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摄像机

2023-03-17 21:07自然百科人已围观

[拼音]：shexiangji

[外文]：pickup camera

电视系统中把景物的图像和现场的声音转换为电信号的设备。电视摄像机的简称。

组成和原理

由视频电路和音频电路两大部分组成。视频部分主要由光学系统、摄像器件、预放器、同步扫描系统、控制系统和彩色摄像机中特有的彩色编码器几部分组成。音频部分较为简单，一般装有一个微音器，用来把现场声音转化为电信号，利用摄像机内的音频放大电路可以把音频电信号放至足够大后输出。音频电路相对视频系统是独立的。

光学系统

黑白摄像机和单管彩色摄像机中的光学系统由光学镜头组成，光学镜头由透镜组和可调光阑(光圈)组成。透镜组使被摄景物成像于摄像器件的靶面上，光阑则用来调整光通量。简单摄像机上只有一个固定焦距镜头，演播室用摄像机可以有几个固定焦距镜头，根据拍摄意图随意选用，而新型摄像机上越来越多的使用变焦距镜头。三管彩色摄像机的光学系统由光学镜头和分光棱镜组成。分光棱镜的作用是将通过的光线分解成红(R)、绿(G)、蓝(B) 三种基色光线，在三支摄像器件的靶面上分别成像。分光棱镜是一种特殊设计的棱镜组，棱镜组中的两个特殊界面可以有选择地反射某种基色光线而使其他光线通过。

摄像器件

完成图像分解和光电信号转换的器件。图像分解是把一幅完整图像分解成若干独立的像素（构成电视图像画面的最小单元）的过程。一般说，像素的数目愈多，图像愈清晰。每个像素只用单一的颜色和亮度表示。摄像器件能把图像中各像素的光信号转变成相应的电信号，再按一定的顺序传送到输出端。摄像器件分摄像管和固体（半导体）摄像器件两大类。

（1）摄像管、电子束器件，又分为析像管、光电倍增析像管、超正析像管和光导摄像管等几种。新型摄像机中多使用小巧的氧化铅光电摄像管。各种摄像管都有一个真空玻壳，里面装有靶面和电子枪。被摄景物透过玻壳上的窗成像于靶面，利用靶面的光电发射效应或光电导效应将靶面各点的照度分布转化为相应的电位分布，将光图像变成电图像。在管外偏转线圈驱动下，电子束逐点逐行扫描靶面，把扫描路径上各像素的电位信号按序输出。

（2）固体摄像器件。一种新型的电荷耦合器件 (CCD)。几十万个器件单元排列成阵面，表层具有光敏特性。被摄景物成像于阵面，各单元存储电荷量和照度成正比。利用时钟脉冲和移位控制信号，将阵面各单元信号按一定顺序移出，即可得到强度随时间变化的图像电信号。

预放器

把摄像器件输出的微弱信号放大到规定幅度的视频放大器。为保证良好的信噪比，要求预放器有尽可能小的噪声系数。

同步扫描系统

产生摄像管电子束扫描驱动信号或CCD 的时钟和移出信号的设备。同步扫描系统还产生行、场消隐信号和行、场同步信号。电视制式不同时，行、场同步信号频率不相同。同步信号也可以由摄像机外部输入，多部摄像机同时工作时，机外输入信号可以保证这几部摄像机同步工作，便于现场节目制作时切换摄像机。

编码器

由三基色信号产生亮度信号、色度信号和色同步信号的电路。黑白摄像机无此部分。编码器由矩阵电路、调制器、色副载波产生器和色同步信号产生电路等组成（图1)。矩阵电路将R、G、B三基色信号按规定的比例组合成Y信号和I，Q信号。矩阵电路一般是由电阻网络或运算放大器构成。(R-Y)和(B-Y)对色副载波进行调制得到色度信号。彩色电视制式（有PAL制、NTSC制和SECAM制）决定了调制器的形式。

控制系统

对摄像机的图像信号进行γ校正、孔阑校正、重合校正及色平衡调整的系统。摄像机和录像机一同工作时，还可以利用摄像机内的控制系统控制录像机的启、停。

类型

按产生图像信号的性质，摄像机分为黑白摄像机和彩色摄像机。彩色摄像机按摄像器件的个数又可分为单管式彩色摄像机、双管式彩色摄像机和三管式彩色摄像机。摄像机按使用情况又可分为演播室用摄像机和便携式摄像机。

黑白摄像机

只记录亮度信号而无色度信号的摄像机。由光学镜头将景物成像于摄像管的靶面上或 CCD的阵面上。预放器将摄像器件的输出信号放大到规定的幅度，成为亮度信号。亮度信号和同步扫描系统产生的行、场消隐及行、场同步信号组合得到全电视信号(图2)。

单管式彩色摄像机

只用一支摄像器件（摄像管或CCD)的彩色摄像机。在摄像器件靶面前放一个条纹滤色器，使靶面上形成红(R)、绿(G)、蓝（B）三色小区。同一像素被析成三个并排的单基色像素。电子束扫描靶面时顺序输出正比于光通量的三基色信号，再用电路分成三路单基色信号，经编码器得到亮度信号、色度信号和色同步信号。亮度信号，色度信号，行、场消隐信号，行、场同步信号和色同步信号组合成兼容制彩色全电视信号。单管式彩色摄像机结构简单，没有三管式彩色摄像机中的图像重合问题，但每种基色只用了靶面面积的1/3，使摄像器件灵敏度降低，图像信号清晰度也较低。

双管式彩色摄像机

使用两支摄像器件的彩色摄像机。一支摄像器件与单管式彩色摄像机的功用相同，另一支摄像器件接受景物的全色光，输出亮度信号。编码器中的矩阵网络简化。镜头后面只需简单的分光系统，将通过镜头的全色光分为两路全色光，分别在两支摄像器件上成像。

三管式彩色摄像机

使用三支摄像器件的彩色摄像机。镜头与摄像器件之间有分光系统。三支摄像器件的靶面上分别形成景物的单基色实像，并输出R、G、B三基色图像信号。编码器以后的工作过程和单管彩色摄像机相同。与单管和双管摄像机相比，三管摄像机靶面使用面积大，故灵敏度高，图像清晰度高，但光学系统及整机结构复杂。为保证图像质量，对用摄像管作摄像器件的摄像机，要求扫描过程中三支摄像管中的电子束打在靶面上的几何位置严格一致（重合），这样增加了技术难度。高质量的彩色摄像机都属于三管或三 CCD式的摄像机。

演播室用摄像机

又称固定式摄像机。它对体积、重量和耗电的限制不严，但对信号质量要求高，功能比较齐全，通常安装在较重的底座或有起落架的专用摄像车上。机身稳定，只能在有限空间内移动。一般在演播室或特定拍摄场地制作高质量电视节目。

便携式摄像机

能在移动情况下使用的小型摄像机。要求体积小、重量轻、耗电省，一般可以用电池供电。便携式摄像机可以配用轻型支架，也可以单人肩扛或用手持握，在行进中拍摄。多用于新闻采访或科研现场拍摄。最新式的便携式摄像机集摄像、录像功能于一身，成为一体化摄录机。

参考书目