摄像技术.docx

摄像技术.docx

《摄像技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《摄像技术.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

摄像技术

1、光学变焦英文名称为OpticalZoom，数码摄像机依靠光学镜头结构来实现变焦。

数码摄像机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多，就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。

   在买数码摄像机的时候，很多用户都会问，什么是数码变焦，什么是光学变焦，下面，我们就用图示来解释一下。

   光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。

当成像面在水平方向运动的时候，如下图，视觉和焦距就会发生变化，更远的景物变得更清晰，让人感觉像物体递进的感觉。

   显而易见，要改变视角必然有两种办法，一种是改变镜头的焦距。

用摄影的话来说，这就是光学变焦。

通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。

另一种就是改变成像面的大小，即成像面的对角线长短在目前的数码摄影中，这就叫做数码变焦。

实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角，从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。

   所以我们看到，一些镜头越长的数码摄像机，内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大。

我们看到市面上的一些CMOS数码摄像机，一般没有光学变焦功能，因为其机身内根部不允许感光器件的移动，如今的数码摄像机的光学变焦倍数大多在10倍。

2、数码摄像机在黑暗或者光线不足的情况下，可以特殊的设置其功能，补偿画质的损失，这种功能被称为夜摄功能。

为了应付昏暗的环境下，拍摄画质不清，噪点过多的问题，各数码摄像机厂商都想尽了办法，把加强夜摄功能作为能突破技术之一。

现在的消费级数码摄相机，都拥有夜摄功能，只是这些功能的优劣不同。

红外夜摄 :

   几种夜摄模式中，最出名的夜摄功能要算索尼的红外线夜摄。

这是索尼公司首创的功能，该功能能够在全黑环（0Lux）境下进行拍摄，甚至连肉眼也不能分辨的物体，现在也可以清晰地拍摄下来。

因为数码摄像机用CCD感应所有光线（可见光、红外线和紫外线等）,这就造成所拍摄影像和我们肉眼只看到可见光所产生的影像很不同。

为了解决这个问题,数码摄像机在镜头和CCD之间加装了一个红外滤光镜，其作用就是阻挡红外线进入CCD,让CCD只能感应到可见光，这样就使数码摄像机拍摄到的影像和我们肉眼看到的影像相一致了。

配合慢速快门开关使用，影像细致悦目。

这个夜摄功能的一个主要缺点是双色拍摄，或者黑白，或者偏绿，拍出来的图像噪点很大。

使用这种夜摄功能，能够很好地“看到”物体，但是离“看清”物体还很远。

   之后，索尼公司又改进了这个只能“看到”而“看不清”的夜摄功能，推出“超级红外线夜摄”。

超级红外线夜摄功能的慢速快门为自动调节，可以获得更好的影像效果。

需要注意的：

因为红外线夜摄的前提是数码摄像机能发出人们肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体，所以说它的拍摄距离是有一定限制的，如果数码摄像机发出的红外线到达不了要拍摄的物体，那么当然就什么也拍不到了。

彩色夜摄:

   松下看准数码摄像机夜摄市场的优势，紧跟索尼，并推出“彩色夜摄”功能。

松下数码摄像机采用的“夜视”方法是：

“彩色夜视”。

彩色夜视功能是利用1LUX（快门速度控制在1/2秒时）的亮度，使被拍摄目标明亮起来。

彩色夜视摄像机不像红外线夜摄的机型那样发出红外线，它不发出任何光线，而是采用延长CCD的曝光时间的手段，使得光线在CCD上产生的电荷进行逐渐的增量积累，同时运用数码摄像机的电路进行高增益运算而完成“夜视”功能的。

它的特点是拍摄至少应该有１LUX的光线（大概一支蜡烛的亮度），因为不是红外线拍摄，所以拍摄出的画面是彩色的，这点比索尼的数码摄像机好一些，彩色的影像总比黑白的看起来赏心悦目吧。

但是由于CCD的曝光时间延长，拍摄的画面是不连续的，而且会产生画面拖尾的现象。

夜眼功能:

   摄像机制造大商，日本公司JVC在这方面也不甘示弱，并推出其“夜眼”功能。

这一功能与松下彩色夜视功能类似，同样采用的是慢速快门，所以在拍摄的时候最好使用三角架，用手持的方法难以获得良好的画面，比较适合拍摄不移动的彩色画面，当拍摄移动的物体时，与松下的彩色夜视功能一样，影像会有拖尾现象，画面表现得有些断断续续。

3、

数码摄像机:

记录介质

   记录介质即数码摄像机用以储存视频和音频的介质，一般为磁带结构。

因为数码视频和音频文件可以占去很多空间容量，所以一般以数字格式储存在磁带上。

现在市面上常见的几种数码摄像机记录介质有MIDIDV、MicroMV、DVCAM，因为其他介质并不流行，有的更糟淘汰命运，在这里就不多介绍。

下面是几种常见格式磁带的简介：

MiniDV磁带    

   以MiniDV为纪录介质的数码想像机在数码摄像机市场上占有主要的地位。

它是通过1/4英寸的金属蒸镀带来记录高质量的数字视频信号。

DV视频的特点是：

影像清晰，水平解析度高达500线，可产生无抖动的稳定画面。

DV视频的亮度取样频率为13.5MHZ，与D1格式的相同，为了保证最好的画质纪录，DV使用了4：

2：

0（PAL）数字分量记录系统。

   DV录取的音频可以达到48KHZ，16比特的高保真立体录音，质量等同于VCD的音频效果，还可以降低层次，以12比特，录频率为32KHz的音，质量好于FM广播。

   DV带记录的数据，下载至电脑上面，容量惊人，10分钟的内容，未经压缩可以占去2G的空间，但是其画质也相当不错。

MicroMV磁带    

   MicroMV磁带俗称MV带，是索尼公司新开发的一种数字视频纪录介质。

它采用了MPEG-2的压缩技术，在不降低画面质量的前提下，能有效压缩影像的体积，节省空间和重量。

它所记录的音视频和DV无异，而在体积上更显得轻巧。

   MV带的体积大概是DV体积的70%，使用MV带的数码摄像机自然在体积上也会减少。

它的最大特点，就是通过内置的一块芯片，详细记录音视频在介质中的位置，方便用户回放和搜索。

 DVCAM磁带    

   DVCAM格式也是由索尼公司在1996年开发的一种视音频储存介质，其性能和DV几乎一模一样，不同的就是两者磁迹的宽度，DV磁带的磁迹宽度为10毫米，而DVCAM的磁迹宽度为15毫米。

由于记录速度不同，DV是18.8毫米每秒，而DVCAM是28.8毫米每秒，所以两者在记录时间上也有所差别，DV带是60—276分钟的影音，而DVCAM带可以记录34—184分钟。

   在视频和音频的采录方面，DV和DVCAM基本相同，记录码率为25Mbps，音频采用48kHz和32kHz两种采样模式，都可以通过IEEE1394火线下载到电脑上进行非编剪辑。

4、

数码摄像机:

感光器像素

   数码摄像机感光器件的像素，以Pixel作为单位，其性能和工作原理与数码相机一样。

感光器件的像素即为经计算，CCD或者CMOS器件直接的成像大小。

数码摄像机是通过感光器件，把光子转化成电子，然后存进记忆体内的。

像素越高的数码摄像机能产生的图像分辨率也相对高。

 多数的数码摄像机都采用了CCD（电荷耦合元件）做为其感光器件，一些底端的数码摄像机会采用CMOS。

而接近专业级的数码摄像机是用3CCD作为其感光器件。

   单CCD的感光器像素即其感光器件的像素。

3CCD的像素计算方法简单，每个CCD的像素乘以三，最后得出的就是数码摄像机的总像素。

在选购数码摄像机的时候，不能只看像素，还要注意CCD的尺寸大小，譬如说1/6寸的3CCD可能表现能力并不比1/4寸单CCD理想，因为CCD的大小决定了进光量，也决定了图像的清晰度。

   但是普遍来说，3CCD的成像质量是要比单CCD的成像质量高，而因为CCD感光器件的价格昂贵，所以3CCD的数码摄像机也会比较昂贵。

   一般3CCD数码摄像机的像素，每个CCD在34—45万个之间，也就是说，总像素是在102—135万之间。

而民用单CCD的像素反而比3CCD的要高，像索尼、松下、夏普这些数码摄像机的制造大商，可以把民用数码摄像机的总像素提高到300万，在一定程度上实现了数码相机的级别。

   随着数码科技越来越发达，3CCD数码摄像机越来越被影视专业重视。

其画质清晰，价格相对低廉，而方便携带，使很多省市级电视台用以拍摄外景的好工具，而在一定程度上，3CCD的数码摄像机也成为很多电视台的重要工具。

而单CCD的数码摄像机也由于轻巧方便和价格低廉，吸引了很多消费者的目光。

   现在很多商家都把昂贵的3CCD装上消费级的数码摄像机上，这样就可以让消费者尝尝专业的味道。

5、

数码摄像机:

图像感光器元件

   数码摄像机的感光元件也即数码摄像机感光成像的部件，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。

目前数码摄像机的核心成像部件有两种：

一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。

感光元件工作原理：

   电荷藕合器件图像传感器CCD（ChargeCoupledDevice），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。

CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。

当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。

   CCD和传统底片相比，CCD更接近于人眼对视觉的工作方式。

只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。

CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。

CCD的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。

目前有能力生产CCD的公司分别为：

SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。

   互补性氧化金属半导体CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。

CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点,这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。

两种元件不同区别：

   由两种感光元件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。

同时，这几年来，CCD从30万像素开始，一直发展到现在的600万，像素的提高已经到了一个极限。

   在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。

到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。

一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。

   CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。

但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。

CMOS影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将ADC与讯号处理器整合在一起，使体积大幅缩小，例如，CMOS影像传感器只需一组电源，CCD却需三或四组电源，由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同，要缩小CCD套件的体积很困难。

但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生，未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命，往后技术的发展是重要关键。

影响感光元件因素：

   对于数码相机来说，影像感光元件成像的因素主要有两个方面：

一是感光元件的面积；二是感光元件的色彩深度。

   感光元件面积越大，成像较大，相同条件下，能记录更多的图像细节，各像素间的干扰也小，成像质量越好。

但随着数码相机向时尚小巧化的方向发展，感光元件的面积也只能是越来越小。

   除了面积之外，感光元件还有一个重要指标，就是色彩深度，也就是色彩位，就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。

非专业型数码相机的感光元件一般是24位的，高档点的采样时是30位，而记录时仍然是24位，专业型数码相机的成像器件至少是36位的，据说已经有了48位的CCD。

对于24位的器件而言，感光单元能记录的光亮度值最多有2^8=256级，每一种原色用一个8位的二进制数字来表示，最多能记录的色彩是256x256x256约16,77万种。

对于36位的器件而言，感光单元能记录的光亮度值最多有2^12=4096级，每一种原色用一个12位的二进制数字来表示，最多能记录的色彩是4096x4096x4096约68.7亿种。

举例来说，如果某一被摄体，最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍，用使用24位感光元件的数码相机来拍摄的话，如果按低光部位曝光，则凡是亮度高于256备的部位，均曝光过度，层次损失，形成亮斑，如果按高光部位来曝光，则某一亮度以下的部位全部曝光不足，如果用使用了36位感光元件的专业数码相机，就不会有这样的问题。

6、

数码摄像机:

水平解析度

   用摄像机拍摄的影音信号需要在电视上播放时，需要换算成与电视画质相同的单位。

而电视的画面清晰度是以水平清晰度作为单位。

通俗地说，我们可以把电视上的画面以水平方向分割成很多很多“条”，分得越细，这些画面就越清楚，而水平线数的数码就越多。

这个单位是“电视行（TVLine）”也称线。

然而，数码摄像机以数码磁带记录的信号，在电视上播放，也换作线来计算。

   一般的数码摄像机都标明了水平清晰度的大小，普遍等于或者高于500行线数。

而我们看到一些佳能的数码摄像机，标着PAL制电视机625行是标称垂直分解力，其实除去逆程的50行外，实际的有效垂直分解力为575线。

水平分解力最高可达575x4/3=766线。

但是限制线数的主要因素之一还有带宽。

经验数据表明可用80线/MHz来计算能再现的电视行（线数）。

如6MHz带宽可通过水平分解力为480线的图像质量。

低档家用录像机，如VHS，最多能有240线的清晰度，高档家用摄录机，如S-V而数码摄录机的记录方式是数码信号的格式，清晰度在500线以上。

   数码摄像机（DV）记录信号的彩色带宽为1.5MHz，是模拟记录方式的3倍。

它采用1：

5压缩比的MPEG-2（MPEG——MovingPicturesExpertsGroup）数字视频编码来记录现行的视频信号，水平解像力达到500线以上，与DVD的影像质量相当，而VCD的清晰度是230线，两者相差一倍还要多。

   购买数码摄相机的时候，水平清晰度是一个很重要的参考标准。

一台数码摄像机的成像质量，由它的CCD像素、CCD尺寸、感光器件个数和水平清晰度决定。

如果有一天，DV带上的内容会作为电视广播媒体别播放，那么这个水平清晰度就起到了决定性的作用了。

7、数字变焦也称为数码变焦，英文名称为DigitalZoom，数码变焦是通过数码相机内的处理器，把图片内的每个象素面积增大，从而达到放大目的。

这种手法如同用图像处理软件把图片的面积改大，不过程序在数码相机内进行，把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用"插值"处理手段做放大,将CCD影像感应器上的像素用插值算法将画面放大到整个画面。

   与光学变焦不同，数码变焦是在感光器件垂直方向向上的变化，而给人以变焦效果的。

在感光器件上的面积越小，那么视觉上就会让用户只看见景物的局部。

但是由于焦距没有变化，所以，图像质量是相对于正常情况下较差。

   通过数码变焦，拍摄的景物放大了，但它的清晰度会有一定程度的下降，所以数码变焦并没有太大的实际意义。

8、

数码摄像机:

记录介绍

      数码相机将图像信号转换为数据文件保存在磁介质设备或者光记录介质上。

如果说数码相机是电脑的主机，那么存储卡相当于电脑的硬盘。

存储记忆体除了可以记载图像文件意外，还可以记载其他类型的文件，通过USB和电脑相连，就成了一个移动硬盘。

市面上常见的存储介质有CF卡、SD卡、SM卡、记忆棒（MemoryStick）、xD卡和小硬盘（MICRoDRIVE）。

9、

数码摄像机:

镜头性能

   数码摄像机的镜头由多片镜片组成，材质则分为玻璃与塑料两类。

如果数码摄像机镜头以玻璃为材料，很多用户及商家都说玻璃镜头透光率佳、投射图像更清晰。

不过目前许多测试报告都显示，玻璃的透镜并不一定比塑料材料能带来更清晰的图像，同时玻璃镜头也可能增加相机重量，因此选购时还是应该做多面向观察，不要拘泥在镜头材质问题上。

   我们来了解一下镜头和感光器件的摆设位置。

如下图所示，从右至左该镜头组件依次由透镜、电子快门、透镜组1、透镜组2以及CCD组成。

拍摄的影像就是沿着这条光路投射在CCD上成像的。

组件中的焦距调节系统和快门系统是由透镜组1和电子快门构成的，二者是连接在一起。

在电机的带动下，透镜组1和电子快门可以前后移动，进行焦距调节，从而获得最清晰的图像，由电子快门控制曝光。

多组透镜是完成光学成像的，而最后的CCD可以把光信号转换为电信号。

10、

数码摄像机:

图像感光器

   由于数码摄像机的图像感光器件有两种：

CCD和CMOS。

图像感光器的尺寸，也即感光器件的面积大小，这里就包括了CCD和CMOS。

感光器件的面积大小，CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。

CCD/CMOS是数码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。

   CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。

当其表面感受到光线时，会将电荷反应在组件上，整个CCD上的所有感光组件所产生的信号，就构成了一个完整的画面。

   如果分解CCD，你会发现CCD的结构为三层，第一层是“微型镜头”，第二层是“分色滤色片”以及第三层“感光层”。

   第一层“微型镜头”

   我们知道，数码相机成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必须扩展单一像素的受光面积。

但是提高采光率的办法也容易使画质下降。

这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。

因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定，而改由微型镜片的表面积来决定。

   第二层是“分色滤色片”

   CCD的第二层是“分色滤色片”，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYK补色分色法这两种方法各有优缺点。

首先，我们先了解一下两种分色法的概念，RGB即三原色分色法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，都可以通过红、绿和蓝来组成，而RGB三个字母分别就是Red,Green和Blue，这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。

再说CMYK，这是由四个通道的颜色配合而成，他们分别是青（C）、洋红（M）、黄（Y）、黑（K）。

在印刷业中，CMYK更为适用，但其调节出来的颜色不及RGB的多。

   原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。

因此，大家可以注意，一般采用原色CCD的数码相机，在ISO感光度上多半不会超过400。

相对的，补色CCD多了一个Y黄色滤色器，在色彩的分辨上比较仔细，但却牺牲了部分影像的分辨率，而在ISO值上，补色CCD可以容忍较高的感光度，一般都可设定在800以上

   第三层：

感光层

   CCD的第三层是“感光片”，这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。

   传统的照相机胶卷尺寸为35mm，35mm为对角长度，35mm胶卷的感光面积为36x24mm。

换算到数码相机，对角长度约接近35mm的，CCD/CMOS尺寸越大。

在单反数码相机中，很多都拥有接近35mm的CCD/CMOS尺寸，例如尼康德D100，CCD/CMOS尺寸面积达到23.7x15.6，比起消费级数码相机要大很多，而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸为36x24mm，达到了35mm的面积，所以成像也相对较好。

   现在市面上的消费级数码相机主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四种。

CCD/CMOS尺寸越大，感光面积越大，成像效果越好。

1/1.8英寸的300万像素相机效果通常好于1/2.7英寸的400万像素相机（后者的感光面积只有前者的55%）。

而相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事，但这也会导致单个像素的感光面积缩小，有曝光不足的可能。

但如果在增加CCD/CMOS像素的同时想维持现有的图像质量，就必须在至少维持单个像素面积不减小的基础上增大CCD/CMOS的总面积。

目前更大尺寸CCD/CMOS加工制造比较困难，成本也非常高。

因此，CCD/CMOS尺寸较大的数码相机，价格也较高。

感光器件的大小直接影响数码相机的体积重量。

超薄、超轻的数码相机一般CCD/CMOS尺寸也小，而越专业的数码相机，CCD/CMOS尺寸也越大。

11、

数码摄像机:

CCD的尺寸

　　其实除了CCD象素不同以外，我们还会发觉19E/22E和33E/38E在CCD尺寸上也是略有不同。

33E/38E使用的是1/4.7英寸的CCD，而19E/38E使用的是1/6英寸的CCD。

　　也许有的人会说，不就是相差这一点点大小的CCD么，又没什么大不了的，那么他就错了。

长期以来，人们脑海中都有一个误区--CCD像素决定一切。

每提高一个百万级像素的时候人们总是那么的欢欣雀跃，可是人们往往容易忽略CCD像素背后的东西--CCD尺寸。

比起CCD像素，CCD尺寸对画面质量的影响更加直接，暴光的宽容度、人瞳孔径、信噪比、镜头焦距都与CCD尺寸息息相关。

　　我们绝对不能忽视，19E/22E和33E/38E在CCD尺寸上的这一点看起来似乎差别不大的区别。

其实CCD尺寸的大小，直接决定了MOS的体积。

按照一些专业人士的解释，当MOS的体积增大的时候，其容纳电荷的能力就相应增强，可以使CCD的动态范围加大，从而能够把细微的光线变化表现的更加细腻，丰富了画面的自然层次。

而如果我们减小了MOS的体积，那么储存电荷的能力将会明显地下降，就很容易出现电荷溢出等现象，导致画面出现噪点。

　　目前我们比较常见的CCD尺寸，是使用\\\"1/X英寸\\\"的标注方法，那么这\\\"1/X英寸\\\"到底表示什么呢？

有些人把这个理解成CCD对角线的长度