第二章 摄像机及其操作技术

摄像机是电视节目制作和录制的最基本工具。要想制作出一个好的电视节目，需要了解其构成和工作原理，同时要熟练掌握摄像机的操作技艺。只有既懂原理又技艺娴熟的摄像人员，才能很好地表现出剧本的艺术内涵。

1．了解摄像机的组成、工作原理、种类及主要性能。

2．掌握摄像机的各调整项目、功能特点和使用方法。

3．熟悉摄像机的操作技艺，包括构图以及角度的设计等。

第一节  摄像机的基本结构和类型

摄像机是电视制作系统中最重要的前端设备，也是编制电视节目的首要工具。在把剧作者的电视文学剧本经由电视导演的构思转变为电视作品时，摄像是第一步。摄像机类别和性能的高下，以及摄像人员对摄像机的操作水平，都可能对电视节目的质量产生很大影响。如果有一部好的剧本和精干的队伍，但没有好的摄像机，或者有了好的摄像机而摄像人员不能熟练地掌握和应用，都难以制作出好的电视节目的。摄像人员必须掌握摄像机的性能、原理，并运用好摄像机。

2.1.1　摄像机的组成部件

电视摄像机的电子系统复杂，生产厂商众多，从而其型号和外观有较大的差异，但是无论怎样的摄像机，其基本构成都是相似的。

1. 一般摄像机的外观组成

图 2-1 DV图 2-2 专业级摄像机图2-3 广播级摄像机

其中，图2-1是目前常见的DV级别的数字式摄像机，图2-2是外景新闻类数字摄像机，图2-3是演播室内的专用摄像机，又称其为座机。

2. 一般摄像机的构成系统

摄像机的结构系统包括光学镜头、光源调整、光电转换、信号调整、话筒、录像、机身上的其他转换、调整、选择按钮、电源、信号输出接口等。

（图2-4）

图2-4 摄像机的结构系统

无论是模拟还是数字摄像机，它们都以同样的原理工作：景物的反射光经由光学镜头收集、汇聚，经过滤色处理后到达光电转换器件，在转变为电子流形式的图像信号--视频信号之后，再经过放大、校正、分配、转换，就可以信号流形式被记录或输出。

2.1.2　摄像机主要部件的结构原理

构成摄像机的电子系统（信号接收和处理部分）、机械系统（录像机部分）、信号控制与变换系统是十分复杂的。这里仅介绍与摄像操作相关的构件及其基本原理，它们是摄像镜头系统及其功能原理、摄像机主体部分的主要构成与原理、寻像器、话筒、电源等。

1. 摄像镜头系统（Lens System）及其功能原理

依光学原理构成的摄像器件一般有光学镜头、滤色镜片和光的分色系统三个部分组成。

从物理含义上看，光学镜头是指安装在摄像机上的、由许多光学玻璃镜片及镜筒等部分组合而成的光学装置。光学镜头是摄像机拾取图像的第一和最重要的器件；滤色片则对所拾得的光像作颜色的预矫正处理；而分色系统则是将进入镜头的外来光分解为RGB三个基色光像。

拾取景物影像的光学镜头系统也可称之为外部光学系统，有内置（藏）式与外置（露）式之分。专业级摄像机的镜头一般为外置式的----镜头是裸露在机身之外的；家用级摄像机的镜头则通常为内置式的，它的优点是安全、镜头不宜被损坏，但放大倍数比较小。

摄像机光学镜头与普通照相机的镜头起着同样的作用，利用它，就可根据需要选择一定的视场范围，并获得这一视域景物被缩小的清晰的光学图像（再由摄像器件转换成视频信号）。光学镜头本身的性能对在电视屏幕上看到的图像有很大影响。因此有必要对镜头的光学性质及工作特性再作一定的了解（详见有关参考资料）。

（1） 镜头的光学特性

为了达到一定的放大倍数并减少像差的影响，摄像机使用的镜头不是单片透镜，而是用几个由若干个镜片组组合而成的透镜组，并且具备镜头的一般光学特性：

①焦距 （Focal Length）

平行的直射光线穿过透镜后在另一边的光轴上汇聚成一点，这个点称为焦点。从焦点至镜头中心的距离为该镜头的焦距，单位是毫米。按透镜焦距的长短，镜头有短焦距镜头、长焦距镜头以及介于两者之间的中焦距镜头之分。不同焦距的镜头使用在不同的拍摄场合，并获得不同的画面效果。

②视场角 (Angular Field of View )

从镜头主平面中心向视线方向的两边边缘所张的角，就叫视场角。视场角是表现摄像机镜头视场大小的参数，它决定着成像的空间范围。摄像景别与视场角有关。

③变焦距镜头 ( Zoom Lens )

变焦距镜头是一种可连续变换焦距的镜头，它由多组透镜组片构成（下文有述）。镜头的变焦距功能可以使摄像机不移动位置就能取得预想的视野范围。

④调焦 ( Focus )

调焦也称为聚焦。调整焦点的结果是，光线通过摄像机后能准确地会聚在摄像器件的受光面上，从而获得轮廓清晰的景物图像。除非特别要求，否则摄像镜头的焦距必须调节清楚。

摄像调焦有调整前聚焦和后聚焦之分。调前聚焦是使图象清晰，并使像平面落在受光面上。调焦环上刻有标识数字，就是指示焦点最清晰的景物距离。通常，景物距离可调范围可从1米左右到无限远。后聚焦一般通过调整镜头的后截距（后焦距）达到目的。后截距是镜头光学系统中"等效透镜”最后一个表面的顶点到像方焦点的距离。实际中的后聚焦调整是通过调节在变焦镜头后面专设的后聚焦微调环来改变后截距，以保证成像面"永远落在受光面上”。后聚焦调整好之后，一定要将该调节钮固定住，这样，在实际拍摄时，只需根据景物远近情况调整前聚焦，就可得到清晰的景物图像。家用摄像机没有该调节钮，但是有近摄调节钮。

⑤可变光阑（Iris, Aperture, Diaphragm）

可变光阑又称光圈，它的原理同照相机。

⑥景深（Depth of Field）

摄像机在拍摄时，能获得清晰景象的前后距离就是"景深”。

景深的范围可大可小，根据拍摄内容要求不同，对景深的要求也不同。善于控制景深大小，就可以拍摄出有特定含义的镜头内容。

景深与镜头焦距的长短、光圈的大小以及物距的长短有关。

（2） 变焦距镜头调整原理

现在的摄像机都采用变焦距镜头，镜头的焦距可连续地随简单操作而变化。从最长焦距到最短焦距，可以开始于任何焦距长度，然后推入（焦距变长）、拉出（焦距变短），改变成像的大小和视场，使景物在视觉空间里移近或移远，而不需改变实际物距。

注意：在有焦距变化的同一个叙事镜头中，为了使变焦距过程中的图像始终清晰，必须先调整好焦距，即在近景或特写的前提下，调整好焦距。这样，当景别从近景变化为全景或远景（或反之）时，这个镜头中的图像内容将会始终是清晰的。

图2-5是变焦距镜头的外部结构示意。其中的遮光罩是用来阻挡可能从侧面进入镜头的强光；调焦环用于调整变焦距镜头的焦距；变焦环用于改变镜头视野；与照相机一样，光圈是用来控制进入镜头的进光量；后焦距微调环则是在"近距离”情况下用于调整焦距的。

2-5 变焦距镜头的外部结构示意

在可变焦距镜头中，通常是由几组镜头并分别由几十片光学镜片结合而成，目的是为了减小摄取图像时可能产生的各种像差。图2-6是变焦距镜头结构的等效原理示意图。

2-6 变焦距镜头的结构原理示意

上图中各镜片组的作用分别为：

①调焦组：用于聚焦。拍摄时，先用特写进行聚焦后，可以保证变焦过程中的图像会始终保持清晰。

②变焦组：通过改变焦距达到改变视野的目的。

③补偿组：用以保证在改变前焦距（变焦）时后焦距不变，从而使成像平面不必前后移动。

④移像组：移像组又称中间接力镜组；它是固定镜组。由于分色棱镜的接入，靶面后移，用此镜组可保证成像面始终能清晰地落在受光面上（靶面）。

变焦距镜头分别有一个最长焦距和最短焦距，最长焦距与最短焦距之比称为"变焦比”。一般变焦距镜头的型号中通常有两个相关联的数字，第一个数字表示变焦比，第二个数字表示最短焦距。如变焦范围在9～126毫米，其型号就标注为14*9；反过来，如果一个镜头型号标有90*30，则表明这个镜头具有90倍的变焦比，最短焦距是30毫米，最长焦距是2700毫米，也就是它的变焦范围是30～2700毫米。

（3） 滤色部分----内部光学系统一

所谓滤色就是对由镜头所拾得的光学图像进行颜色的预矫正处理。

不同摄像机有不同的滤色光学系统。目前专业级摄像机的光学滤色部分大致相同：经由部分外置的拨动式触盘，拨动预先设定有光学滤色片的拨盘（内有预先安置在光学滤色盘上的、针对不同色温的光学滤色片）的相应位置，针对外来光源的色温情况作预调整处理，这也就是摄像机的白色平衡的粗调。（由电路技术对色温情况作精确调整处理，最后完成比较理想的"色温矫正”工作。）小型家用摄录像机滤色功能就是通过电路技术对色温情况作"滤色调整”的。省略了光学部件的摄像机可以做得小巧玲珑。图2-7是滤色功能可以被控制部分的示意。

图2-7 滤色功能可被控制部分示意图

（4） 光的三基色分色系统----内部光学系统二

为了使摄像机能对外来光进行方便而有效的电子化处理，必须将外来的白光进行分色，分解为红、绿、蓝三个基色光。这个过程由光学分光系统完成。常见的分光系统有两种：平面镜分光系统和棱镜分光系统。

图2-8是分光原理示意。平面分光镜系统和棱镜分光系统的结构不同，但它们的分光原理基本相同：通过特制的平面分光镜，将需要的光色吸收或者送出，从而完成分光过程。

a 平面分光系统与分光原理

b 棱镜分光系统与分光原理

图2-8 分光系统与分光原理示意

2. 摄像机主体部分的主要构成与原理

摄像机的主体----机身部分主要包括（见图2-4）：内部光学系统（上文已述）、摄像器件、预放电路、信号处理、电子快门、信号编码、信号记录、视频返送、信号输出处理等多个部分。

在选择并购置任何电子产品时，首先要认真看清楚该设备的性能说明。选择摄像机也不例外，相关的技术说明与实际操作使用时的注意事项是相通的。下面将主要介绍与摄像性能直接相关或与操作有关的功能器件及其作用。

（1） 摄像器件

电视摄像机能将景物光转变成电信号，依靠的是摄像器件，它也是决定图像质量的关键器件。

摄像器件有电子管摄像器件和CCD器件----半导体摄像器件之分。目前广泛使用的摄像器件是CCD器件，即电荷偶合器件（ChargeCoupledDevice），这是一种利用半导体原理设计制成的复杂的光电转换器件。CCD的直接作用是"感光度”的大小，成像感光度范围越大，对色彩和小物件的质量表现就越好。

（2） 预放电路（Preamplifier）

这个电路的作用是将经摄像器件光电转换出来的图像电信号放大成可以激励后级视频信号处理电路工作的信号。

预放电路一般都是由特别低噪声的场效应管来担任，以保证放大后的信号噪声低、增益高和频带宽。

（3） 电子快门（Shutter）

电子快门是利用电子技术在时间上控制CCD芯片上电荷的产生与转移，从而得到"快门”效果。

电子快门的特点是无运转噪声、速度档次多、速度快，适合分析快速运动过程，但存在图像的不连续、间断跳跃感。电子快门速度的标值有1/50、1/100、1/200、1/500、1/1000秒等分级，不同机器设置不同。

（4） 视频信号处理单元

与操作调整相关的视频信号处理单元有：

①白色平衡（White Balance，简称WB）

在景物光像中，任何一种颜色都可分解为红、绿、蓝三个基色，但是它可能与电视系统设定的理想状况不一致。如果不进行"强制性”的调整过程，这三个信号分量可能得不到相同的放大量，所拍摄出来的图像就可能偏离原来的颜色。所以，必须针对"不平衡比例的进光量”，让电路的放大量分别进行

"针对性”的调整，这就是白色平衡调整，它是景物图像获得正确色彩还原的重要保证。

必须掌握好白平衡调整的一般方法。

选择一个作为调整依据的白色物体（尽可能采用规定的测试卡），该白色物应放在被摄主体的位置上，并不能出现反光点；将镜头对着标准白色物体，进行变焦与聚焦，使白色物体图像占据寻像器屏幕的80%以上；接通自动白平衡开关，几秒钟后，白平衡就自动调好，这时白平衡的指示灯亮或寻像器上会出现"OK”的字样（家用摄像机则只要将镜头对着白色----满屏拍摄几秒钟就可以了）。

②黑色平衡 ( Black balance )

单个摄像机在出厂前已经调整好了黑色平衡，使用者一般无须再作调整。

只有当多台摄像机协同工作时，为了保证所摄图像质量，必须进行黑色平衡的协同调整工作，以使不同摄像机尤其在拍摄黑色物体时，三个基色电平也相等。这时显像管荧光屏上才能反映出不带任何其它颜色的"共同”纯黑色。

摄像机只有白平衡和黑平衡都调整正确，所拍摄的图像才可能不论亮暗均不偏色（黑平衡调整的一般方法可参阅各机器的使用说明）。

③增益 ( Gain )

在照度低的情况下，光圈已开到最大，但图像仍然很暗，如果受条件所限不能用灯等照明器具进行补充，则可以利用摄像机上的增益控制钮来增加电路系统的增益。

增益调整是对摄像机图像输出信号电平的大小进行调整。增益可以通过增益控制开关来调节，通常有0dB、9db、18dB等档位供选择。增加电路增益往往会造成图像质量的下降----背景噪声也被提升，所以不是万不得已时最好不使用这一方法。

④重合 ( Registration )

重合这一调整是针对三管彩色摄像机而设计的，三片CCD式摄像机在出厂时就已调好，并已将CCD芯片位置固定，所以可以不用考虑重合调整问题。

⑤电缆补偿 ( Cable Copensation )

电视信号在长电缆中传输时，电缆内部存在的分布电感和分布电容将导致视频输出信号中高频部分的损耗。电缆补偿就是利用具有高频提升特性的放大器使信号恢复原样。

在摄像机控制器（CCU）上都设有电缆补偿调节钮，有若干个档位，可补偿25米、50米、100米等长度的电缆损失，不超过10米的可不补偿。大多机型具有自动电缆补偿的功能，不需手调。家用机没有这个问题。

（5） 同步信号发生器 ( Sync Generator )

同步信号发生器用来产生一个同步信号，以保证整个系统同步工作，使接收端显像管的电子束扫描与发送端的摄像器件完全同步从而得到不失真的还原图像。

摄像机的同步机能有内同步、外同步或同步锁相之分。单机外拍时，是选择内同步方式；在演播中，几台摄像机共同摄取图像以供导演在特技台上选择时，它们都必须工作在外同步或同伴锁相的方式之中，以保证不同的摄像机所摄取的图像在转换时稳定。

大多数摄像机具有自动转换同步方式的功能，当接到外来的同步信号时，可从内同步自动转换成同步锁相方式。家用机没有这个功能。

（6） 编码器 ( Encoder )

编码器用于将R、G、B三基色电信号编成彩色全电视信号或其他方便传输的信号样式，以适于传输或适应黑白电视兼容的需要等等。

3. 寻像器（VF：Viewfinder ）

顾名思义，寻像器是用来监视摄像机所摄图像的微型黑白监视器（也有彩色的寻像器）。 (图2-9)

图2-9 寻像器

一般便携式摄像机上的寻像器荧屏对角线为1.5英寸；演播室里用的一般是4.5英寸的。寻像器的调节方法与普通黑白电视机一样，也有亮度和对比度的调节钮，应使寻像器中的图像亮度适中，层次丰富。寻像器的一般功能是：取景构图、调整焦点、显示机器工作状态以及显示记录后的返送信号。无论怎样调整寻像器的显示，都不会影响摄像机传送出来的视频信号。

另外，寻像器也是一个多种信息的"告示器"。

在寻像器上一般都设计有对各种工作状态和告警指示的指示灯，如： 记录指示 （REC）：显示录制的工作状态；低照度告警（LL）：防止拍摄时的照度不够；播出指示（TALLY）：显示所选择的信号属于哪台摄像机；电池告警（BATT）：防止录制设备由于电力的不足而导致断电；白/黑平衡指示（W/B）：显示出白/黑平衡是否已经调整好；增益指示（GAIN）：显示此时的增益状态；磁带告警：提前告知磁带用完的程度。

4. 电源

摄像机中的电源除了给主机供电之外，还要给寻像器、自动光圈、电动变焦等机构供电，摄像机中的供电系统 (Power Supply )负责将12伏直流电压转换成其它各种不同的电压，来满足不同部件的需求。

摄像机所需的电源可以从摄像机的控制单元通过电缆获得；也可以利用交流电源附加器通过摄像机电源部分获得；在室外拍摄时还可经由电缆提供电源，或直接用自身所配置的蓄电池。

摄像机外拍时，一般使用蓄电池，且多是镉镍蓄电池，一定要注意对镉镍蓄电池的正确使用方法（请仔细阅读使用说明书）。

5. 传声器（话筒）（MIC）

装置在摄像机上的话筒主要是用来拾取声音的，并且能将该声音与画面保持同步。话筒可以是预先按置在摄像机上的，也可以通过外接话筒的缆线与摄像机相连接。

摄像机话筒多选用电容话筒，并具有如下的性质：

（1） 具有电源开关（电容式、内置有"纽扣式电池块"）；

（2）具有频率特性选择：有M（Music）和V（Voice）两个位置。有的V档还分有V1、V2两档，以对低频信号做有效处理；

（3） 具有话筒输出电平选择。（MIC LEVEL）

话筒输出电平选择如：--60dB， --20dB（当使用的电缆比较长时的选择接口）等。

6. 通讯系统（Communication System）

在摄像过程中，摄像人员需要与导演及其他摄制人员相互联系，同时也需要知道所拍画面是否合乎需要，这些都离不开摄像机通讯系统的支持。

通信系统主要有：

（1） 内部通话系统 ( Headphone IntercomSystem)

内部通话系统专供控制室导演与摄像人员之间的联络。摄像人员通过它可以和导演等进行通话。摄像机上通常都有一个三芯的对讲插座，可以插上既有话筒又有听筒的对讲耳机。

（2） 演播指示系统（Tally）

演播指示系统用于提醒摄像人员正确操作或按导演意图拍摄镜头内容。当某个摄像人员摄制的画面正被采用时，则他所持摄像机寻像器里的演播指示灯将会亮。

（3） 视频返送系统 ( Video Return )

摄像机不仅能输出视频信号，也可利用寻像器监看从外部设备送入的信号。比如其他机器拍摄的图像，或是特技台上已合成的图像等。

（4） 录像启/停系统 ( VTR Start / Stop)

便携式摄像机通常都能控制录像机的启动和停止。只要录像机上录、放、暂停三个钮被同时按下，就会处于录制的待命状态，然后通过启停按钮来控制它的工作与待命状态。

7. 摄像机电缆（Camera Cable）

摄像机与后级设备（如摄像机控制单元CCU、特技发生器等）的连接大多使用多芯电缆；规格：2米-100米之间不等。通过电缆可传输摄像机输出的视频信号、音频信号，以及摄像机遥控录像机启/停信号、返送视频信号、告警信号、内部对讲的通话信号、CCU遥控摄像机的控制信号等等。

8. 摄像机支撑系统（Camera Support System）

无论是手持或肩扛式摄像机，在拍摄时会由于人本身的呼吸、心跳等因素，使所拍摄的镜头不稳定，尤其是用长焦距镜头取景时，景物放得很大，人的微小晃抖都会使画面图像产生较大的晃动和抖动。为了画面质量，给摄像机一个支撑系统是必要的。

（1） 支撑系统：三脚架、移动车、基座、升降车等。

三脚架是用轻金属或木头制成的三条腿的支架，其三条腿可各自伸缩调整高度，以适于在高低不平的地面上架设。

把三脚架安放在有三个小脚轮的移动车上，就能在平滑的地面上水平转向任意方位，自由移动。移动车的另一种类型是轨道车，把三脚架放在车体的平板上随车体在轨道上移动。

基座相比三脚架来说较为笨重，但移动非常平稳，升高和降低摄像机也更为容易。在基座下装有轮子以便移动，还装有电缆保安架，用以防止电缆因被碾轧、缠结而遭损坏。

升降车是大设备，它可把摄像机从很低的地方移到布景上方很高的地方，许多升降车也可以前后、侧面或沿弧线移动。有了升降车，电视节目的制作就更为灵活、方便了，给拍摄工作提供了良好的条件。

（2） 摇摄云台：可使摄像机在水平方向旋转、上下俯仰和作左右与俯仰的复合移动。摇摄云台在使用前必须先进行调整。

 

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