摄像机的结构与使用

潘剑武

（景德镇广播电视台，江西 景德镇 333000）

1 摄像机的结构与分类

1.1 摄像机的结构

摄像机主要由镜头系统、主机、液晶屏和寻像器、录音和传声系统、电缆与通讯系统、摄像机支撑系统等几个部分组成。

（1）镜头系统。数字摄像机使用的镜头的结构基本都是一样的，所不同的是镜头的接口不一样，有1/2英寸和2/3英寸之分。镜头系统主要部件有聚焦环、变焦环、光圈等；用通俗的话来说，变焦环作用是将镜头拉近或调远，而聚焦环的作用是使成像清晰；光圈的主要作用是控制进光量的多少。镜头字样识别举例：A20×8．6BRM-SD,其中“20”表示镜头的变焦倍数，“8．6”表示镜头的最短焦距。

（2）主机。主机包括五部分：摄像头、视频信号处理单元、同步信号发生器、彩条信号发生器、编码器、供电系统。摄像头主要由内部光学系统、光电转换的元件（CCD和CMOS)、预放电路和电子快门(用于拍摄快速运动的物体)组成；视频信号处理单元包括各种电子补偿、校正、调整和控制电路等；同步信号发生器产生一个同步信号，保证整个系统同步工作，有内同步、外同步或同步锁相三种不同方式；彩条信号发生器用以产生彩条图像的三基色信号。彩条信号可用于编码器的调节、校准各摄像机之间的延时以及录像时记录电平的调节等；编码器将红绿蓝三种信号编成彩色全电视信号，以适用于传输和适应与黑白电视相兼容的需要。三种不同的彩色电视PAL、NTSC、SECAM各有其不同的编码器，到达接收机后使用相应的解码器还原出三基色图像。输出信号的方式：VIDEO OUT ，Y/C；RGB，Y、B-Y、R-Y，现在的数字摄像机还要求输出串行数字信号（SDI）和高清数字信号（HDMI）；供电系统可以由电池块或交流结合器提供12V DC电源，也可以从摄像机控制单元通过电缆提供。摄像机中各个部件所需各种不同的电压，都由12V电压转换而成。

（3）液晶屏和寻像器。摄像机一般有一个小寻像器和一个小液晶显示屏。寻像器是摄像机拍摄时的观察窗，在记录时，摄像师通过寻像器来进行取景和构图；而在重放时，又能自动显示重放图像；寻像器还能接收自动控制系统来的字符信号，并叠加在显示的图像上，以指示摄像机的工作状况和调整状态。在寻像器的图像上还可以叠加图像中心位置指示符号“+”和记录保险范围即安全区边框。在寻像器的荧光屏周围还装有指示灯，例如，记录/提示（REC/TALLY）灯，在摄像机记录时，灯亮；当录像报警系统有信号来时，灯闪烁；如果摄像机与机房的摄像机控制单元（CCU）连接，该灯受视频切换器控制，在摄像机输出的图像信号被切出时，灯亮。电池指示灯（BATT）：当供电电池电压低于11V（若额定电压12V）时，指示灯闪烁；当电池电压低于10．7V时，灯长亮。另外，还有高增益指示灯、电子快门指示灯、白平衡指示等。

（4）录音和传声系统。为了在摄像机拍摄图像时能同时拾取声音，一些较小的摄像机把话筒内装在摄像机的头部。而专业级的较大的摄像机则往往在机身头部有一个话筒支架，可用来安装话筒，在机身上有话筒电缆线的插座，连接后可以把话筒拾取的声音信号送入摄像机内。

（5）电缆与通讯系统。摄像机与后级设备连接一般都使用多芯电缆，有10芯、14芯、26芯等，以14芯最常见。通过电缆可传输摄像机输出的视频信号、音频信号、返送视频信号、演播指示信号、内部对讲通话信号、CCU遥控摄像机的控制信号等等。其长度有5米、10米、25米、50米等。如今的摄像机大多还具备遥控功能，可以通过无线遥控器对摄像机进行遥控。

（6）摄像机支撑系统。摄像机支撑系统主要是指三角架和摇摄云台：三角架是由轻金属或纤维复合材料制成的三条腿的支架，其三条腿可各自伸缩和调整高度，以适于在高低不平的地面上架设。有的三角架有中心连杆，使三个脚分开的角度可以同时变化；有的三角架却没有连杆，可以各自分开不同的角度。为了确保摄像机既有稳固的支承，又能向四面八方旋转自如，需要用摇摄云台作为连接机构把摄像机固定在支架或底座上。云台可使摄像机水平方向旋转、上下俯仰以及作左右与俯仰的复合移动。云台的一侧或两侧装有把手，便于摄像人员操纵和控制摄像机的移动，并可安装遥控镜头变焦聚焦的遥控附件。

1.2 摄像机的分类

摄像机用途广泛、种类繁多，分类方法也多种多样，可以按其质量、摄像器件、扫描线数等标准来进行分类。

（1）按质量分类。按摄像机的质量的不同，可分为广播级、业务级和家用级三大类。广播级摄像机主要应用于大型电视台；业务级摄像机一般应用于中、小型电视台，文化宣传、教育、工业、交通、医疗等领域；家用级摄像机是电视摄像机质量最低的一类摄像机。

（2）按光电转换器件分类。按摄像机的光电转换器件分类，数字摄像机主要分为CCD电子耦合器件摄像机和CMOS摄像机。CCD摄像机是采用电子耦合器件来进行光电转换、电荷储存与电荷转移的。按对角线尺寸可分为2/3英寸、1/2英寸和1/3英寸等。尺寸越大，图像质量越高；CMOS是索尼公司研制的一种光电转换器件。CMOS和CCD在制造上的主要区别是：CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。

（3）按扫描线数分类。按扫描线数分类，摄像机分为高清晰度摄像机和标准清晰度摄像机两类。高清摄像机行扫描线频率为1250行，目前有1080i和720P两种格式。1080i采用的是隔行扫描方式，而720P采用的是逐行扫描方式。无论哪种扫描方式，它们的画幅宽高比都是16:9。标清摄像机的行扫描频率为625行，其画幅宽高比为4:3。

2 摄像机的应用

2.1 摄像机的常识

（1）主要性能指标。摄像机的主要性能指标（不包括镜头和光学系统）有：摄像器件数量、尺寸、种类、像素数；灵敏度；最低照度；信杂比(S/N)；重合误差；垂直亮带；清晰度；量化级数等。

灵敏度通常用在一定条件下，摄像机达到额定输出电平时所需的光圈数来表示；光圈F值越大，灵敏度越高。最低照度就是在一定信噪比条件下，摄像机可拍摄的最低景物照度；照度越低，说明摄像机的灵敏度越高，它也是灵敏度的另一种表示方法。信噪比是指摄像机工作在标准状态下亮度信号的峰值与杂波有效值之比，用分贝（dB）表示。重合误差决定于三片CCD的安装精度；表现在三个基色图像在几何位置上是否能重合一致，否则混合的图像必然会出现红、绿、蓝等色的彩色镶边。至于量化级数，对演播室数字信号编码规定的最低要求是8bit量化；今天广播级数字摄像机A/D（模/数）转换的量化级数多为12bit。

（2）常见英文。FOCUS聚焦，ZOOM变焦（T是拉近，W是拉远），IRIS光圈，MANUAL手动，DISP/MODE CHK检查拍摄状态，AUDIO LEVEL音频电平，INT内置话筒，WHITE BAL白平衡调节，MENU用户莱单，SEL/PUSH SET选择用拨盘，SLOT SEL存储卡槽选择，VTR录像触发，RET视频返回，TALLY记录指示灯（拍摄时亮，电量低时闪烁），CONT对比度，BRIGHT亮度，POWER电源开关，FILTER滤色镜，GAIN增益，OUTPUT输出, SHUTTER电子快门，MACRO对焦微距，PUSH AUTO按下自动（手动时），OIS影像稳定器，ZEBRA斑马纹标记，WFM在LCD屏上显示波形监视器，INPUT音频输入，CH1/CH2声道，SDI OUT串行数字信号输出，TC IN/OUT时间码的输入/输出，GENLOCK IN/VIDEO OUT锁相基准信号输入/视频输出，CAM REMOTE遥控端子，HOST连接无线LAN，AWB调节白平衡，HDMI高清数字接口，P2存储卡槽，microP2小存储卡槽,DC IN 12V外部直流电源，REC CHECK播放最近录制，SHIFT同时按下用于选择，THUMBNAIL显示缩略图，BARS色条，peaking轮廓调整，monitor监听音量。

（3）常见摄像术语。①前面讲过，镜头系统主要部件有聚焦环、变焦环。为了使被摄对象在画面上有清晰的图像，必须根据它与摄像机之间的距离，调整镜头的焦点，使景物能在成像平面上清楚地成像。聚焦的方法是：将景物画面推成特写，旋转摄像机镜头上的聚焦环，使图像清楚，然后拉开到所需要的景别进行拍摄。镜头的焦距越长，成像面积就越大，放大倍数就越高。前聚焦：根据景物的距离，调节镜头前部的调焦环，成像清晰。后聚焦：即调整镜头的后截距。当镜头和摄像机器件之间距离与后截距不一致时，成像面就落不到受光面上，图像就会模糊。通过后聚焦环来调节最后一组镜头的位置，使成像清晰，调整完毕固定下来。不换镜头就不需要经常调整。变焦镜头：由两组以上的透镜组成，在一定范围内连续可调，实现画面景物范围的改变。②光圈与色温。光圈是用来调节光量的，相对孔径的倒数被称为光圈系数，它通常标刻在镜头的光圈环上。光圈系数加大，实际就是缩小光圈。色温是用来调节进光成分的，当光源色温偏高时，光谱中蓝色成分增多，需插入浅橘色的合适色温滤色片来降低蓝光的透光率，使光源的色温降到3200K。例如白炽灯泡的色温低（2800K左右），而日光灯的色温高（6000K左右），碘钨灯的色温是3200K，日落日出前后日光的色温是3200K左右，中午（上午9点至下午4点之间）日光的色温是5600K左右。提起光圈与色温，许多人容易把它们混淆，主要是因为不同机型便捷滤色片（FILTER）按钮设置的不同。例如：松下AJ-PX298MC 机型设置了中性滤色片（ND FILTER），分为 1/64、1/16、1/4、OFF四档，用来调节进光量的；索尼PXW-FS5/FS5K摄像机，将PRESET/VARIABLE开关设为“PRESET”并切换ND FILTER拨盘：CLEAR为无过滤器；“1”透光率默认值为1/4；“2”透光率默认值为1/16；“3”透光率默认值为1/64。而有些机型则把它们合在一起设成色温校正/中性滤色片（CC/ND FILTER）按钮，例如松下AJ-D913MC机型将FILTER设置为3200、5600+1/8ND、5600、5600+1/64ND四档；我们可以这样参考环境使用：1档适合日出、日落、演播室内；2档适合晴朗的户外；3档适合阴或有雨的户外；4档适合雪景、高山、海岸线以及其他极端清晰和明亮的场景。索尼的BPV-300P/330P摄像机，有四档色温变换滤色镜可供选择，0档：镜头盖关闭；1档：3200K；2档：5600K+1/4ND；3档：5600K。其中第二档就是5600K的色温滤色片与1/4透光率的中性滤色片合在一起做成的。③视场角。镜头的视角也称视场角，是指CCD器件有效成像平面边缘与镜头节点所形成的夹角。镜头的视场角反映了摄像机记录景物范围的开阔程度。镜头的视场角与被摄对象在画面中的成像效果成反比：视场角越大，被摄主体成像越小，画面景别越开阔；视场角越小，被摄主体成像越大，画面景别越狭窄。④景深。当摄像聚焦时，我们会发现，画面上不仅只是聚焦的那个物体清晰，而且在它前后的一定范围的景物也很清楚，这一清晰的区域称为景深。景深的大小与光圈、物距和焦距三个因素有关，其变化规律是：焦距越长，景深越小；光圈越大，景深越小；物距越长，景深越大。⑤白平衡。所谓白平衡，就是摄像机对白色物体的还原。在不同光线下，我们肉眼对相同颜色的感觉基本是相同的。这是由于人的大脑已经对不同光线下的物体的彩色还原有了适应性。作为摄像机，在不同的光线下，由于CCD输出的不平衡性，造成摄像机彩色还原失真，因此就要解决摄像机白平衡的问题。现在许多机型为方便使用，都设置了AB白平衡存储器。下面介绍下如何调整白平衡：将镜头对着一块白板、白纸或墙，推镜头直至屏幕上全部是白色，按下调白按钮，完成调白。对于有些机型，是将AUTO W/B BAL开关拨到WHT一侧，然后松开回到中间；有些机型的调白按钮旁标的是AWB。

2.2 摄像机的使用

（1）几个方便使用的功能键。同步扫描调整开关。当拍摄个人电脑显示器时，你可以按“-”减慢或“+”增加快门速度，使寻像器中的斜条噪声得以消除。这时要注意，TCG开关状态要设为F-RUN或R-RUN。自动拐点AUTO KNEE功能键。在拍摄处于非常亮的背景前时，如果根据人或物来调整电平，背景将会过白，同时背景中的景物将会模糊不清，此时可以启动自动拐点功能，背景能重现清晰的细节。HOLD（保持）键：将此键按下的同时，计数器所显示的时间数据将被保持（但摄像机的时码发生器仍继续运行），再按一次则取消保持状态。可在拍摄一个特殊场景时，用此键确定拍摄时间。PUSH AUTO按钮：在手动聚焦模式下按下此按钮时，一边按住此按钮一边自动调节焦距。在手动拍摄模式下，需要快速准确对焦时，使用挺方便。

（2）基本功练习与技巧。①保持摄影机的水平。如果画面没有水平，画面中的固定状态的水平线和垂直线的被摄体如房屋、电线杆等将歪歪斜斜，不仅给人的视觉效果不舒服，而且给人造成心理上的不稳、动荡的感觉。用三角架拍摄时应调好水平仪，手持或肩扛拍摄时应随时调整寻像器中的水平状态。②要注意焦点不要拍虚，先用自动焦点，然后练习用手动对焦点。单体对焦练习用光圈优先模式，用最大的光圈，然后把焦点对到近处某一个点上。全景练习拍摄一组冲击力较强的静物，要求画面全部实焦。③运动摄影过程中的画面起幅和落幅的焦点要准确，拍摄时注意跟焦点的技巧。摇画面时要按照落幅站好位置，再从起幅开始摇，这样既可以保证摇摄的速度均匀，又可以兼顾拍摄过程中画面构图的准确性。④先不要逆光拍摄，用顺、顺侧、侧光拍摄。⑤指摄像机操作过程中，尽量保持均匀；不要忽远忽近、忽高忽低或者忽快忽慢。开始拍摄时，尽量少推拉摇移，不是不能移动，而是要有目的。拍镜头要成组，景别要有变化，一个镜头画面的时间不要太长，要有分镜头的概念，像电视片那样，一个镜头一个镜头的拍；不要一开机就很长时间不关机，或一个景别到底。⑥定格练习拍摄动态的物体，如运动、奔驰的汽车、流水等动态的物体，要求记录被拍摄物体的瞬间定格，高速快门在1/1000秒以上。⑦运动摄影过程中的画面要保持稳定，不能摇晃，否则会给人一种头晕目眩的感受。手持拍摄时应尽量在一个镜头中屏住呼吸或者让身体找一个依靠点和支撑点，走动时应遵循“走直线、腿弯曲、迈小步、腰放松”的拍摄要领，尽量运用短焦距摄影镜头拍摄可减少摄影机的晃动。因为在长焦拍摄时，易造成拍摄不稳，所以建议长焦拍摄尽可能少用，或者在长焦拍摄时使用三脚架。

（3）摄像的思路与逻辑。摄像要从作品的目的、内容、意义来考虑全片整体结构，镜头之间的划分与连接要在心中有一个腹稿：首先要明确拍摄的目的和任务，只有这样才能选择拍什么，不拍什么，才能有重点的拍摄。比如拍摄广场舞大赛，真正目的在于宣传和推广广场舞，这才是主题，所以跳舞的画面应该多拍。其次，拍摄时要选定取景范围（景别）与构图方法。远景：以表现环境、气氛为主；全景：表现人的全身动姿；中景：表现人的大半身；近景：为人物的胸部以上；特写：人物的肩部以上。不同的景别有不同的表现重点。横位构图表现安定感时使用标准焦点以上的镜头,表现宽阔感时使用广角镜头、纵位构图表现纵深感与高度感时使用广角镜头。然后再根据拍摄内容来考虑拍摄方法。拍摄方法分为固定拍摄与运动拍摄。不同的内容用不同的拍摄方法来表现。最后，拍摄的镜头要有联系。要一组一组地拍，每一组包括不同的景别。镜头之间内容互无联系，不利于后期的编辑。

2.3 日常维护与注意事项

（1）日常维护。我们必须全面保护好摄像机。比如，要注意摄像机的清洁，避免在高扬尘的地方使用，否则光学系统将严重受损；同时，高湿度的地方也很危险，比如雨天、海边，这些地方水雾密集，对电路系统影响巨大；在放置和运输过程当中，“防震”是摄像机精密的机械系统对我们提出的要求。①LCD液晶屏和寻像器。LCD液晶屏和寻像器（有机EL）是高精度管理的器件，因此至少99．99%的点为有效像素，至多0．01%的点为无效像素并始终点亮。如果允许同一图像或同一段文字在液晶屏或寻像器上显示较长一段时间，图像可能会“烧屏”。但录制的图像并不存在任何问题。让摄录一体机关机几小时后，其将恢复正常。如果摄像机很冷，刚刚开机后，液晶屏将比正常时稍暗。当内部温度上升后，屏幕将恢复到正常亮度。液晶屏的液晶面板在极端温差的地方会形成结露。如果发生这种情况，可用柔软的干布进行擦拭。②电池。电池为可充电的锂离子电池。在极低温度环境下使用，有效使用时间也将缩短；在极高温度环境下时，其保护功能将运行，摄像机暂时无法使用。摄像机使用后，务必将电池取出，在工作指示灯完全熄灭后取出。勿在开机时取出电池。③镜头的清洁。可以用吹风器吹去附在镜头表面的灰尘，或用柔软的刷子轻轻掸去灰尘，切勿使劲擦拭，否则会在镜片上留下伤痕。如果有油污、指纹附到镜头上，可以用柔软的棉布或镜头清洁纸，蘸上少许市售的镜头清洁剂，由镜片中心向四周以螺旋方式轻轻擦去油污、指纹。当镜头在雨中雪中使用后，应该立即用干布擦去水分，将镜头取下来同干燥剂一起装入塑料袋中存放。

（2）使用注意事项。①勿将镜头和寻像器的目镜朝向太阳；②勿在摄像机上喷涂杀虫剂或挥发性物质；③请确保摄像机远离产生磁场的设备（电视机、电视游戏机等）；④勿在无线发射器或高压设备附近使用摄像机；⑤勿让泥沙和灰尘进入摄像机；⑥摄像机使用后，取出电池或从电源插座中拔出交流电缆；⑦勿将设备存放在60℃以上的环境中，也不要放到门窗紧闭的汽车中长时间接受阳光直射；⑧使用交流电源时，将适配器与主机连接后，首先打开交流电源适配器的电源，再打开主机电源开关。

参考文献：

[1]杨晓宏．数字电视节目制作技术[M]．北京国防工业出版社，2013,4．

[2]卢官明,宗昉．数字电视原理[M]．机械工业出版社,2008,9．

[3]林正豹,武海鹏．电视数字摄录像技术[M]．中国广播电视出版社,2005,1．

[4]数字电视摄像技术．赵成德 赵巍．复旦大学出版社．2012．9