系统及摄像机运动系统

1.底座 摄像机常用的底座设备有三种类型。 （1）三脚架／移动车 （2）演播室基座 （3）升降车

2.摇摄云台

3.摄像机托板

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