摄像机相关知识【转】
上一篇 / 下一篇 2011-06-06 12:13:50 / 个人分类：摄像机
白平衡
英文名称：White Balance
白平衡是电视摄像领域一个非常重要的概念，通过它可以解决色彩还原和色调处理的一系列问题。白平衡是随着电子影像再现色彩真实而产生的，在专业摄像领域白平衡应用的较早，现在家用电子产品（家用摄像机、数码照相机）中也广泛地使用，然而技术的发展使得白平衡调整变得越来越简单容易，但许多使用者还不甚了解白平衡的工作原理，理解上存在诸多误区。它是实现摄像机图像能精确反映被摄物的色彩状况，有手动白平衡和自动白平衡等方式。
一、什么是白平衡
白平衡，字面上的理解是白色的平衡。那什么是白色？这就涉及到一些色彩学的知识，白色是指反射到人眼中的光线由于蓝、绿、红三种色光比例相同且具有一定的亮度所形成的视觉反应。我们都知道白色光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的，而这七种色光又是有红、绿、蓝三原色按不同比例混合形成，当一种光线中的三原色成分比例相同的时候，习惯上人们称之为消色，黑、白、灰、金和银所反射的光都是消色。通俗的理解白色是不含有色彩成份的亮度。人眼所见到的白色或其它颜色同物体本身的固有色、光源的色温、物体的反射或透射特性、人眼的视觉感应等诸多因素有关（请参阅《色彩学原理》），举个简单的例子，当有色光照射到消色物体时，物体反射光颜色与入射光颜色相同，既红光照射下白色物体呈红色，两种以上有色光同时照射到消色物体上时，物体颜色呈加色法效应，如红光和绿光同时照射白色物体，该物体就呈黄色。当有色光照射到有色物体上时，物体的颜色呈减色法效应。如黄色物体在品红光照射下呈现红色，在青色光照射下呈现绿色，在蓝色光照射下呈现灰色或黑色。
在了解白平衡之前还要搞清另一个非常重要的概念――色温。所谓色温，简而言之，就是定量地以开尔文温度（K）来表示色彩。英国著名物理学家开尔文认为，假定某一黑体物质，能够将落在其上的所有热量吸收，而没有损失，同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话，它便会因受到热力的高低而变成不同的颜色。例如，当黑体受到的热力相当于500—
由于人眼具有独特的适应性，使我们有的时候不能发现色温的变化。比如在钨丝灯下呆久了，并不会觉得钨丝灯下的白纸偏红，如果突然把日光灯改为钨丝灯照明，就会觉查到白纸的颜色偏红了，但这种感觉也只能够持续一会儿。摄像机的CCD并不能像人眼那样具有适应性，所以如果摄像机的色彩调整同景物照明的色温不一致就会发生偏色。那么什么是白平衡呢？白平衡就是针对不同色温条件下，通过调整摄像机内部的色彩电路使拍摄出来的影像抵消偏色，更接近人眼的视觉习惯。白平衡可以简单地理解为在任意色温条件下，摄像机镜头所拍摄的标准白色经过电路的调整，使之成像后仍然为白色。这是一种经常出现的情况，但不是全部，白平衡其实是通过摄像机内部的电路调整（改变蓝、绿、红三个CCD电平的平衡关系）使反射到镜头里的光线都呈现为消色。如果以偏红的色光来调整白平衡，那么该色光的影像就为消色，而其它色彩的景物就会偏蓝（补色关系）。
二、白平衡的工作原理
白平衡是一个很抽象的概念，最通俗的理解就是让白色所成的像依然为白色，如果白是白，那其它景物的影像就会接近人眼的色彩视觉习惯。调整白平衡的过程叫做白平衡调整，白平衡调整在前期设备上一般有三种方式：预置白平衡、手动白平衡调整和自动跟踪白平衡调整。通常按照白平衡调整的程序，推动白平衡的调整开关，白平衡调整电路开始工作，自动完成调校工作，并记录调校结果。如果掌握了白平衡的工作原理，那么使用起来会更加有的放矢，得心应手。
白平衡是这样工作的：摄像机内部有三个ＣＣＤ电子耦合组件，他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线，在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的，为１：１：１的关系，白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是２：１：１（蓝光比例多，色温偏高），那末白平衡调整后的比例关系为１：２：２，调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少，增加了绿和红的比例，这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像，蓝、绿、红的比例才会相同。也就是说如果被调校的白色偏一点蓝，那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大，同时增加绿和红的比例，使所成影像依然为白色。
换一个思路来考虑白平衡调整的问题，摄像机在白平衡调整容度之内不会“拒绝”放在镜头前面的被调校景物，就是说镜头可以对着任何景物来调整白平衡。大多情况下使用白色的调白板（卡）来调整白平衡，是因为白色调白板（卡）可最有效地反映环境的色温，其实很多时候某种环境下白板（卡）并不是白色，多多少少会偏一点蓝或其它的颜色，经验丰富的摄像也会利用蓝天来调白平衡，从而得到偏红黄色调的画面。搞清楚白平衡的工作原理之后，再使用的时候就会大胆地尝试不同的效果，丰富了摄像创作。
三、白平衡调整
在生活中日光的色温是不断变化的，可以说没有两个地方的色温会完全一样，不同的地域、季节、地面环境、天气、早晚等等都会对色温造成影响，还有大量的人工光源，色温也不尽相同。摄像师调整白平衡的方法大体分粗调、精细调整和自动跟踪（ATW）三种：粗调指在预置情况下改变色温滤光片，使色温接近到到３２００K的出厂设置；精细调整是指在色温滤光片的配合下通过摄像机白平衡调整功能，针对特定环境色温得到一个更为精确的调整结果；自动跟踪是指依靠摄像机的自动跟踪功能（ATW），摄像机自身根据画面的色温变化随时调整。
预置功能是摄像机以３２００K色温条件下设置的蓝、绿、红感光平衡。当环境色温为３２００K时，摄像机色温滤光片放置在３２００K，景物可以得到正确的色彩还原；当环境色温为５６００K时，摄像机色温滤光片放置在５６００K，景物可以得到正确的色彩还原。当环境色温在３２００K上下１０００K和５６００K上下１０００K范围内，利用白平衡预置功能可以得到人眼可以接受的色彩还原，由于色温偏差不大，使拍摄出的画面呈现出细微的色彩变化。这有一个好处，不同的生活环境本身会由于环境色和照明差异的影响而色彩基调不同，如果到处调白会使不同的环境呈现单一白光照明的效果，而利用白平衡预置则可以保留这种丰富的色彩变化。
一般精细调白的方法是，在拍摄环境中以顺着拍摄方向的调白板（卡）来调整白平衡。这是一种普遍的情况，还有几种非常灵活的精细调白方法。利用一块透过性良好的标准白板，把它置于紧贴镜头的前面，在拍摄环境中对着光源照明方向或对着主拍摄方向来调整白平衡，专业的摄像机会给出一个色温读数，比如是５０００K，如果希望拍摄还原正常的画面就以这个白平衡结果来拍摄。在摄像创作中，有时希望得到色彩偏差的画面来达到创作目的，这时可以利用任何景物来调整白平衡，被调白景物的色温同画面的色彩偏差呈补色关系，既以红色调白画面偏向青色，以绿色调白画面偏向品色，以兰色调白画面偏向黄色。白平衡自动跟踪功能（ATW）是随着镜头摄取景物的色温变化而时实调整，如果一个推镜头或摇镜头由于被摄景物的色温（镜头摄入景物的色温同环境照明色温是不同的）变化，会使画面在一个镜头内发生色彩变化。如镜头由人物全景推近脸部特写，因为景别的变化摄入镜头的色温会不同，画面中人物的肤色也就会发生变化，所以非特殊情况不建议使用该模式。
摄影就是记录光线，而光线是由很多"颜色"来组成的，除了日光比较"白"之外，如光管、夕阳、灯泡等其实也是偏向某一种颜色的，这个可以用"色温"(Color temperature)来表示：
从上图可以看到，色温越低，颜色便越"红"(暖)，色温越高，颜色便越"蓝"(冷)，下表显示各种情况下的色温：
晴朗蓝天12,000 ~ 15,000 °K
日荫下10,000 °K
蓝天白云8,000 ~ 10,000 °K
阴天6,500 ~ 7,500 °K
日光型荧光灯6,500 °K
日光5,500 °K
电子闪光灯5,500 °K
闪光灯泡4,200 ~ 5,000 °K
早晨或下午阳光4,000 ~ 5,000 °K
白色冷调荧光灯4,500 °K
白色暖调荧光灯3,500 °K
摄影棚灯光3,400 °K
石英灯3,300 °K
摄影棚灯光3,200 °K
钨丝灯泡2,700 ~ 3,200 °K
黎明、黄昏2,000 ~ 3,000 °K
烛光1900 °K
"K"是"Kelvin" (绝对温度)，是量度色温的单位。
低照度摄像机
对低照度的定义众说纷纭，莫衷一是，彩色摄像机从0.0004LUX～1LUX，黑白摄像机从0.0003～0.1LUX均有，（若搭配红外线，则均可达0LUX），这就是国内市场在CCTV产业的技术规格方面并无统一标准，而产生各说各话的情况。行业内人士强调，照度能低到多少，不仅要看镜头的光圈大小（F值），更要看是在什么条件限制下才能出现所标示的LUX值，否则只是流于数字的游戏罢了！以光圈大小（F值）而言，光圈愈大则其所代表的F值愈小，所需的照度愈低。另外电子灵敏度（ELECTRONIC、SENSITIVITY）是否提高，单一画面累积帧数为多少？红外线是ON还是OFF？……等都应了解清楚，才不致被规格所标示的照度数值所混淆。
一:低照度摄像机在中国市场的演进过程
低照度摄像机在中国市场的演进简单分为以下三步：
1.白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）；
2.低速快门（SLOW/SHUTTER）
3.超感度摄像机（EXVIEW/HAD）。
1、白天彩色/晚上黑白（昼夜型摄像机COLOR/MONO）
此类摄像机目前在市场上仍有其特定的需求群，国内市场在美国缔佳推出DIS
昼夜型（COLOR/MONO）摄像机的照度在国内市场上最低标示数值甚至为0LUX，我们不禁要问：“摄像机乃光学原理制成，0照度下如何成像？”
白天彩色/晚上黑白（COLOR/MONO）摄像机是利用黑白影像对红外线感度较高的特点，在一定的光源条件，利用线路切换的方式将影像由彩色转为黑白，以便于搭配红外线。在彩色/黑白线路转换的技术演进过程中，早期像PHILIPS（飞利浦）、IKEGAMI（池上）、日本JVC曾采用2颗SENSOR（1颗彩色、1颗黑白）共用一组电路再行切换，目前此类摄像机已采用单一CCD（彩色）设计，在白天或光源充足时为彩色摄像机，当夜晚降临或光源不足时（一般在1LUX～3LUX）即利用数位电路将彩色信号消除掉，成为黑白影像，且为了搭配红外线，亦拿掉了彩色摄像机不可缺的红外线滤除器，此种作法虽可在夜晚达到“低照度”的目的，白天却有影像模糊，色彩不自然的缺点，并且摄像机的摄像距离会受到红外灯照射距离的限制。据厂商表示，为了弥补此一缺点，日本SANYO曾推出利用马达控制滤光片开合(即随着彩色/黑白影像的切换,开合滤光片)的机种,但此机种似乎也已于市场消失。然而,COLOR MONO摄像机是否属于“低照度”摄像机,仍相当具争议性,专家指出,真正的“低照度摄像机”应指摄像机本身(所采用的元件,技术)可达到的功能,而白天彩色/晚上黑白的摄像机因受限于CCD感度,本身并无法改变,只是利用线路切换及搭配红外光的方式将功能提升,不能算是低照度摄像机。
2、低速快门（SLOW/SHUTTER）
此类摄像机又称为（画面）累积型摄像机，是利用电脑记忆体的技术，连续将几个因光线不足而较显模糊的画面累积起来，成为一个影像清晰的画面，运用SLOW SHUTTER技术降低摄像机照度至0.008LUX/F1.2（×128），并且画面能够累积的帧数(128帧)是属于甚至包括进口品牌再内的领先水平。此类型低照度摄像机适用于禁止红、紫外线破坏的博物馆，夜间生物活动观察，夜间军事海岸线监视等，属性较静态场所的监视。台湾利凌企业营销部经理许潭彬认为，运用SLOW SHUTTER技术的摄像机才是真正的低照度摄像机；台湾凌安科技业务经理张智明认为，标准的低照度摄像机应是指（画面）累积型的摄像机。目前属于此类型的低照度摄像机，台湾厂商以lilin为主导，进口品牌有NEC、IKEGAMI、FUJULSU、MITSUBISHI、SAMSUNG等，大多数进口品牌价格昂贵，且累积帧数少（32帧），如日本池上（IKEGAMI）ICD-870P照度0.03/F1.2（×32）。为此工程、经销商更为青睐的应属于技术上同样领先的台湾博凯（P-CAM）。
3、超感度摄像机（EXVIEW/HAD）
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