高清电视摄像机的曝光技术

党也挡不住 · 发表于 2006-8-12

　摄像师站在摄像机前，面对所要拍摄的景物，观察在一定的光线照明条件下，根据被摄景物所反映的明亮程度以及明亮程度分布的范围，然后确定曝光量，确定光圈的大小，调整伽玛特性等措施，将景物亮度范围最有效的部分摄取到感光器件(CCD)的界面上，形成色度饱和、明暗适中的视频图像。
　　
　　在实际拍摄中，景物亮度范围有时比较大，超过了ccD所能容纳的亮度范围。这时正确地曝光是决定画面成像质量的关键。曝光过度，画面反映泛白甚至限幅，导致画面的高亮部分层次丢失。曝光不足，画面的层次少，尤其是暗部的层次不能主动体现。对于高清摄像来说，我认为正确的曝光量应该控制在±O．5档光圈的范围内。
　　
　　摄像机的曝光值一般是根据寻像器中的斑马线和自动光圈来确定的。但在实际工作中我们发现，摄像机寻像器中的光圈检测值与镜头的刻度不能完全一致，不能反映出半档光圈的变化。所以在曝光的精度方面，建议在拍摄现场增加标准监视器和示波器。特别是在照度比较大的外影响拍摄时，应注意对高光部分层次的保留。
　　
　　1．伽玛特性的调整
　　
　　摄像时，有时场景中有高光部分，它会超出CCD的感光动态范围，拍摄成的画面在高光部分不能反映景物的质感，这就是要通过调整伽玛特性，来取得最佳曝光效果。
　　
　　在正常亮度范围内，CCD呈现理想的线性光电转换特性。光导电特性在有限范围内，景物亮度与输出电平呈正比例关系，能如实再现景物亮度，再现值总是与被摄对象的亮度、色调成正比。在超过上限幅电平(0．7V)或下限幅电平(OV)以外时，景物亮度、色调就会突然再现成一片空白或者是一片漆黑。光导电曲线的直线部分是陡直上升的，故表示被摄体亮度范围较窄，动态范围(电影为宽容度)有限或偏低。
　　
　　弧线表示伽玛特性。伽玛特性是非线性电路(伽玛校正电路)处理后形成的曲线特性，经过伽玛校正电路处理的光导电特性呈现非线性特征，特别是对比度被压缩了高光部分增强了感光能力(从点划线到虚线范围)，在高清摄像机技术中把高光部分的斜率被处理为拐点处理。高清摄像机采用了精密的数字处理电路，摄像师可以通过设置菜单精确地分段调整摄像机的伽玛特性，以实现不同的曝光意图，以达到控制画面的影调层次和高清晰度的目的。

　　2．确定曝光值的参考工具
　　
　　在拍摄现场为了精确曝光，我们可以通过彩色监视器和示波器来观察、调整曝光值。这是保证高清电视画面质量的有效措施。因此，监视器和示波器参数的调整就显得非常重要。
　　
　　监视器的调整。为了调整颜色，我们首先要给监视器输入彩色条信号，大家知道，蓝色成分是分布在彩条信号左边的白、黄、蓝、绿四个条里，在标准的75％彩条里，相应的蓝信号在这四个条里的幅度是完全一致的。监视器上一般都有一个只看蓝色的按键，我们按下去以后，只有蓝色的信号在屏幕上显示出来，我们只需要调整色度，使相应的四个条亮度一致就可以了。用这种方法，可以使监视器能比较准确地再现画面的色彩和影调。

　　亮度和对比度的调整。亮度调整是让我们进行黑电平调整，对比度调整是使我们将亮度层次拉开。调整亮度电平时，亮度信号是整体提升或下降。如果我们不正确地调整亮度，可能在亮的区或比较暗的区，信号发生重叠，细节分辨不出来。相反，如果我们把对比度放大或缩小，暗部的基点是不动的，各个彩条的灰度发生亮度程度变化。
　　
　　为了调整亮度的信号，需要输入三电平调整信号(PLUGE)，三电平调整亮度的信号包括一3％黑、O％黑、+3％灰。调整时，我们使一3％黑与0％黑两个条都相对一样，但是+3％的灰条一定要看到，这就是正确的亮度信号。
　　
　　对比度调整，实际上没有一个相应的严格标准，我们可以根据环境以及感觉调到一个合适的电平。但是，高对比度可能会使相应的清晰度下降。每一台监视器都有一个相应预置的对比度值，把对比度值调整到这个位置即可。
　　
　　示波器提供了图像的一系列窄角测光表的读数，它是对相应的被摄体亮度的准确表达。设置示波器要相对容易些。我们将黑色电平调校在示波器上7．5IRE的位置。这表明，最暗的被摄体影调在7．5IRE处而不是在0．OIRE刻度处。
　　
　　其次是决定场景的曝光值。我们将18％的灰板的亮度信号安排在50IRE单位，这是通过设置摄像机的光圈，并保证照明强度与该摄像机光圈值相适宜而实现的。设置光圈可利用灰板，或基于使用入射光型测光表，事先计算好摄像机的曝光系数当量。这样，我们就得到了位于7．5IRE处的黑色电平和该场景的光圈值；对场景中的高光部分，可以用摄像机的拐点设定，使它位于100IRE处。简而言之，设置示波器首先要设置黑色电平在7．5IRE，并将灰色曝光为50IRE。然后通过照明或拐点处理，使重要的高亮度落在示波器的100IRE单位上。

　　3．聚焦技术
　　
　　高清摄像机的焦点不易对准是大家反映的一个普遍问题。其实高清的焦点问题是由高清的高清晰度引起的，因为高清的分辨率高，水平视场角比标清大，画面包容的景物多，景深比标清小很多，所以聚焦时要格外小心。
　　
　　在外景拍摄时高清摄像机的寻像器与标清的一样，要想找到准确高清晰的焦点确实比标清困难。如果摄像师把握不准，建议还是使用标准监视器，而且越大越好。
　　
　　高清电视拍摄时，为了获得最佳清晰的影像，高清摄像的聚焦技术与标清摄像的聚焦技术有所不同。正确的调焦方法如下：
　　
　　高清拍摄静态镜头时，应把变焦距摄影镜头变焦至某挡焦距处(即适当景别)，当作定焦距镜头使用，则具体使用哪一挡焦距拍摄，就应直接在该当焦距状态下精确调焦，直到寻像器中被摄主体的影像最清晰时为止，或直至调焦基线所指示的刻度值刚好等于用皮尺所直接测量出的调焦距离值时为止。
　　
　　标清拍摄静态镜头时，往往习惯于先将变焦环变焦至最大焦距处精确调焦，然后再将其变至预选短焦距处拍摄。这种方法不适合高清摄像技术的调焦要求，因为变焦距镜头在变焦时，普遍存在着微量的像面漂移现象，不同焦距处的最佳焦点位置未必精确一致，此外，使用推拉式变焦距镜头时，还容易在调焦完毕后的变焦过程中，使调焦位置在无意中被误触动而改变。故此，在高清摄像时，为了获得被摄主体的最清晰影像，就必须在所用焦距状态下直接精确调焦后拍摄，否则画面的焦点将变化而影响画面的清晰度。

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