摄像基础知识学习课程教案.doc

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摄像 基础知识 学习 课程 教案
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DV : 25Mbps B. DVCPRO :25、50、100Mbps C. Digital Betacam 125Mbps 广播级数字视频码率标准: 大于40Mbps 2-3 视音频信号与接口 2. IEEE1394(Fire wire 、 Ilink 、DV ) Institute of Electrical and Electronics Engineers(美国)电气和电子工程师协会 IEEE1394为美国Apple公司1995年开发的计算机串行接口技术。现已广泛应用于数字多媒体、AV设备中。 A. 传输数据码率:100-400Mbps B. 支持热拔插(带电拔插) C. 有6针连接器/6芯(单根)电缆 和4针连接器/4芯(单根)电缆 两种 2-3 视音频信号与接口 3. USB (Universal Serial Bus-通用串行总线) 1994年11月 Compaq、IBM、Microsoft等公司联合制订的计算机设备接口技术标准。现已广泛应用于数字多媒体、AV设备。 USB 1.1(发表于1998-9 ) A. 传输数据码率: 有1.5Mbps 和12Mbps两种 B. 支持热拔插(带电拔插) C. 可为连接设备供电:有100mA和 500mA两种 USB 2.0(发表于1999-4 ) 1999年4月康柏、惠普、英特尔、微软、飞利浦、 NEC等公司又联合制订了USB 2.0标准。 A. 传输数据码率: 480Mbps B. 兼容USB 1.1 2-3 视音频信号与接口 三. 模拟音频接口: 1. 平衡接口(专业): Cannon-XLR型 、 Tuchel 2. 非平衡接口(非专业): RCA 2.5、3.5和6.5mm话筒插头 附录一:四种常用彩色模式 归纳总结:四种常用彩色模式 1. RGB 相加混色法:红绿蓝三基色。 2. CMYK 相减混色法:青品黄三基色加黑色。 3. HSB 彩色三要素:色调、饱和度和亮度。 4. YUV 电视分量信号:亮度信号和两个色差信号。 附录二:彩色电视系统传像示意 附录三:彩色电视制式 第四章节时、摄像机的镜头 教学目的:了解摄像机的镜头 教学重点:摄像机的镜头分类 教学难点:摄像机镜头的工作原理 摄像机通过装在其机身上的镜头来拍摄景物。为了使用的方便,摄像机基本都是配备焦距可连续改变的变焦距镜头。变焦距镜头的许多基本参数与特性与定焦距镜头无异,如焦距、光圈、焦点、景深等,故不赘述。需要讨论的是变焦距镜头装在摄像机上的一些特殊问题。 2-4 摄像机的镜头 一.成像尺寸 成像尺寸是指光像在CCD芯片上成像的大小,它与所用 CCD芯片的大小有关。 CCD 对角线 成像尺寸(宽高) 镜头焦距 参考机型 2/3〞 11.0 mm 8.86.6 mm 9~143mm AJ-D910WAE 1/2〞 8.2 mm 6.64.8 mm 8.5~102mm AJ-D700E 1/3〞 5.9 mm 4.73.5 mm 5.1~51mm DCR-PC330E 1/3.6〞 5.0 mm 4.03.0 mm 4.5~45mm DCR-TRV75E 1/4〞 4.5 mm 3.62.7 mm 4.2~42mm DCR-PC115E 1/4.7〞 3.8 mm 3.02.3 mm 3.6~43mm DCR-HC1000E 1/5 3.6 mm 2.92.2 mm 3.2~32mm DCR-VD210E 1/6 3.0 mm 2.41.8 mm 2.3~23mm DCR-DVD91E 2-4 摄像机的镜头 二.视场角 成像尺寸确定后,镜头具有一个确定的视野。镜头对这个视野的高度或宽的最大张角称为视场角。视场角有垂直视场角和水平视场角两种。若成像高度为H, 2-4 摄像机的镜头 标准镜头”的概念 一般来说,用镜头焦距长度与成像面对角线长度相当的镜头拍摄的画面,比较符合人眼的透视感觉,此时的水平视场角大约为45度,人们把这样焦距的镜头称为“标准镜头”。 摄像师要清楚地知道所用摄像机CCD的成像尺寸,这样就能明确标准镜头、广角镜头和长焦镜头分别对应的镜头焦距,这点极为重要!视场角可使我们准确地计算出视场范围的大小。 2-4 摄像机的镜头 2-4 摄像机的镜头 视场角,焦距与成像尺寸 视场角、焦距与成像尺寸关系极大,从表上的数据中可清楚看到: 焦距相同的镜头, 用在成像尺寸不同的摄像器件上,其视场角相差很大。一般来说,由于摄像器件成像尺寸较小,装在摄像机上的变焦距镜头,其广角明显不足,窄角(长焦)略显富裕。(这是相对于 135mm照像机常用镜头而言的) 2-4 摄像机的镜头 三.倍率镜 倍率镜也称扩展镜,放大镜。加入倍率镜后,原镜头的焦距可扩展若干倍。 如加入2倍(2)的倍率镜 ,原镜头焦距9—143mm,则变为18—286mm。要注意的是,加入倍率镜后,到达成像面上的光通量将减少。加入2的倍率镜后,光通量是未加时的1/4,光 圈要增大2档。 2-4 摄像机的镜头 四. 后焦(截)距 镜头的最后一个透镜表面到成象面之间的距离称为后焦(截)距。在此之间放置色棱镜。后焦距调整好后,不要轻易变动,否则聚焦不清晰。(现象为:长焦端清晰,拉开后短焦端模糊。) 2-4 摄像机的镜头 2-5 摄像机的曝光控制 2-5 摄像机的曝光控制 摄像机要拍摄出影调适当、层次丰富的画面,就要掌握好曝光。 第五章节、摄像光线 教学目的:了解摄像拍摄的光线需要 教学重点:被摄主体的亮度范围 教学难点:被摄主体的亮度范围 1. 被摄主体的亮度范围 即被摄主体最亮处的亮度值与最暗处的亮度值的差值范围。目前,彩色电视系统能反映景物的亮度范围一般为一比几十,大约为5至6个亮度等级( 1 :32至 1 :64 ) 。 2-5 摄像机的曝光控制 景 物 亮度范围 01. 画面中有太阳的风景 1:2,000,000 02. 在晦暗的室内拍摄窗外的 1:100,000 明亮景物 03. 通过拱门拍摄明亮的风景 1:1000—1:10000 04. 在狭窄的街道拍摄带有受 1:100—1:500 日光照明的房屋 05. 直射阳光下带有很暗前景 1:100—1:500 的风景 06. 直射阳光下带有前景的风景 1:20—1:60 07. 直射阳光下没有前景的风景 1:10—1:30 2-5 摄像机的曝光控制 景物 亮度范围 08. 雾中没有前景的风景 1:2—1:3 09. 阴暗天气没有前景的风景 1:5—1:10 10. 直射阳光下无前景有山的风景 1:10—1:40 11. 阴天无前景有山的风景 1:5—1:10 12. 阳光下以开敞风景为背景带 1:10—1:15 明亮人物肖像 13. 阳光下以开敞风景为背景带 1:20—1:100 暗色人物肖像 14. 夏季由飞机上拍摄地面 1:3—1:6 15. 冬季由飞机上拍摄地面 1:6—1:10 2-5 摄像机的曝光控制 2. 直线段曝光 即要把被摄主体的亮度范围,控制在光电反应的直线段(线性变化)的部分,只有这样才能真确反映被摄主体的明暗层次及色彩。 2-5 摄像机的曝光控制 摄像机中用于曝光控制的手段主要有四类,即光圈控制、电子快门、动态对比度控 制电路和增益控制电路的使用。 二.光圈控制 摄象机中的光圈控制方式有三种,即手 动光圈、自动光圈和瞬时(自动)光圈。 2-5 摄像机的曝光控制 1. 手动光圈 手动光圈就是人为地控制光圈的大小,来实现对画面的曝光。手动光圈适用于广泛的拍摄场合,只要光圈的调整与运机、调焦等操作并不矛盾,又能掌握好恰当的曝光量都可采用。 特别注意:由于使用手动光圈时,曝光量的多少全凭摄像师在寻像器中对画面的观察,因而寻像器的亮度和对比度是否正确,对曝光的掌握就显得非常重要。使用前预先的检查是必须的,否则极易引起误差。 2-5 摄像机的曝光控制 2.自动光圈 为了操作的简便快捷,省去摄象师光圈跟踪的麻烦,现代摄像机都设有自动光圈功能。 自动光圈的工作原理简单地说,是在图象的心部分选取R、G、B三基色信号中电平最大者,再取其平均值。放大后与一基准电平相比较,产生误差电压,用它来驱动光圈控制电机,实现光圈自动调整。从而使信号保持在预定的标准电平上。通常这个基准电平为峰值电平的70%。 2-5 摄像机的曝光控制 窗口: “图象的中心部分”即为窗口,也就是选取比较信号的部分。“窗口”面积因摄像机不同而不同,常见的窗口面积为20-40%。显然只有窗口内的景物亮度对自动光圈的控 制变化起作用。自动光圈的使用场合:一般为亮度较为均 匀,反差不是太大的景物,或是抢拍新闻等难以过细调整光圈的场合。 2-5 摄像机的曝光控制 3.瞬时光圈 瞬时光圈的使用方法因摄像机的不同而不同。但基本上都是小窗口下的自动光圈工 作方式。 2-5 摄像机的曝光控制 瞬时光圈的使用方法:摄象机工作在手动光圈工作状态下,按下“瞬时光圈”按钮,此时摄像机立即转入“自动光圈”工作方式,只不过此时的窗口为小窗口(因而它是“自动光圈”功能的一个补充),释放“瞬时光圈”按钮,摄像机又恢复“手动光圈”工作方式,此时光圈继续保持刚才自动调整的位置上。 2-5 摄像机的曝光控制 瞬时光圈的使用场合:往往是在图像明暗反差很大,拍摄主体处于逆光情况下使用;在用手动光圈拍摄时,突然拍摄到亮度差别较大的景物,需要立即调节光圈时,可使用瞬时光圈。 另外,瞬时光圈还可作为测光表使用。注:自动光圈和瞬时光圈是摄像机中两项方便 曝光的功能。 2-5 摄像机的曝光控制 三. 电子快门 摄像机在拍摄快速运动物体时,由于在一场时间内,物体光像在CCD感光面上的位移,会造成图像的模糊。物体运动速度愈快,图像愈模糊。使用电子快门可以提高物体动态清晰度,改善快速运动物体图像的清晰程度,减轻图像的模糊程度。另外,电子快门和光圈的配合使用,可以对曝光量进行控制,影响景深。 2-5 摄像机的曝光控制 1.电子快门基本原理 在没有电子快门作用时(即常设的1/50秒),光像转变为电子的时间为1/50秒。在此期间内,运动物体的光像在CCD感光面上的位移,使得由此产生的图像电信号包含了位移的信息,因而造成了图像的模糊。 2-5 摄像机的曝光控制 当使用电子快门时 (如1/100、1/1000秒)光像转变为电子的时间即为电子快门时间,采样时间可大为缩短(可根据运动物体速度选择电子快门速度),产生图像模糊的信息也随之减少,运动物体的轮廓 就会清晰起来。 2-5 摄像机的曝光控制 2. 电子快门的使用 由于使用电子快门时采样时间变短,等效于降低了摄像机的灵敏度,视频信号的电平也会随之降低。为了保证视频信号的幅度,必须开大光圈,电子快门速度每提高一档,圈也要提高一档。 2-5 摄像机的曝光控制 四. 动态对比度控制电路(DCC) 动态对比度控制电路(DCC -Dynamic Contrast Control),又称自动拐点控制电路。 摄像机能够线性地反映景物亮度的范围为一比数十,即动态范围为数十。为了增加摄像机的动态范围,专业摄像机一般都装有动态对比度控制电路(DCC),借以提高摄像机拍摄景物的亮度范围。 2-5 摄像机的曝光控制使用该电路时,摄像机可根据输入信号电平自动调整白压缩的起点(也称拐点)。当景物亮度范围超过数十(如数百)时,拐点降到85%,使重现图像的高亮度区仍有一定的灰度层次,虽然有些失真,但不至于是什么层次都没有的惨白一片。 DCC电路的使用,可将被摄景物的亮度(动态)范围扩大到逼近电影胶片的对比度 范围——600%。 2-5 摄像机的曝光控制 五. 增益控制 像机中的增益控制也能影响视频信号的幅度。一般来说,增益是指摄像机中的视频处理电路对CCD产生的图像信号(包括有用的信号和干扰信号)的放大能力。 增益是与信噪比有着密切关系的一个参量。 2-5 摄像机的曝光控制 当照明条件良好时,有用的图像信号比较强,摄像机的增益量并不需要太大时,就能得到符合标准的视频信号输出幅度(这一点是必须的)。此时其信噪比为正常值。 当在一个极暗的拍摄环境中,有用的图信信号是很弱的,为了达到规定的视频幅度。加大增益量是可以的,但于此同时无用的干扰信号也同时被放大了。其效果就是信噪比变低,画面质量下降(画面颗粒状现象加重)。 现代摄像机中增益控制有三类: 2-5 摄像机的曝光控制 自动增益 摄像机根据入射光线的强弱在保证一定的信噪比的情况下,自动调整对信号的放大量。这对摄像师来说是十分便利的。这是摄像机基本状态。 2. 正增益 许多摄像机上设有若干档手控增益开关(如+12dB、+24dB、+36dB等),在光线极暗的情况下使用正增益,可得到有图像的画面,但这样做会使信噪比大大降低,画面质量变差。因此要谨慎使用正增益,在条件可能的情况下,还是要增加照明。 3.负增益 负增益并非是负的放大量。而是在光线照明很好时,人为地控制减小对图像信号的放大量,由此带来的好处是提高了信号的信噪比,使画质更好。 2-5 摄像机的曝光控制 六. 摄像机曝光控制的运用 如被摄景物的亮度范围,超过了摄像机能够反映的亮度范围,可用以下方法来改善: 1. 为被摄景物的暗部补光,缩小光比。 2. 根据艺术需要,采用暗部,中部,亮部曝光法。 3. 使用DCC电路。 方法原则:减小光比! 另外,如有可能: 1. 改变构图,减小光比。 2. 调整画面中的高光景物,减小光比。 2-6 摄像机的色彩控制 摄像机要拍摄出色彩还原正确的画面,色彩控制非常重要。摄像机中用于色彩控制的手段主要有两点,即色温转换片与白平衡调整。 自然界各种景物呈现的彩色,不仅与景物本身的特性有关,而且与照明光源的颜色(即光谱成分)有关。 第六章节、摄像机的色彩控制 教学目的:了解摄像拍摄的色彩控制 教学重点:色温和增益 教学难点:色温调节 一.光源的色温与色温转换片 1.色温:当绝对黑体在某一特定的温度下,其辐射的光波与某一光源的光波具有相同的特性时,则绝对黑体的这一特定温度就定义为该光源的色温。用开氏度(K)表示。 注意:色温是表征光源色度的物理量,而不是表征光源温度的物理量。 2-6 摄像机的色彩控制 2-6 摄像机的色彩控制 2.色温校正片 彩色摄像机的分色装置是以色温为3200K的演播室卤钨灯为基准设计制造的。摄像机在不同光源照明下拍摄同一景物时,由于光源色温的不同,屏幕上重现景物的彩色也会有所不同。摄像机为适应不同光源,必须对光源色温进行校正,以保证正确重现被摄景物的彩色。 2-6 摄像机的色彩控制 具体办法:在变焦距镜头与分色装置之间加入数片色温校正片,利用它的光谱响应特性,补 偿因光源色温不同引起的重现彩色失真。色温校正片的作用:将(入射到摄像机中的)照明光源的色温转换成(接近)3200K。注意:经过色温校正片校正过的光源色温,并不能精确等于 3200K。要正确重现被摄景物的彩色,还需要调整摄像机的白平衡。 2-6 摄像机的色彩控制 注:使用色温校正片是对光源色温的粗校、调整摄像机的白平衡则是对光源色温的细校。把(3200K,5600K,6500K等)几种不同的色温校正片,安装在一个圆盘上,转动圆盘可以选择不同的色温校正片,以适应不同色温的照明光源。 6800K色温校正片 呈浅桔色(衰减蓝光) 2800K色温校正片 呈浅蓝色(衰减红光)。 3200K色温校正片是无色透明光学玻璃。 2-6 摄像机的色彩控制 二.中性滤光片 当摄像机在强光下工作时,应减小光圈,但有时为了艺术的效果又不能减小光圈。这就需要在光路中加入既能减少入射光的光通量,又不改变入射光的色温的衰减器,这就是中性滤光片。简称ND片(Neutral Density)。透光率有25%,10%,1.5%等几种。由于高色温与高照度往往同时出现,摄像机的中性滤光片常和高色温校正片(5600K以上)合做成一片。 2-6 摄像机的色彩控制 三.白平衡及其调整 1.白平衡 —— 摄像机在拍摄标准白色时,输出的三基色信号电压幅度相等,这样的信号电压才能使显像管荧光屏上重显标准白色,这就是白色平衡(简称白平衡)。 2.白平衡的目的 —— 摄像机只有达到了白平衡后,才能正确重现被摄景物的色彩。 2-6 摄像机的色彩控制 3.白平衡调整方法 —— 将摄像机镜头对准标准白色,并使之充满视场。按动白平衡调整按钮,若色温转换片使用恰当,数秒钟后摄像机自动显示装置(信号灯、微机字符显示等会显示白平衡已调好,否则,变换色温转换片,再进行调整。 2-6 摄像机的色彩控制 4.白平衡调整的实质 —— 根据光源色温的不同(光谱成分能量的不同),改变摄像机视频处理电路中红、绿、蓝三个通道对信号增益量的大小,使得输出的三基色信号电压幅度相等,从而达到白平衡。 2-6 摄像机的色彩控制 四.画面的色彩控制 掌握了白平衡调整的实质,摄像师就能够根据艺术的需要,人为地控制和改变被摄景物的色彩。 如:使拍摄画面的影调比正常情况偏红或偏蓝。具体做法是:若想使画面偏向某种颜色只需在调整白平衡时,使用的白板带有该种颜色的补色即可。 2-6 摄像机的色彩控制 如需画面偏红,则调白平衡的白板偏红色的补色——青色。由于青色中含有绿色和蓝色, 用偏青的白板调整白平衡,要使得三基色信号电平相等,则摄像机中绿色和蓝色通道的增益量必小于红色通道的增益量,也就是说红色通道增益量大于绿色和蓝色通道的增量。用这种工作状态下的摄像机拍摄出的画面,自然就偏红,余理可推。 2-6 摄像机的色彩控制思考:如要拍摄偏黄的画面该如何做?为什么? 2-6 摄像机的色彩控制 五. 混合光源下色彩的控制 2-6 摄像机的色彩控制 方法: 1. 尽量统一光源色温(如在低色温的光源前加蓝色透明纸)。 2. 以强光的色温来调整白平衡 3. 画面中若有人物,一定要以人的肤色还原为准,白板可放置人脸附近调整白平衡,在光源色温不一致时,更要如此。 2-6 摄像机的色彩控制 六.黑平衡及其调整 1.黑平衡 —— 摄象机在拍摄黑色物体或盖上镜头盖时,输出的三个基色信号电压幅度应相等,此时显象管荧光屏上能重现纯黑色,这就是黑色平衡(简称黑平衡)。 2.黑平衡的意义 —— 摄像机只有达到了黑平衡后,才能正确重现被摄景物的色彩和确定视频信号的电平。 2-6 摄像机的色彩控制 3.黑平衡调整方法 —— 将摄象机的镜头盖盖上,按动自动黑平衡的按钮,数秒钟后, 显示装置会显示黑平衡已调整好。注:调整黑白平衡的次序以最后一次调整白平衡为准(有时黑白平衡须反复调整)。 2-7 摄像机的电子特性 作为摄像师了解知晓一些摄像机的主要电子特性是很有必要的,因为这些知识可以帮助你获得曝光准确、色彩鲜艳的画面,也可以解释为什么有时画面粗糙得象近距离观察油画般的颗粒状,给你带来的困惑。所有不成功的拍摄都是有原因的,而我们应该尽量避免。 2-7 摄像机的电子特性 1. 分解力与电视线 摄像机分解图像细节的能力。有时又称清度。衡量标准是摄像机拍摄一个黑白相间垂直条纹的测试卡时,在电视画面的中心部位,人眼能够分辨出的水平方向上的黑白线数。 摄像机的分解力一般用电视线(TV Line)表示。若有N条黑白相间垂直条纹落在像宽W的范围内,那么在水平方向上等于像高H的宽度内的线数就是:NH/W。电视系统中,将这样经过折算后的线定义为电视线,简称线。 2-7 摄像机的电子特性 摄像机的分解力受镜头质量、CCD像素数目的多少、视频带宽等因素影响。一般3片式 1/2英寸CCD摄像机为800线左右,2/3英寸CCD摄像机为880线左右。 DV摄像机的清晰度有两种:摄像机水平清晰度和记录水平清晰度。 记录水平清晰度指记录在DV录像带重放时能够达到的指标,一般为500线以上,目前厂商标注的最大值为540线。一般摄像机的水平分解力要大于录像机的水平清晰度。 2-7 摄像机的电子特性 2. 信噪比(S/N) 是指有用的图像信号与夹杂在其中的无用的干扰信号(常表现为画面中黑白或彩色颗粒状跳动的小点)的比值。这个数值越大,说明其拍摄出的画面,干扰愈小,也就是业内人士常说的,画面“干净”、“透彻”。这种感觉初学者要通过仔细观察来体会了。 信噪比用dB(对数)表示。即得到比值后再取对数。DV数码摄像机可轻松达到60dB,有些机型已达62dB。 2-7 摄像机的电子特性 3. 灵敏度 摄像机需要光线才能进行拍摄——这是常识,但需要多强的光线才能拍摄出“良好”的画面,却不易确定。原因在于“良好的画面”的认同上。对摄像机灵敏度的描述,常用两种方式:其一,用在良好的照明条件下(工程上常用在2000勒克斯照明下)摄像机上的光学镜头其光圈数为多少来衡量它的灵敏度。显然F值为8的摄像机的灵敏度要高于F值为5.6的摄像机。 2-7 摄像机的电子特性其二,在微光情况下,如只有几个勒克斯照明情况下——大约相当于点燃一根光柴的亮度,此时其镜头的光圈一般开到最大,观察拍摄出来电视画面的质量如何。摄像机在低照度情况下的表现,判断的依据更多的是主观感觉。 虽然有些摄像机号称可以在低至几个勒克斯的微光下进行拍摄,但这时拍摄出的画面大多为轮廓不清、信噪比很低、基本无色彩的“不良画面”。 2-7 摄像机的电子特性 4. 自动聚焦(AF-Auto
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