白平衡: 白平衡是摄像机的一个极重要的概念。所谓白平衡,就是摄像机对白色物体的还原。当我们用肉眼观看这大千世界时,在不同的光线下,对相同的颜色的感觉基本是相同的,比如在早晨旭日初升时,我们看一个白色的物体,感到它是白的;而我们在夜晚昏暗的灯光下,看到的白色物体,感到它仍然是白的。这是由于人类从出生以后的成长过程中,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。但是,作为摄像机,可没有人眼的适应性,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:具体到拍摄白色物体的时候就表现为或者偏蓝,或者偏红,从而造成整个拍摄的图像彩色失真。 为了了解白平衡,就必须了解另一个重要的概念:色温。所谓色温,简而言之,就是定量地以开尔文温度表示色彩。当物体被加热到一定的温度时,就会发出一定的光线,此光线不仅含有亮度的成份,更含有颜色的成份,而温度越高,蓝色的成份越多,图像就会偏蓝;相反,温度越低,红色的成份就越多,图像就会偏红。因此,如果照射物体的光线发生了变化,那么其反映出的色彩也会发生了变化,而这种变化反映到摄像机里,就会产生在不同光线下彩色还原不同的现象。下面的表格显示了一些光线下的色温情况。 光源
色温(K) 蜡烛2000 钨丝灯2500-3200 碳棒灯4000-5500 荧光灯4500-6500
日光(平均)5400 有云天气下的日光6500-7000 阴天的日光12000-18000
从上可见,不同光线下色温相差十分悬殊,造成摄像机在不同的光线下彩色还原不同。为解决这个问题,摄像机都具有白平衡校正功能,对不同的色温进行补偿,从而真实地还原拍摄物体的色彩。
摄像机的白平衡功能分两种:自动白平衡及手动白平衡功能。自动白平衡是摄像机能够根据拍摄的光线条件在一定色温范围内自动地进行白平衡校正而不需要干预,其能够自动校正的色温范围大约在2500K-7000K之间,超过此范围,摄像机将无法进行自动校正而造成拍摄画面色彩失真,此时就应当使用手动白平衡功能进行白平衡的校正。
背光补偿 背光补偿能提供在非常强的背景光线前面目标的理想的曝光,无论主要的目标移到中间、上下左右或者荧幕的任一位置。 一个不具有超强动态特色的普通摄像机只有如1/60秒的快门速度和F2.0的光圈的选择,然而一个主要目标后面的非常亮的背景或一个点光源是不可避免的,摄像机将取得所有近来光线的平均值并决定曝光的等级,这并不是一个好的方法,因为当快门速度增加的时候,光圈会被关闭导致主要目标变得太黑而不被看见。为了克服这个问题,一种称为背光补偿的方法通过加权的区域理论被广泛使用在多数摄像机上。影像首先被分割成7块或6个区域(两个区域是重复的),每个区域都可以独立加权计算曝光等级,例如中间部分就可以加到其余区块的9倍,因此一个在画面中间位置的目标可以被看得非常清晰,因为曝光主要是参照中间区域的光线等级进行计算。然而有一个非常大的缺陷,如果主要目标从中闲移动到画面的上下左右位置,目标会变得非常黑,因为现在它不被区别开来已经不被加权。
超宽动态
超宽动态是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色。
宽动态摄像机比传统只具有3:1动态范围的摄像机超出了几十倍。自然光线排列成从120,000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面,室内照度为100Lux,而外面风景的照度可能是10,000Lux,对比就是10,000/100=100:1。这个对比人眼能很容易地看到,因为人眼能处理1000:1的对比度,然而传统的闭路监控摄像机处理它会有很大的问题,传统摄像机只有3:1的对比性能,它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光,但是室外的影像会被清除掉(全白);或者换种方法摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光,但是室内的影像会被清除(全黑)。这是一个自从摄像机被发明以来就一直长期存在的缺陷。
垂直同步、彩色视频复合信号同步、外同步、直流线锁定和完全同步 这是摄像机之间不同的同步方法。全体锁定是两部用于精密的应用如广播摄影棚摄像机之间完全同步最好的方法。它将同步:水平,垂直,偶数/奇数区域,色彩触发频率和阶段。 垂直同步是最简单的方法来同步两部摄像机,通过垂直驱动频率来保证视频能够采用老式的切换期或者四分割机器,在同一个监视器上显示几个影像源。垂直驱动信号通常由重复频率20/16.7毫秒(50/60赫兹)和脉冲1~3毫秒宽度的脉冲组成。 彩色视频复合信号代表视频和彩色触发信号,意味着摄像机能和外部的复合彩色视频信号同步。然而尽管称作彩色视频复合信号同步,实际上只进行水平同步和垂直同步,而没有色彩触发同步。 外同步非常类似于彩色视频复合信号同步。一个摄像机能够同步于另一个摄像机的视频信号,一个外同步摄像机能使用输入的彩色视频复合信号,提取水平和垂直同步信号来做同步。 直流线锁定是一种古老的技术,利用直流50/60赫兹电源线电流来同步摄像机。因为直流24伏电源广泛使用于多数建筑物防火警报系统,由于非常容易获得。由于老型号的切换器和分割系统没有数字记忆功能,要保持稳定的影像,摄像机之间的同步非常必要,直流线锁定就是摄像机同步于交流50/60赫兹,彩色信道之间时间的关联和水平/垂直信号没有约束会导致糟糕的色彩转换(色彩阶段设计),因此所有使用交流线锁定的用户不可避免地失去很好的色彩转换。幸运的是,现在的分割器和16通道复合处理器以及硬盘录象机都有内部记忆体来克服这个问题,不再需要同步信号,因此交流线锁定可能若干年后会被淘汰掉。
照度
照度是反映光照强度的一种单位,其物理意义是照射到单位面积上的光通量,照度的单位是每平方米的流明(Lm)数,也叫做勒克斯(Lux):
1Lux=1Lm/平方米上式中,Lm是光通量的单位,其定义是纯铂在熔化温度(约1770℃)时,其1/60平方米的表面面积于1球面度的立体角内所辐射的光量。
为了对照度的量有一个感性的认识,下面举一例进行计算,一只100W的白炽灯,其发出的总光通量约为1200Lm,若假定该光通量均匀地分布在一半球面上,则距该光源1m和5m处的光照度值可分别按下列步骤求得:
半径为1m的半球面积为2π×12=6.28平方米 距光源1m处的光照度值为:
1200Lm/6.28平方米=191Lux同理、半径为5m的半球面积为:2π×52=157平方米 距光源5m处的光照度值为:
1200Lm/157平方米=7.64Lux
可见,从点光源发出的光照度是遵守平方反比律的。
1LUX大约等于1烛光在1米距离的照度,我们在摄像机参数规格中常见的最低照度(MINIMUM.ILLUMINATION),表示该摄像机只需在所标示的LUX数值下,即能获取清晰的影像画面,此数值越小越好,说明CCD的灵敏度越高。同样条件下,黑白摄像机所需的照度远比尚须处理色彩浓度的彩色摄像机要低10倍。 一般情况:夏日阳光下为100,000LUX;阴天室外为10000LUX;室内日光灯为100LUX;距60W台灯60CM桌面为300LUX;电视台演播室为1000LUX;黄昏室内为10LUX;夜间路灯为0.1LUX;烛光(20CM远处)10~15LUX。
摄像机快门 电子快门,是用电路控制快门线圈磁铁的原理来控制快门时间的,齿轮与连动零件大多为塑料材质;机械快门控制快门的原理是,齿轮带动控制时间,连动与齿轮为铜与铁的材质居多。前者受到风沙的侵袭容易损坏,后者虽也怕风沙的侵蚀,但是清洁方便。 快门英文名称为Shutter,快门是相机上控制感光片有效曝光时间的一种装置。
目前的数码摄像机快门仅有电子快门和机械快门。首先说说电子快门和机械快门的区别。两者不同之处在于它们控制快门的原理不同,如电子快门,是用电路控制快门线圈磁铁的原理来控制快门时间的,齿轮与连动零件大多为塑料材质;机械快门控制快门的原理是,齿轮带动控制时间,连动与齿轮为铜与铁的材质居多。前者受到风沙的侵袭容易损坏,后者虽也怕风沙的侵蚀,但是清洁方便。
快门的工作原理是这样的:为了保护相机内的感光器件,不至于曝光,快门总是关闭的;拍摄时,调整好快门速度后,只要按住照相机的快门释放钮(也就是拍照的按钮),在快门开启与闭合的间隙间,让通过摄影镜头的光线,使照相机内的感光片获得正确的曝光,光穿过快门进入感光器件,写入记忆卡。
完善的快门通常必须具备以下几个方面的作用: 一是必须具备有能够准确调控曝光时间的作用,这一点是照相机快门的最基本的作用; 二是必须具备有足够高的快门速度,以利于拍摄高速动动全或有效控制景深; 三是必须具有长时间曝光的作用; 四是具有闪光同步拍摄的功能;
五是具有自拍的功能,以便于自拍或在无快门线的情况下进行长时间曝光时,使快门开启。
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