摄像机的原理与使用
上一篇 / 下一篇 2007-03-30 15:26:08 / 个人分类：摄影艺术
摄像机的原理与使用
&A'P0WJ^? e st s0 一、摄像机的原理
不论是什么样的摄像机，其工作的基本原理都是一样的，即把光学图象信号转变为电信号，当我们拍摄一个物体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收集，使其聚焦在摄像器件的受光面（例如摄像管的靶面）上，再通过摄像器件把光转变为电能，即得到了“视频信号”，但信号很微弱，需通过预放电路进行放大，再经过各种电路进行处理和调整，最后得到的标准信号可以送到录像机等记录媒介上记录下来，或通过传播系统传播或送到监视器上显示出来。
二、摄像机的组成和功能
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★黑基空间★ kE~ C#~3h
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
p8j6`pk j0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。★黑基空间★gL@s4p9o W*J9o
（四）电源
go%s0g0KZ9C!I3T8i0 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。★黑基空间★Vn-lt:r]2_ t
（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
Ts i&w+Z0 三、摄像机的种类
（一）按质量档级分类
根据制作节目图象质量的要求可将摄像机分为三档次：广播级、业务级、家用级。
1．广播级摄像机
这种摄像机被用于电视台和节目制作中心。目前电视台用的广播档级摄像机多为氧化铅管的三管机以及FIT CCD三片机（亦有IT CCD的）。
2．非广播级业务档摄像机
这一档级常应用在教育和工业系统中。早先都是用的彩色单管机和双管机，现在是非广播档的三管（多为硒砷碲管）式或三片（多为IT型CCD）式彩色摄像机。
3．家用档级摄像机
这一档级都是单管机或单片CCD摄像机，结构简单，体积小、重量轻，操作简单易学，又较便宜，而且多数为摄录一体化机。
（二）按使用分类
从使用角度上可将摄像机分为两类：演播室/室外转播现场使用的座机型摄像机和便携式摄像机。
1．演播室/现场座机型摄像机
座机型摄像机体积较大，较笨重。一般需要两个人携带并将其安装在底座或三角架上才能操作。所用镜头的体积、焦距范围（变焦比）和相对孔径也大。大部分情况用于演播室内，但也经常用于转播现场而拍摄位置相对固定的情况。这类机器都是广播档级的。
2．便携式摄像机
便携式摄像机体积小、重量轻，是这些年来最重要的技术发展之一，大量的应用于电子新闻采访（简称ENG）和电子现场制作（简称EFP），使节目的制作从演播室走向更加广阔的天地，又方便，又灵活，适应性又强。
★黑基空间★k.F1LH W-R
四、摄像机的使用
（一）摄前准备
为了保证摄像任务的顺利进行，在每一次摄像前都应该作好充分准备。若在演播室内摄像，因设备固定连接，所以只要检查一下便可以了。而在演播室以外的其它现场，进行外景外摄时就必须认真细致地准备和检查，除了摄像机，其它需要携带的东西是否都齐全了，哪怕一根电缆都不可忽视，否则会影响拍摄工作的顺利进行。
1．摄像机电源
2．话筒（传声器）
3．三脚架
4．彩色监视器
5．录像磁带
6．照明设备
（二）调整
1．准备工作
在拍摄现场，找好拍摄机位，架上三脚架，调好云台的水平、平衡，把左右横摇与俯仰的调整螺丝锁定，把摄像机固定在三脚架上。不论拍摄是否用三脚架，
调整摄像机时最好放在三脚架上进行。把摄像机与外围设备的连线接好。打开摄像机电源开关。
2．选择滤光镜
旋转滤光镜转盘，选择适合拍摄环境中光源色温的滤光镜。通常圆盘上只标有滤光镜的号码，我们可在覆盖滤光镜转盘的小合页门上或附近的机身外壳上找到滤光镜号码所对应的色温条件。
3．调整光圈
在电视节目技术要求较高时，可以先用自动光圈测出光圈值，然后再换用手动光圈，并改变半档或一档光圈使用。
手动光圈的调整除了利用自动光圈的测光性能来决定光圈值外，还经常使用以下方法：摄像机上若带有斑纹开关，可将其打开，我们根据斑纹出现与否，或出现的多少来决定光圈的大小；有的摄像机在寻像器中用视频电平线显示景物的亮暗，也可根据此电平线来调整光圈。
4．调整白平衡与黑平衡
滤光镜选好后，就应进行白平衡与黑平衡的调整。
·首先应有一个白色物体作为调整的标准。
·将选好的白色物置于实际拍摄场景的光照之下，而且是放在被摄主体的位置；使得到的照明光线与之相同，但需注意白色物上不要出现反光点。
·把摄像机的镜头对准白色物，调整镜头焦距，使白色物充满整个荧光屏。
·拨动自动白平衡的触发开关，电路就开始自动调节，过2～3秒钟后，白平衡指示灯亮，或寻像器上显示出文字“OK”（好），就表明白平衡已经调好，并将其状态存人记忆电路。
·把自动白平衡的触发钮向相反方向拨动，自动黑平衡电路就开始工作，此时光圈先自动关上，然后电路再对黑平衡进行自动调节，过几秒钟，黑平衡指示灯（一般与白平衡共用一个指示灯）亮，或寻像器上显示出“OK”，表明黑平衡已调好，并存入记忆电路。
·通常黑平衡的调整会影响白平衡的状态所以调整完黑平衡后应再调一次白平衡，即调整次序为；白平衡→黑平衡→白平衡。有时为了简化，也可省去第一次的白平衡调整，即：黑平衡→白平衡。
5．镜头前聚焦和后聚焦的调整
前聚焦调整比较容易、简单，只需转动前面的聚焦环使图象清晰即可。
后聚焦是调整镜头后面的后聚焦微调环。
调整后聚焦时可按以下步骤进行。
·用西门子星卡作为拍摄目标，放在距镜头约7米～15米远的地方。
·光圈开到最大，以使景深较短有利于调焦，但需调整被摄物照明，使之获得适当的视频电平。
·把靠近变焦镜头后部与机身接口处的后聚焦微调环（标有F．f或F．B）上的紧固螺丝松开。
·推镜头到最长焦距，调前面的聚焦环使图象清晰。
·把镜头拉到最短焦距，调后聚焦微调环使图象清晰。
·由于前后聚焦的调整会互相影响，所以应按上述步�
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