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数字彩色电视摄像机的新功能
时间:2007-2-26 浏览次数:8677 来源:电视摄影教程

  下面我们对近年来生产的CCD摄像机中广泛采用的新技术和新功能作一介绍。
1.微透镜技术
    随着CCD芯片制作技术和工艺水平的不断提高.近年来各生产厂家均在其生产的CCD摄像芯片的每一个像素前制作一个微透镜.通过该微透镜可使更多的入射光能有效地会聚到每一个像素中.使摄像机的灵敏度有了较大幅度的提高。
    2.空间偏置技术
    采用空间偏置技术后图像的清晰度可接近提高一倍。
    3.高速电子快门
    采用高速电子快门的主要目的是提高CCD摄像机的动态分辨能力。
    4.清晰扫描技术
    在拍摄中由于计算机显示屏的扫描频率与CCD摄像机的扫描频率不一致,而导致拍摄的计算机显示屏画面在重放时出现水平条纹。一般来说,当计算机显示屏的扫描频率低于摄像机的扫描频率时,重放的显示器画面上会出现许多黑色线条;反之,会出现许多白色线条。为了减小或消除水平条纹,在CCD摄像机中采用了清晰扫描技术,该技术也是通过调整快门速度来消除水平条纹的。目前,大多数CCD摄像机的清晰扫描快门速度均有100档-200档,可以满足对不同扫描频率显示器的拍摄需要。
    5.双像素读出(DPR)技术
    摄像机CCD芯片中经光电转换后的光电荷是在场消隐期间被读出的,在普通摄像机中.每当浮栅放大器(FDA)的内部电容上检测出一个像素电荷后就被复位,在双像素读出(DPR)摄像机中,FDA内部电容被复位的次数降低一半,每个像素的输出信号均为其与相邻像素电荷的叠加,显然DPR技术可使信号电子的输出提高一倍(6dB),而噪声并不增加。
    6.高精度CCD芯片制作技术
    CCD芯片的设计和制作水平直接决定着CCD摄像机的整体性能指标。近年来,随着半导体技术的发展和生产工艺的不断提高。CCD芯片的像素密度越来越高,体积越来越小,结构越来越精良.工艺越来越先进.质量越来越高。以SONY公司为例,近年来,其CCD芯片从早期传统的CCD到HAD CCD、Hyper HAD CCD、Power HAD CCD、Power HAD 1000型CCD,以及新近开发的与IT和FIT不同的120万条像素的Power HAD EX CCD,使CCD器件在高亮度下的成像能力大大增强,暗电流显著降低,动态范围大大扩展,灵敏度和信噪比等指标均有了明显的提高。
    7.非线性彩色校正
    传统的摄像机普遍采用线性固定式彩色校正,其彩色矩阵系数由厂家出厂前一次性预置好.用户一般不能调整。近年来生产的摄像机为了确保摄像机在各种拍摄环境下的彩色还原能力.以及使彩色还原精度达到更高的水平,开始采用非线性彩色校正,即通过预设几组典型环境下的矩阵系数供用户选择.或使三基色及三补色的色调饱和度可调,由用户根据需要进行精确的调整。
    8.电子色温校正(见第二章第三节有关电子色温校正论述)
    9.全电平控制系统(T LCS)
    若入射光的变化范围较大,超出了摄像机自动光圈(F1.4~F16)的控制范围,普通摄像机只能依靠手动提高增益(低照度时)或加装中性滤色片(高亮度时)的办法解决。提高增益无疑会使图像的亮度产生突变,而且会增大图像的噪波,加装中性滤色片时则会中断拍摄。为了解决这一问题,近年来生产的摄像机中采用了全电平控制系统(TLCS)或具有类似功能的系统。
    全电平控制系统(TLCS)的工作原理是:当摄像机光圈关至最小(F16)而人射光仍然太强时.则摄像机自动启动高速电子快门,使其在一定范围内连续调整以减少进光量;反之当摄像机光圈开至最大(F1.4)而入射光仍然太暗时.则摄像机自动启动其自动增益控制电路,使其在一定范围内连续调整。以提高信号电平。显然,采用TLCS系统后,既确保了图像亮度的缓慢变化,也无需中断拍摄.同时其对入射光的衰减或信号电平的提升均以符合要求为限,避免了手动调整时光强或信号电平的大幅度改变所产生的图像质量的劣化。
    1 0.动态对比度控制(DCA3)技术
    普通摄像机在高亮度环境下拍摄时.对超过某一信号电子的高亮度信号一般采取限幅切割措施,导致图像的高亮度部分失去层次。近年来.高质量的摄像机中普遍采取了动态对比度控制(DCC)技术,该技术通过在放大电路中设置峰值点和拐点,并可根据信号幅度自动调整拐点.拍摄时若信号幅度超过拐点。自动增益控制电路自动调整拐点斜率,并将超限的视频信号自动压缩在峰值点以下.保持了高亮区图像的亮度层次.使CCD摄像机获得了600%的有效动态范围。除DCC技术外,近年来部分摄像机中还采了黑扩展和黑压缩电路,有效地提高了低亮度区域图像的细节和对比度。部分12b(b表示bit、位)演播室数字摄像机
中还采用了拐点饱和度控制电路.使景物高亮区饱和度不降低的情况下保持了图像自然的色调。
    1 1.全数字处理技术
    摄像机中的信号处理经历了模拟、部分数字处理和全数字处理的发展过程.目前生产的部分摄像机已经做到了从CCD输出信号的A/D变换开始.直到后继处理电路以及输出接口均实现了数字化。而且A/D变换已从早期的10b(b表示bit,位)增加到了12b,并实现了20b30b的高精度数字信号处理(DSP),处理结果更为精细。图像质量更高,操作及功能调整更加方便、快捷。数字处理不仅改善了S/N,提高了分解力等各项性能指标,而且还增加了可变数字/校正、多区彩色矩阵、多种细节校正等功能,使摄像机在实现高画质的同时,实现了调整的灵活性和个性化,满足了不同场合的拍摄需求。
    1 2.数字式轮廓补偿
    传统的摄像机仅进行水平和垂直方向的轮廓补偿.近年来生产的摄像机中广泛采用了各种数字信号处理技术,从而实现了水平、垂直和对角线方向的数字式轮廓补偿。部分摄像机还采用了软轮廓补偿、瘦身轮廓补偿、肤色轮廓校正、自适应细节控制、柔焦效果等特殊措施,使图像细节的校正量更充分.色彩还原更逼真。
    1 3.三同轴数字传输技术
    在演播室或EFP多机位节目制作中,往往会用到CCU。传统的制作方式中.摄像机和CCU之间一般均采用多芯电缆传输信号.由于电缆的分布电容和分布电感的存在.往往会导致视频信号幅频和相频特性的劣化,造成信号衰减和图像清晰度下降。近年来生产的摄像机为克服这一缺陷,采用加入导频信号的三同轴调频传输、三同轴数字传输和数字光缆等传输方式。上述传输方式的采用,不仅提高了信号的传输质量,同时也使传输距离大大延长。
    14.可编程增益控制
    一般摄像机均设有三档可调增益.早期摄像机的三档增益值在出厂时被厂家预置为0dB(低)、9dB(中)、18dB(高)或0dB(低)、6dB(中)、9dB(高),用户不能自行设置各档的增益值。近年来生产的摄像机中普遍采用了可编程增益控制技术.即摄像机在出厂时.厂家除提供了一种默认的增益设置外.还提供了十几种增益值.使用时用户可从十几种增益值中选出三种增益值对低、中、高三挡增益进行编程设置,这种灵活的设置为摄影人员在各种环境下的拍摄提供了方便。
    1 5.超级增益功能
    超级增益功能是为摄像机在超低照度环境下拍摄而专门设置的.该功能是在双像素读出技术、自动电子提升和电子增益三方面共同作用下实现的。一般情况下,该功能可使摄像机的增益提升到30dB甚至40dB以上,使摄像机在0.25Lx的低照度下仍能正常拍摄。
    1 6.自动跟踪白平衡(A I-W)
    自动跟踪白平衡(ATW)是指摄像机在拍摄过程中,可根据检测到的光源色温的变化情况,实时调整摄像机的三路增益,使其持续维持白平衡。ATW功能,特别适合光源色温较为复杂的拍摄环境。
    l 7.菜单化
    随着摄像机数字化程度的不断提高.摄像机各项参数均可通过寻像器菜单系统进行调整.寻像器菜单一般分为基本菜单和高级菜单(或也称用户菜单和工程师菜单)。通过该菜单,电视摄影师可对不同拍摄环境下的各种参数进行精细灵活的调整和个性化的设定,并且调整的数据可进行存储,使用时随时调出。另外,通过菜单系统还可对不同摄像机之间的一致性,进行精细地调整。目前多数摄像机的菜单操作均通过旋转控制盘来进行。
    1 8.多格式化
    为了适应数字电视和宽带网络节目制作与播出的要求.近年来生产的摄像机正在向多格式化的方向发展,从画幅比来看,既支持4:3,也支持16:9;从扫描方式来看,既支持隔行扫描,也支持逐行扫描:从图像格式来看,高清晰度摄像机既支持隔行扫描的50/59.94/60I格式,也支持逐行扫描的23.976/25/29.97P格式。
    1 9.多功能化
    多功能化有三个方面的含义:一是指摄像机与录像机及各种附加器配套使用的多用途化;二是指使用场合的通用化;三是指摄像机接口的多样化。
    20.低功耗化
    低功耗化.不仅是摄像机制作工艺水平的体现。也是摄像机工作可靠性和稳定性的重要标志。20世纪90年代中期,摄像机中的大规模集成电路是按照0.5lxm-0.7lxm的设计规范制造的.而目前的制作水平已可达到0.18/~m以下。摄录一体机的功耗已降低到接近10W。摄像机实现低功耗以后,不仅可延长电池的使用时间,而且还可减少由于发热而产生的噪声。
    21.双滤色片
    为了使摄像机的色温校正与光圈的调整能各自独立地进行,以满足画面景深的需要,新近生产的部分摄像机中采用了两组滤色片:一组为色温滤色片,一组为中性滤色片.分别安装在两个拨轮上,使用时可单独进行调整。 河南电视台DV观察热线0371-65605388 广告合作 65605372 联系我们豫ICP备07007496号