电视摄像基础知识

第一章电视影像原理概述

第一节电视影像的基本概念

1.像素

●电子影像技术中，组成图像的最基本信息单元叫做“像素”。（pixel）

●电视传送活动影像的关键：把每个待传送的电视画面分解成许多像素，每个像素都

包含亮度、色度信息。

●把这些像素转换成相应的电信号传送出去，在接收端再把这些大小不同的电信号转

换为相应的像素。

如何传送像素——同时传输制

每个像素占用一个传输通道，把所有像素的信息转换成相应的电信号，同时传送出去。一幅画面分解成几十万像素就需要几十万条通道，虽然每条通道传输宽度仅需20Hz左右，但在电路上同时提供几十万条通道是不现实的，因此同时传输未被采用。实用的画面传输法——顺序传输制

将景物分解成许多像素后，把所有像素的信息按时间顺序一一轮流传输出相应的电信号，其所用的传输信号只需一条。只要轮流传输的速度足够快，由于人眼的“视觉暂留特性”，看起来好像是所有的像素同时发光，显示出完整的画面。

2.扫描

将图像或画面中像素的按照顺序地、同步地拾取以及再现的过程，称为“扫描”。

电视系统的扫描规律为从左到右，从上到下进行，扫完第一幅扫第二幅，如此循环。

当扫描速度足够快时，则接收到的是既有连续感又无闪烁感的活动影像。

现有电视扫描方式可分为：

逐行扫描（progressive scanning)

隔行扫描(interlaced scanning)

隔行扫描将一“帧”电视图像分成两“场”进行扫描，使每一帧画面在显示端分两次显示。先扫1、3、5、7、9等所有奇数行，再扫2、4、6、8、10等偶数行。每扫一遍，称为一“场”，每一“帧”分两场来传送和显示。

3.扫描线数（行数）

电子束在一帧或一场画面中所扫过的行数叫做扫描线数（行数）。理论上讲，扫描线数越多，影像越清晰，但对设备的要求越高，成本越高。因此扫描线数以能满足观看效果为标准来确定。

我国电视制式采用每场扫描625行。

4.场频和帧频

在电视技术中,由像素构成的一幅画面叫作一“帧”，（frame)。在单位时间所扫描、传送和接收的帧数叫作帧频。通常以帧/秒来表示,(f/s或fps)。

在隔行扫描方式下，一帧画面分为两“场”（field）来拾取。单位时间所扫描、传送和接收的场数叫场频。显然，场频是帧频的两倍。

我国电视系统采用每秒25帧，每帧2场，每秒50场。

5.电视的三种制式

NTSC式

1953年美国研制成功的彩色电视制式，（National Television System Committee）。解码电路简单，但易引起色调失真。

采用的地区——美国、加拿大、日本、台湾、韩国及南美部分国家。

帧速率——30帧/秒

采用隔行扫描制式下,每帧扫描525行,每秒30帧,60场/秒。

PAL制

1962年德国研制,Phase Alternation Line（相位逐行交变）的缩写。

采用地区——中国、欧洲多数国家、澳洲、非洲。

帧速率——25帧/秒

我国的PAL制标准,隔行扫描,每帧扫描625行,每秒25帧,50场/秒。

SECAM制式

?法国50年代研制

?避免了串色和失真，但电路复杂。

?采用地区——法国，东欧国家、前苏联、伊朗、伊拉克等中东国家。

?帧速率——25帧/秒

第二章标清数字摄像机

第一节摄像机原理

一．数字（标清）摄像机的分类

1.按性能用途分类

手持式摄像机——一般指家用的掌中宝式摄录一体机

新闻采访机——用于新闻采集的肩扛式摄录一体机

演播室用机——大型座机，体积大成像好，通常是摄、录分离。

2.按成像质量分类

广播级——ESP/ENG/EFP（解像力800电视线左右）

业务级——俗称专业级（解像力500电视线左右）

家用级——俗称业余级（解像力300电视线左右）

电视制作的几种形态：

?ENG电子新闻采集（Electronic News Gathering)

?EFP电子现场制作（Electronic Field Production)

?ESP电视演播室制作（Electronic Studio Production)

广播级摄像机、专业级摄像机、家用级摄像机

二.数字摄像机的组成

数字摄像机是一个集光、机械、电于一身的影像摄取工具，它的主要任务是将现实景物影像的光学信号转换为电视信号。

摄像机的功能是完成“光—电”信号转换，这就说明摄像机是由光学系统和电路处理系统两部分组成，在两个系统之间起连接作用的就是极为重要的光电转换器件CCD(CMOS)。

以一台专业的摄录一体机为例，从外形结构来看可分为以下几部分：

①摄像镜头——使景物形成光学影像

通常摄像机上安装的镜头为光学变焦镜头。摄像机的光学变焦镜头有广角（短焦距）和长焦距之分。广角镜头的变焦范围起始于较短的镜头焦距，相应的长焦距镜头的变焦范围起始于较长的镜头焦距。这二者只是在摄取景物时的视角不同而已，在实际使用中可以更换。

专业摄像机的光学变焦镜头有以下五个可用于拍摄调节的环：焦点环、焦距环、光圈环、近摄环和法兰环。

此外专业摄像机的镜头上往往都连有伺服装置，它能使镜头的操作变得简单易行。

②寻像器——摄像师进行画面构图及判断曝光的观看装置

摄像机上的寻像器全称是“电子寻像器”，它不同于照相机上的光学取景器。无论是CRT寻像器还是LCD寻像器，它实际上是一个小电视，离开他们创作者无法完成取景和拍摄工作。

③摄像头——将镜头拍摄到的的光像转变“电像”，并经处理电路将其变为电视信号

在摄录一体机中，摄像头是指位于镜头之后，录像包之前的部分，它是影视摄像中的关键部分，其中包括两个最重要的装置：图像传感器（如CCD或CMOS）和编码器。

④录像包——将由摄像头传递来的视频和音频信号录制在存储介质上

录像包是一个小型的录像机，针对于音频和视频信号，录像包具有不同的录像格式。而录像格式的不同直接对信号的记录质量产生影响。

⑤随机麦克风——拾取声音并将其转换为电信号

在摄像机上都装有一个用于录音的随机麦克风，在专业或广播级的摄像机上通常是可以拆卸的。

⑥电池包——为摄像机工作提供能量

目前使用最广泛的是锂电池，具有高能量、小体积、轻重量、性能稳定等优点。在条件允许的情况下尽量使用生产厂家推荐使用的电池，因为电池质量的好坏会影响摄像机的工作寿命，甚至会对录像质量产生影响。

⑦电缆接口

连接相应的电缆线已完成摄像机的音频输入、输出，视频信号的输入、输出，多机同步拍摄，电源供给等功能。

第三章数字摄像机的光学系统

第一节光学镜头的成像及调节

一·镜头的焦距

焦距可以概括性的理解为“从镜头中心到成像面的距离。”

焦距是镜头的主要性能指标，与摄影造型有密切的关系。英文为Focal Length。用符号表示为“f”或“F”。焦距的长短用单位表示为“毫米”（mm)。镜头焦距的长度都在镜头身上有明显的标示，如f=50或50mm,即表示摄影镜头的焦距为50毫米。

镜头焦距的功能：

●镜头焦距的长短，决定着被摄对象在成像面（胶片或CCD）上成像的大小。

●当对同一距离上的同一物体拍摄时，镜头焦距越长，像平面上物体成像的面积越大，

放大倍率越高。反之焦距越短，物体成像的面积越小，放大倍率越低。

镜头焦距变化带来的成像效果变化可归纳为：

焦距与视角成反比

镜头焦距短，视角大；焦距长，视角小。视角大意味能近距离拍摄范围较广的景物。而视角小能远距离地摄取较大的影像倍率。

●焦距和景深成反比

镜头焦距长，景深小；反之，焦距短，景深大。景深大小涉及被摄体的纵深清晰范围。

标准镜头：焦距长度接近所拍画幅对角线长度。

短焦距镜头（广角镜头）：焦距短于、视角大于标准镜头。

长焦距镜头（远摄镜头）：焦距长于、视角小于标准镜头。

广角与超广角镜头成像的主要特征及用途：

景深大，有利于把纵深度大的被摄体都清晰地表现在画面内。

视角大，有利于近距离摄取较广阔的景物范围，在室内尤其见长。

纵深景物的近大远小对比强烈，画面透视感极强。

影像变形（畸变）较大，尤其在边缘部分。近距离拍摄要注意。

远摄镜头与超远摄镜头的成像特点及用途：

景深小，有利于拍摄虚实结合的影像。

视角小，能远距离拍摄景物的较大影像而不干扰被摄体。

能使景物近大远小的比例缩小，压缩了画面透视的纵深感。

影像畸变小，在人像摄影中尤为明显。

定焦距镜头和变焦距镜头

定焦距镜头（fixed—focus lens/prime lens)

变焦距镜头（zoom lens）

二·光圈和光圈系数（Aperture /IRIS)

光圈（光孔）是一种通俗的称呼，严格的讲，应该称作“光圈系数”或“光孔号码”。

有时又称作“相对孔径”、“有效孔径”。

光圈类似于人眼的瞳孔，由金属薄片组成的，可调节直径大小的进光孔，位于镜头内控制着进入镜头的光线多少。

光圈系数用f/值表示，f=镜头焦距÷光孔直径。

f系数的数值越小，表示光孔开的越大，进入镜头的光线越多。

常见的光圈系数：1.4，2，2.8，4，5. 6，8，11，16，22，32，45，64。

光圈（Aperture /IRIS)

光圈系数相差一档（一级），曝光量相差2倍

可用2 n计算两档光圈进光量的倍率关系。n为两档光圈之间相差的档数。

平时说的开大光圈，实际上是减小光圈系数值；收小光圈，则要增大光圈系数值。光圈的实际作用：

调节进光量

调节景深效果

影响成像质量

三·快门（Shutter）

快门决定了拍摄时感光材料（胶片、CCD）曝光时间的长短。

照相机上常见的快门速度按照1，1/2,1/4,1/8,1/15,1/30,1/60,1/125,1/250,1/500···秒，以及B门来分档。

B门又称作“慢门”，需要1秒以上长时间曝光时使用，曝光时间长短靠人工控制。

摄像机的快门速度通常为1/50秒,1/60秒。

快门的作用：

控制曝光的时间

影响成像的清晰度

不同的光圈和快门组合课得到等同的曝光量（EV值）

四·景深

景深: 被摄体在成像面上能够产生清晰影像的纵深距离。

影响景深的因素：

●光圈在拍摄距离和镜头焦距不变的情况下，光圈越大（光圈系数小），景深越小。

●镜头焦距光圈相同且拍摄距离相同的情况下，镜头焦距越长，景深越小。反之，

焦距越短，景深越大。

●拍摄距离在光圈和镜头焦距不变的情况下，拍摄距离越远，景深越大。反之，拍

摄距离越近，景深越小。

第四章摄影摄像的感光材料

第一节摄影的感光材料——胶片

一按相机型号分类

1·135胶卷供135照相机使用，一卷可拍摄36幅（24mm×36mm)画面。2·120胶卷供120相机使用

3·一步成像相机、大型相机用的“散叶片”

二彩色胶卷

彩色负片

在胶片上呈现原景物的补色影像，如红、绿、蓝的景物分别被记录为黄、品红、青色。表示为：商品名+color

Kodakcolor(柯达彩色负片）Fujicolor(富士彩色负片）Agfacolor(爱克发彩色负片）彩色负片的用途和优缺点

主要用途是印放彩色照片，便于直接观看。

色彩负片的宽容度比彩色反转片要大些；对拍摄时色温的要求也比反转片低。

因而彩色负片比反转片容易拍摄。

彩色反转片

彩色反转片在胶片上产生原景物色彩的“正像”，如红、绿、蓝的景物也呈现为红、绿、蓝。表示为：商品名+chrome

Kodakchrome（柯达彩色反转片）Fujichrome(富士彩色反转片）

彩色反转片的用途和优缺点

用于制作幻灯片

用于制版印刷

在同等质量，相同片速的情况下，反转片要优于彩色负片。

日光型与灯光型

“日光型”标为“DAYLIGHT”“灯光型”标为“TUNGSTEN”

在室外阳光下或用电子闪光灯拍摄，应选择日光型胶片。

在碘钨灯，钨丝灯或台灯下拍摄，应选择灯光型胶片。

日光型胶片的色温平衡为5500K，灯光型胶片为3200K。

彩色胶卷的冲洗

用“C—41”工艺冲洗彩色负片

用“E—6”工艺冲洗彩色反转片

三黑白胶卷

不同感色性的黑白胶卷，按照感色性可分为“全色片”和“色盲片”。

感色性是指感光乳剂对各种色光的敏感程度。

黑白胶片中的“全色片”对可见光中的红、橙、黄、绿、青、蓝、紫色光均能感受，对各种色光以不同亮度的黑、白、灰呈现在胶片上。

全色片使用最为普遍的黑白胶片。

色盲片

色盲片只对可见光中的蓝、紫色光起敏感反应，对红、橙、黄、绿不感光。

色盲片不用于通常的创作，只用于翻拍黑白文字，黑白线图。

四胶片的性能

一感光度

又称“片速”，是指胶片对光线的敏感程度。片速越高，需要的曝光量越小。

同一光线条件下，感光度高的胶片，光圈可小些，快门速度可快些；感光度低则

相反。

感光度的标记

I SO 国际标准组织公布的感光度标记，“ISO100”读作“ISO100度”

A SA 美国ASA100读作“ASA100度”

G B 中国GB21o读作“GB21度”

DIN 德国DIN21读作“21定”

常见感光度对照表

片速在ISO400以上的均属高速片，在ISO1000以上属于超高速片。

光线暗弱的条件下拍摄

用1/500秒以上的快门速度凝固运动的物体—体育比赛、舞台文艺演出。

二颗粒度

黑白影像由黑白胶片上的金属银（卤化银）组成，彩色影像由黄、品、青染料组成。

感光度低，颗粒细腻

感光度高，颗粒粗糙

三解像力

又称“分析力”，“分辨力”，指胶片对景物细节的表现能力。

理论上讲，是该种感光片在1毫米内能分辨多少条线的能力。

颗粒度小，解像力高

颗粒度大，解像力低

胶片解像力效果还取决于镜头的质量，曝光、冲洗、聚焦、相机稳定性相关。四宽容度

拍摄中感光材料（胶片、CCD/CMOS）能够按比例记录景物明暗范围的能力。

能按比例记录被摄景物的明暗变化范围越大，表示宽容度越大。反之，就越小。

在实际拍摄中，感光材料的宽容度意味可允许曝光误差的能力，即曝光在多大的误差范围内，仍能得到可以接受的画面质量。

胶片的特性曲线—宽容度

五灰雾度

胶片上未经曝光的感光乳剂经过显影后产生的密度称为“灰雾度”。任何胶片都带有一定灰雾度。

灰雾度过大会影响细部表现，导致反差下降，画面沉闷。适当的灰雾度对画面无明显影响。

六胶片性能的内在规律

感光度高（片速高）——颗粒粗糙，解像力低，宽容度大，灰雾度大，反差小。

感光度低（片速低）——颗粒细腻，解像力高，宽容度小，灰雾度小，反差大。

对于色彩胶片，感光度低的比感光度高的色彩更饱和、鲜艳。

第二节

数字摄像机的感光元件——CCD

一CCD的结构和工作原理

CCD又称为电荷耦合器件（charge-couple device)，感光后将光信号转换为电信号。

与过去模拟摄像机使用的摄像管相比有如下优点：

尺寸小，重量轻。

感光性能高

稳定性能好，不会轻易被太阳等超强光损伤。

具有良好的高光景物再现能力。

二CCD的解像力和感光度（灵敏度）

每片CCD上的有效像素数目直接决定摄像机最终的解像力。

CCD感光度的高低直接关系到摄像机能否在低照度环境下工作。

在使用照度值为2000lx（勒克斯）,色温为3200K的光源，拍摄反光率为89.9%的景物，所需光圈为f/8。

三CCD的信噪比

感光过程中，产生有用信号（sign）与噪波（noise）的比值。

表示为“S/N”，单位为dB(分贝）

通常专业级和广播级摄像机的信噪比在50—60d B以上。

第三节胶片和CCD的宽容度

感光材料的特性曲线（同上图<宽容度>）

各种感光材料的宽容度

黑白胶片宽容度最大，1：128，约为7档光圈

彩色负片约为7档光圈以内

彩色反转片，如进行制版印刷控制在4档光圈以内

摄像机的宽容度为1：30，约为5档光圈。

第五章光源色温与色彩控制

第一节光与色Array一人眼可见光范围

人眼可见光范围390—770纳米之内

二光的加色效应和减色相应

人眼的视觉

锥状细胞——对光的颜色敏感

柱状细胞——对光的明暗敏感

人眼能辨别色彩，主要是锥状细胞起作用。

光的三原色和加色效应（RGB模式）

红、绿、蓝是光的三原色

用于电视、摄像机、计算机显示器

光的减色效应（CMYK模式）

黄、品、青、黑——用于印刷

Yellow、Magenta 、Cyan、Black

第二节色温

色温又称“光源色温”，表示热辐射光源光谱成分，用Ｋ为标志单位。

英国物理学家凯尔文（Kelvin)于1848年发现光色和温度的关系。

色温实质上说明光源的“冷暖程度”

色温低，色光偏暖，红、黄

色温高，色光偏冷，蓝、青

常用光源的色温

日出、日落的阳光 2000K 上午9点至下午4点前5000—5800K

正午阳光 5500—5800K 阴天6500K以上

蜡烛光1800—1950K 40W-60W白炽灯2600K

钨丝灯2900—3200K 摄影闪光灯5500—6000K

三基色荧光灯3200K

第五章 影视摄影的曝光控制

第一节 照度与亮度 一 照度

被称为入射光、投射光，表示被摄对象受照表面被照明程度的参数。 照度被定义为“单位面积上的光通量”。 单位是Lux （勒克斯）

照度的性质 照度的大小和光源的发光强度有关 环境和照明 照度（Lx) 环境和照明

照度(Lx)

晴天 50000——100000 医院手术室 500——1000 多云 10000——25000 电视演播室 1000——2000 阴天 2000——10000 商业办公室 200——300 日落

1——100

卧室

50——200

2. 在发光均匀的点光源(如室内的灯光）下，如果光源的发光强度不变，则光源离被摄体越

近，被摄体的照度越高。 照度和距离呈平方反比关系，“照度的平方反比定律。” E=I ／R 2（E 是照度，I 是光源发光强度，R 是光源到被摄体距离） 3. 平行光源（太阳光）对于被摄体的入射角度对照度的大小有影响，即“照度的余弦定律。”

4. 照度与被摄体表面的反光特性无关。 被摄体的反光率（ρ）

反光率表示被摄体表面对光线反射的程度。 ρ =0,完全不反光，理想的黑色 ρ =100%，完全发射光线，是理想的白色

物体名称 反光率(%) 物体名称 反光率(%) 光亮的银器 92——87 水泥 30——20 白石膏像

90

绿叶

30——15

白瓷器、白纸 80——60 黄种人肤色 20 白布 60——30 黑纸 5 浅肤色

40——30 黑丝绒

1——0.3

二亮度

亮度，又称为反射光

亮度是发光面、透光面或反光面在人眼观察方向上所看到的明暗程度。

照度、亮度和反光率的关系

照度和被摄体的反光率一起决定了被摄体的“亮度”。

被摄体表面的反光特性对其亮度分布有影响

①完全漫反射表面

②镜面反射表面

③不完全漫反射表面

第二节量光

1、照度测量（入射式测光法）照度测量的是投射到被摄体上的光线强度。

2、亮度测量(反射式测光法）

亮度测量的是被摄体反射出的光线强度。

摄像机（照相机）镜头内测光（TTL)系统都是亮度测量法，选择18%的中级反光率灰色作为测光的依据。

第三节摄像机的曝光控制

?当被摄对象的明暗范围，与感光材料所能容纳的亮度范围想当时，按照高亮度和低亮度两者的中间值确定曝光。

?当景物的明暗范围超过了感光材料可容纳的亮度范围，曝光时要根据创作意图，表现形式的要求对景物亮度有目的的取舍。

曝光控制的基本要点：

?以中级灰的景物（如人物的面部）作为曝光的依据

?控制被摄景物的明暗范围，使其在感光材料的宽容度范围内

摄像机曝光控制的其它方法

?使用“增益”

?单位为“分贝”，dB

?缺点是造成信噪比的下降

使用中性灰滤光片

●又称为中性密度阻光器、灰片

●（Neutral Density) 缩写为ND

1.在高亮度条件下拍摄，实现准确曝光。

2.使用中性灰滤光片，同时调节光圈，以此控制景深。

第六章视频信号的记录

第一节录像带与录像机

1956年，美国安培（Ampex)公司第一台录像机、录像带问世，记录黑白影像。电子影像有了自己的记录媒介和记录方式。

1968年日本索尼公司研制U-Matic录像机，针对彩色电视制作。

录像机的基本构成

视频信号系统

音频信号系统

伺服系统

机械与信号控制系统

索尼DVCAM录像机