演播室摄像机在实际使用中的技术分析及应用

演播室摄像机在实际使用中的技术分析及应用

[作者：四川重庆广播电视集团（总台）陈光]

为了对摄像机有一个全面的了解，在分析摄像机实际应用之前，我们先对摄像机的技术指标作简单的分析

一技术指标分析

所谓技术指标，即摄像机按其使用要求必须达到的目标，如图像的技术质量，摄像机的性能和清晰度等等。这些指标是对摄像机的定量分析和科学评析，具有可量化性和可比较性。当然这些指标由许多项目组成，因为我们评价的是摄像机这一电视节目的信号源。摄像机必须满足多项技术指标的要求，等级越高指标越苛刻。

1. CCD器件的分解力

这一指标给出CCD器件的数量、尺寸和电荷转移方式的种类，以及图像像素的数量。广播级和许多业务级摄像机一般都是3块2/3英寸CCD，电荷转移方式或IT（行间转移），或FT（帧转移）、或FIT的都有，等级稍高的取FIT，稍低点的取IT，而FT CCD摄像机亦不乏佼佼者。与IT相比FIT残留电荷少，图像惰性小，但价格之贵也自不待言。而IT在采取了微透镜等技术后提高了灵敏度，减少了图像惰性，更具竞争力的当然还是价格。FT CCD的摄像机种类较少，但尺寸相比FIT小，残留电荷少于IT，灵敏度和动态范围均高于IT。加上设置了机械快门，利用机械快门在场消隐期间对感光部遮光，减少拖尾。据有关公司介绍，其FT CCD由于取消了FIT CCD的垂直移位寄存器，增大了CCD像素窗口，因而增加了像素的有效受光面积，使更多的光转换为电荷，提高了灵敏度。此类摄像机的性能，指标均高于IT CCD摄像机，而并不弱于FIT CCD摄像机。

图像像素数量是CCD器件的一项重要指标，像素就是CCD表面上的感光单元，像素数量越多，越能分辨景物细节、感光密度也越大。因此像素数量不仅与图像清晰度有关，而且与灵敏度也有关。20年前2/3英寸CCD器件的像素数量通常在40万左右，分解力仅为250至350线。而今天CCD器件的有效像素可达60万至70万，分解力可达800至900线；HDTV的CCD器

件的像素甚至多达200多万。分解力高达1200线。CCD器件的像素数量与分解力的关系是显而易见的，根据经验公式：水平像素乘以四分之三等于该CCD芯片的水平临界分解力。CCD器件对于摄像机性能之关键，历来为人们所关注，将此项目作为摄像机的首要技术指标也顺理成章。

2. 数字量化和数字信号处理

数字量化和数字信号处理的等级是数字摄像机出现后新增的技术指标。众所周知，CCD器件产生的模拟信号必须转换成数字信号，再进行数字处理，这一转换和处理的精度对信号的技术质量有重大影响，因此必须加以限定。ITU-R601对演播室数字信号编码规定的最低要求是8bit量化，摄像机作为信号源理所当然地要高于此要求。模拟信号和数字处理的参数之间存在一定的关系，信杂比和动态范围与在转换成数字信号时使用的量化级数成正比。因为量化级数是转换成二进制码值的，所以级数增加一倍，信杂比和动态范围增加6dB，而只需要在二进制编码数据中增加一个bit。因此一个10bit的数字信号比8bit在信杂比和动态范围方面有12dB的改善。今天广播级的数字摄像机A/D转换的量化级数多为12bit，这样与ITU-R601的要求相比，可以在信杂比的动态范围上增加24dB的优势。使用12bit的A/D转换器，可对600%视频电平采用动态压缩算法进行处理。这一功能使摄像机在强光下拍摄时，大大增加了高亮度的层次，降低了高亮度的彩色畸变，提高了拐点的级数。同样600%电平，压缩至100%电平，10bit拐点压缩达438级，而12 bit则高达672级。大大提高图像的层次。大数据量的信号处理改善了伽玛曲线，能使黑背景下的柔和对比被加强，也可使亮背景下的饱和色彩对比强烈；大数据量的信号处理改善了图像的对比度，加强了黑扩展功能，使黑色区域呈现更多的层次，获得更多的细节；大数据量的信号处理改善了轮廓校正，增强了细节的环境对比，可处理的参数包括水平，垂直和粗细比率，对肤色这一人眼敏感的细节进行柔化和光滑性处理，而不改变画面中其他景物的锐化程度。

3. 灵敏度

这一指标描述了摄像机对所拍摄图像的照度的反应能力。测试也简单易行：在标准照度条件下，（即2000lux、3200K色温下）拍摄89.9%反射灰度卡，视频幅度达到0.7V时的光圈指数，即是该摄像机的灵敏度。今天广播级摄像机的灵敏度通常在F8至F10之间。

灵敏度的测量，除了测量标准照度下得到的额定信号电平时的光圈指数外，通常还要测摄像机的最低照度。这一指标将灵敏度和信杂比联系起来，使灵敏度和信杂比之间存在着某些互相牵制的关系。

最低照度是在增益开关处于最大、镜头光圈也处于最大的情况下，拍摄灰度卡，视频信号达标准幅度（0.7V）时所需的照度即最低照度。广播级摄像机的最低照度通常7至8lux(F1.4 +18dB)，最低可达1lux(F1.4、+36dB)。必须指出的是目前最低照度并无统一标准，特别是摄像机输出电平，是标准电平100%(0.7V)，还是70%(0.49V)尚无定论。一般广播级摄像机输出电平为100%，业务级摄像机就要求各异了。因此当我们分析某一摄像机的最低照度时，可不能掉以轻心。

一般情况下希望最低照度指标要低一些，可是最低照度越低，要达到视频电平0.7V，增益就要加得越大。增加增益的结果是降低了信杂比，使杂波增大，图像颗粒增粗，使技术质量恶化。这样的恶化是显见的，γ=1时，增益提升多少dB，信杂比就降低多少dB。γ=0.45时，信杂比下降得更多。例如一摄像机的信杂比为60dB（增益0db，γ关）那么增益+18dB时，信杂比为42dB。但在γ=0.45的情况下，信杂比下降到36dB。在增益+30dB时，信杂比只有24dB，这将严重影响图像质量。从这个意义上说，为了保证图像信号的信杂比，最低照度还是不要过低。为了降低噪声，摄像机还增设了图像噪声抑制开关，在使用增益时降噪。

顺便说一句，上述灵敏度都是在CCD器件尺寸为2/3英寸的情况下测出的。如果CCD器件尺寸不同，那么灵敏度也就没有可比性了。但也不是毫无办法，还有办法进行换算。如果CCD 器件是1/2英寸的，那么换算的结果是相差一档光圈。例如：2/3英寸CCD灵敏度为F8时，同样的灵敏度，对1/2英寸CCD就应为F5.6。也就是说1/2英寸CCD摄像机的灵敏度F5.6应等同于2/3英寸CCD摄像机的灵敏度F8。

4. 分解力

分解力又称分辨率，解像力，通常分解力指水平分解力。有人将分解力与清晰度这两个概念等同起来。需知，这实在是两个有关联而又不相同的概念。分解力是指电视设备所能分解和重现细节的能力，而清晰度是指人眼对电视图像所见的清晰程度。分解力越高清晰度也越高，对摄像机