理解摄像机

理解摄像机

邓东

按：这是一篇介绍摄像机相关知识的文章，旨在帮助DV创作爱好者正确认识摄像机，从而能更理性地选择和使用摄像机。水平有限，欢迎批评。

目 录

摄像机的几个关键部分 (2)

成像器件 (3)

采样编码 (7)

镜头 (10)

一些应该知道的理论 (11)

MTF (11)

奈奎斯特极限 (18)

景深与视角 (22)

感光特性 (26)

色彩深度 (31)

摄像机的一些困惑 (33)

清晰度高就等于分辨率高吗？ (33)

像素高分辨率就一定高吗？ (34)

如何评测摄像机 (35)

色彩准确度 (35)

感光特性 (37)

分辨率 (39)

采样编码 (40)

实景拍摄 (41)

选择什么样的摄像机 (42)

白平衡 (42)

光圈和快门 (42)

逐行还是隔行？ (42)

高清还是标清？ (42)

3CCD还是单CCD？ (42)

CCD尺寸还是CCD像点数量？ (42)

哪种视频格式？ (43)

磁带？硬盘？卡？ (43)

其他因素 (43)

录音要求 (43)

结束语 (44)

许多IT类或视频类网站的摄像机版块，经常会推出“某某摄像机评测”。那些评测的大致内容无外乎：首先，描述一下机器外观如何如何，介绍一下这个那个新功能；然后拍一些花花草草，展示一下该摄像机所拍摄的画面；末了把前面的内容总结一下。我必须说，这种评测实际上就是该摄像机的“非官方产品介绍”，充其量只能叫“评说”。因为它仅是介绍了机器，展示了特点，却没有“测”什么东西。这样的评测，除了协助厂商忽悠消费者，并没有起到什么积极作用。凭什么这样说呢？因为那些评测充满了主观判断，除了产品参数，剩下的就是评测者依据自己观察得出的结论。而评价一台摄像机，是有一套客观科学的判断标准的。既然我们用摄像机创作影像作品，就非常有必要了解一下如何正确评价一台摄像机。要评价摄像机，就要先了解摄像机到底是一个什么东西。

摄像机的几个关键部分

摄像机的历史不长，大约四五十年，数字摄像机的历史更短，90年代之后才进入我们的视野。在以前的文章中我们提到电影是电视他爹，那么摄像机与胶片摄影机就可以说是一脉相承。虽说这爷俩在原理上差别巨大，但干的活儿都是一样的，就是成像。下面我们来对比一下他们的工作方式。

胶片摄影机成像在胶片上，经冲洗，得到底片，再经底片扫描，得到数字文件。这就是电影生产的过程，跟我们玩胶片照相差不多。相应的，摄像机的工作过程，就跟我们的数码相机类似，CCD（或CMOS）成像，经过采样编码，获得数字文件。

胶片摄影成像质量的关键在镜头、胶片、以及后续冲洗、扫描等环节。镜头不必多说，有点摄影基础的同学都知道其重要性。胶片也一样，由于胶片的素质是固定的，选择什么样的胶片在很大程度上就选择了最终画面质量。玩胶片摄影的同学都会有自己心仪的胶卷型号，就是这个道理。而后续环节在洗印厂完成，可以看成是工业标准，你控制不了，只能信任它。

相应的，摄像机有镜头、成像件(CCD或CMOS)、采样编码，三个主要部分。好像也不复杂，但它跟摄影机相比，有一个“致命的”差别：这三样东西都不能更换！OK，一些摄像机能换镜头，但是，正在读文章的您的摄像机可以换镜头吗？或者有几个镜头可换呢？因

此，这种差别是“致命的”。选择了摄像机可以说就选择了画面质量，从此买定离手愿赌服输。各位挣钱都不容易，在下注之前最好了解一下摄像机的猫腻，赔钱事小，影响工作、心情、乃至夫妻和睦事大，故不可不察也。

成像器件

大家都知道，摄像机成像器件有CCD和CMOS两种。

CCD（Charge Coupled Device），学名叫“感

光耦合器”。CMOS（Complementary Metal-Oxide

Semiconductor），学名叫“互补性氧化金属半导体”（好

拗口）。从原理上讲，它们都是将光信号转换成电信号

的器件。右图就是CCD和CMOS，从外观看起来它们没什

么不同。它们的表面是由像点(Photosite)组成的矩阵。像点

是成像器件的基本单位。简单地说，像点有点类似太阳能电

池，当光照到像点上时，像点就将光能转换为电信号。摄像

机收集全部像点产生的信号，处理之后生成画面。描述成像器件的像点数量的方式是：水平数量X垂直数量，如960X540。

为了不混淆概念，我们把CCD上的成像单位叫像点，把画面单位叫像素，把显示设备的单位叫显点。当然，你都叫“像素”也没问题。

CCD和CMOS像点的光电理论我们就不展开说了，总之他们都是感光元件。从我们使用者的角度来讲，可以不考虑CCD和CMOS在技术细节上的区别。（为了省事，下文用“CCD”作“成像器件”的代名词）

无论是CCD还是CMOS，它们都有一个非常重要的特性：它们的像点只能感受光的强度，不能感受光的色彩。意思就是说，CCD和CMOS拍到的都是黑白画面，就像黑白胶卷那样。这对于早期的摄像机是没有问题的，那时的电视都是黑白的。但彩色电视的出现要求摄像机必须能拍摄彩色画面。

我们都知道，彩色胶卷实现彩色画面的方式是片基上有红

绿蓝3层感光剂（左图）。每层感光剂分别对红、绿、蓝光谱感

光，然后叠加在一起就形成了彩色。但CCD无法叠在一起成像，

况且CCD本身也不感受色彩。

我们还知道，一个彩色画面是由若干像素组成，每个像素又

由红绿蓝三个参数组成（详细理论请参阅《理解视频格式》）。

只要能分别获得像素所需的红绿蓝信息，就可以“组合”出彩色画面。最终，CCD采用棱镜分光的方式实现了分别获取红绿蓝信息（看下页图）。光经过一个分光棱镜，被分成了红绿蓝3束光，然后使用3个一模一样的

CCD分别接收这三束光。3个CCD上的像点分别记录1种颜色的信

息。然后，再把3个CCD像点的颜色信息合并到1个画面像素中，那

么，画面像素就有了红绿蓝信息而成为彩色画面。右图是一个3CCD

的外观照片。

可以说，3CCD非常好地解决了获取红绿蓝信息的问题，并且