电视摄像基础技术：摄像机的成像结构

摄像机的成像结构由光学透镜系统、光学分光系统、光-电转化系统、图像信号处理系统、录像系统等组成。

1、光学透镜系统

摄像机光学透镜系统的主要部件就是摄像机的变焦镜头，它控制着摄像取景的范围和效果，是客观实体景物转变为主观图像的第一个环节。

2、光学分光系统

摄像机光学分光系统的主要部件有以下三种：

其一是分色镜，用三个分色镜把穿过镜头的光分离成三原色红（R）、绿（G）、蓝（B）的色光，再用一些透镜和过滤镜使分离后的光束准确纯正地进入成像装置。由于分色镜要通过很多镜的透视、折射、过滤处理，削弱了光的信号。而且分色镜体积较大、怕震动、易损坏，这种部件在后期摄像机中已经很少使用，但其系统分布图能直观地反映出光的分色过程和渠道。

其二是分光棱镜，用特殊制造的棱镜，把各种原色光射进分离口来分离三原色。每个棱镜块都具有特殊的分色层和颜色修正滤光镜。由于棱镜吸收的光无需分色镜那么多，所以多用于高质量的专业摄像机中。

其三是条纹滤光镜，是格栅状的滤镜。这种滤光镜一般设在成像装置的前面，把输入光分为三原色红（R）、绿（G）、蓝（B）的色光，然后将三色光构成的图像分别作为独立的视频信号进行处理。

3、光-电转化系统

摄像机光-电转化系统的主要部件有以下两种类型：

其一，是摄像管。早期的时候较超正析摄像管，简称I-O管，是真空电子管。由于体积较大，不够稳定，后来被小而稳定的晶体管（光导摄像管）取代。光导摄像管后来经过不断改进，质量进一步稳定，图像进一步清晰，至今一些演播厅的摄像机还采用光导摄像管。

摄像管的工作原理是，以镜头将景物图像聚焦在摄像管的光电靶面上，光电靶背后的光敏表面受光而导电，投射在靶上的不同光量，在靶上产生电荷图案，从而形成不同强度的电流，产生视频信号。需要说明的是，摄像管后面的电子枪发射电子束扫描靶面上的图像，就像我们阅读，从左到右，从上到下。所不同的是，电子束是隔行扫描，第一次先扫奇数行，然后电子束跳回，第二次再扫偶数行。扫描一次奇数行或者偶数行，构成半帧（一场）。连续扫描两个半帧，就构成一帧画幅。利用电子束扫描感光的光电靶来产生视频信号。

在NTSC制式中，一帧由525个扫描线组成。每秒扫描60场，即30帧。在我国PAL/D制式中，一帧由625个扫描线组成。每秒扫描50场，即25帧。

其二，是集成电路板，学名称为“电荷耦合装置”，缩写为“CCD”。

电荷耦合装置的光敏成像区，是由大量微小的磁敏感元件组成。外型像排列整齐的马赛克。工作时，镜头把光学图像汇聚在成像区，磁敏感元件产生图像电荷，这些特殊的电荷叫像素（PIXELS）。每个像素有一定量的亮度的色彩。把像素一行一行地扫描成序列，得出的整个扫描图案暂时存放在存储区。存储区的构造与成像区相似，存储区的信号转到输出寄存器，在那里信号被放大，成为视频符号。简单地说，就是CCD把光学图像转变成携带电荷的光点，这些电荷暂时附着在光点上，然后一行一行地转变成视频信号。

CCD与摄像管相比，主要优点是体积小，经过近年来的不断改进，CCD成像装置的成像效果已经非常接近光导摄像管，所以，在便携式的专业摄像机，几乎无一例外的都采用了CCD。

4、录像系统

摄像机的录像系统主要部件就是录像装置，这是用磁带把电子信息存储起来的装置，相当于一台便携式录像机。

磁带是用聚脂薄膜做带基，上面涂布了一层金属氧化物的微粒，当录像信号激活磁头时，录像磁头就像电磁铁一样，在走动的磁带上产生一系列的电磁场，这些电磁场带上微粒形成特定的（肉眼不能看见）纹样。重要的是，这些纹样与原来的录像信息相对应。放像时，视频磁头按照排列的纹样“读出”原来的电子信号，并加以放大，就得到与原来视频一模一样的信号复制品。

专业摄像机上的录像系统可以有三种方式记录。其一是录像并同时录音；其二是单独录像；其三是单独录音。

5、成像控制系统

摄像机的控制系统主要包括自动白平衡调整、自动黑平衡调整、自动光圈、自动变焦距、自动增益控制、自动聚焦装置等。这些部件的主要作用是在摄像机图像成像过程中进行图像效果的处理。