數字攝像機的主要技術指標、測試及選型
閱讀：3776發布時間：2011-12-6
攝像機的性能對電視圖像質量有決定性的影響，攝像機的技術指標是對攝像機性能的定量描述，是評價攝像機優劣的主要依據，也是我們購買設備時選型的重中之重。當然選擇一些配套的測試設備也是非常重要，譬如測量清晰度，灰度等級，彩條還原性，譬如透射式光源箱LV-9500/LV-9300與透射式測試卡配套使用，過去對攝像機規定的一些技術條件已相對落后，已不能全面反映攝像機的質量。因此，我們有必要討論數字攝像機的主要技術指標（靈敏度、分解力、信噪比等），以及在攝像機中出現的新技術（CCD類型、CCD像素數量、A/D轉換器量化精度等），以使我們進一步了解數字攝像機，避免設備選型的盲目性，并能得心應手地應用新設備，提高工作效率。
1、靈敏度靈敏度指標反映攝像機對所拍攝物體照度的反應能力。在照度為2000lx，色溫3200K的照明條件下，攝像機增益為0dB時拍攝反射率為89.9%的灰度卡，當視頻信號電平達到0.7VP-P（100%）時，鏡頭的相對孔徑數（光圈數），即為攝像機的靈敏度。靈敏度的測試比較簡單，將攝像機γ開關設為ON，輪廓校正（DTL）開關設為ON，按上述條件攝取灰度卡，先調好白平衡，接著調整光圈，在波形監視器上觀察視頻信號幅度為0.7P-PV時，對應的光圈數值就是攝像機的靈敏度。目前，廣播級攝像機的靈敏度一般在F8～F11之間，也有達到F13的。靈敏度指標高一些為好。對于演播室的應用環境，利用高靈敏度的攝像機，可以降低對演播室燈光的要求，減少電能消耗，降低演播室的溫度，改善演職人員的工作條件，節約電視節目的制作成本。用于電子新聞采集（ENG）的攝像機，高靈敏度可降低對拍攝環境照度的要求，適應較為惡劣的工作環境。
2、分解力分解力也稱分辨率，它反映攝像機分解和重現細節的能力，也就是攝像機分辨黑白細線條的能力。以亮度通道的中心分解力為代表，以在精密黑白監視器上人眼能夠分辨的分解力卡水平方向和垂直方向zui高讀數（電視線）來表示。通常所說的分辨率是指水平分辨率。分辨率和清晰度是兩個既相關又不同的概念。分辨率是電視系統重現細節能力的量度，而清晰度是人眼對電視圖像細節清晰程度的量度。分辨率越高清晰度也越高。分解力的測試也較簡單，將攝像機γ開關設為OFF,DTL開關設為OFF，增益為0dB，鏡頭光圈置于5.6～8.0之間，在照度為2000lx，色溫3200K（光源箱LV-9300亮度可調整，與德國愛莎測試卡Essertestchart配套使用，清晰度卡ETC-TE095-D240）的照明條件下拍攝分解力卡，在鏡頭*聚焦狀態下，從精密黑白監視器上讀取分解力線數。廣播用攝像機水平分解力應不低于700線，目前廣播級攝像機分解力已達800線以上。測試時要取用攝像機的亮度信號，而不能取用編碼輸出信號，也不能使用彩色監視器讀取分解力，否則分解力的讀取值會偏低。當圖像信號的調制度不同時，具有相同分解力的攝像機所攝圖像的視覺效果也不相同。有時分解力線數較高，而400線左右的調制度不太高，人眼的視覺并不認為圖像質量好。因此，在選購攝像機時，應在相同調制度的條件下比較分解力，分解力越高質量越好。一般攝像機產品說明書沒有提供調制度的數據，在購買時應通過對比判明優劣。在選購攝像機時沒有必要片面追求很高的分解力。因為攝像機的輸出信號在觀眾用電視機收看之前，要經過記錄、編輯、播出、傳輸等環節。在這些環節中受帶寬的限制，即使攝像機的分辨率很高，在信號處理過程中也要遭受高頻損失，zui終觀眾看到的圖像不可能顯示出那么高的分辨率。
3、信噪比信噪比是描述圖像信號中所含噪聲成分的指標，是在標準照明條件下，攝像機輸出亮度信號的峰—峰值與視頻雜波的有效值之比。測試時將攝像機（德國愛莎輝度測試卡ETC-TE083-D240，伽馬等于0.45）γ開關設為OFF,DTL開關設為OFF,增益為0dB，在照度為2000lx，色溫3200K的照明條件下，先拍攝灰度卡，調好黑白平衡，接著調整光圈將亮度信號幅度調至100%（0.7VP-P）。然后蓋上鏡頭蓋或關閉光圈，在波形監視器上確認黑電平為5%（35mVP-P），用視頻雜波儀讀取不加權的信噪比。信噪比是區分不同檔次或等級攝像機的主要技術指標之一，廣播級攝像機的不加權信噪比應在58dB以上，越高越好。噪聲在圖像上表現為不規則的閃爍細點，選購攝像機時可采用提升增益、降低照度、打開輪廓校正開關等方法，使噪聲比較明顯，以便于觀察比較。在同樣的環境和狀態下，噪聲顆粒越小、越少，攝像機的質量越好。
4、zui低照度攝像機置增益+18dB，zui大光圈，攝取反射率為89.9%的灰度卡，使視頻信號電平達到100%（0.7VP-P）時所需的照度稱為zui低照度。測試時將攝像機增益設為+18dB，γ開關設為ON，DTL開關設為ON，色溫3200K，鏡頭光圈開至zui大擋。先以低照度攝取灰度卡，然后緩慢增加照度。當波形監視器上信號電平達到規定值0.7VP-P后，量出此時灰度卡的照度，即是zui低照度。zui低照度應低于20lx，并且與zui低照度對應的信噪比應不低于33dB。zui低照度與靈敏度有密切的關系，同時也與信噪比有關。通常希望zui低照度指標要低一些。可是照度越低，視頻信號也越低，要達到0.7VP-P的視頻電平，就要加大增益；加大增益的結果是降低了信噪比，使雜波增大，圖像顆粒增粗，畫面質量惡化。從這個角度講，zui低照度還是不要過低，以保證圖像信號的信噪比。為了降低高增益時噪聲對圖像的影響，攝像機設置了圖像噪聲抑制開關，在使用增益時降噪。在ENG條件下使用時可以選擇低照度攝像機，以降低對燈光的要求，在人眼看不太清楚的情況下，也能拍出可接受的圖像，這對突發性新聞采集等特殊環境是有利的。選購攝像機時僅看廣告或產品說明中的zui低照度是不夠的，應該搞清楚它的測試條件。因為目前還沒有關于zui低照度的統一標準，特別是攝像機輸出電平是標準電平的100%，還是70%，或是50%，尚無定論。一般廣播級攝像機輸出電平為100%，其它擋次攝像機就要求各異了。我國關于zui低照度的標準如上所述。比較zui低照度指標時，應在相同的測試條件下進行，才能判明優劣。
5、CCD與像素這一指標給出電荷耦合器件（CCD）的尺寸、數量、電荷轉移方式和圖像像素的數量。CCD是攝像機的光電變換器件，也是影響攝像機性能的重要器件。根據制作工藝和電荷轉移方式的不同，CCD可分為行間轉移（IT）型、幀轉移（FT）型和幀行間轉移（FIT）型。常用的是IT型和FIT型。IT型價格比較便宜，但可能產生垂直拖尾，不過近年來隨著技術的進步已有所改善。FIT型殘留電荷少，圖像惰性小，但價格較高。像素是CCD器件的感光單元。像素數量是CCD器件的重要指標，像素數量越多，感光密度越大，分辨景物細節的能力越強，所以像素數量影響著攝像機的分解力和靈敏度。根據CCD器件對角線的長度，有1/3英寸、1/2英寸和2/3英寸等不同規格。一般來說，CCD芯片尺寸大，其相應的像素面積也較大，感光單元的受光面積增大，使像素輸出電荷增多，靈敏度上升。尺寸越大，CCD器件的感光面積越大，包含的像素數量也越多，分辨率就越高，圖像層次也越豐富，攝像機的性能也就越好。目前，高清攝像機使用的2/3英寸CCD器件的像素數量多達200多萬，分辨率高達1000線以上。根據攝像機使用CCD器件的數量，分為單板CCD攝像機和三板CCD攝像機。單板機使用一片CCD器件，性能指標比不上三板機，但價格比較低廉。三板機使用三片CCD器件，指標高、性能好，價格也比較高。廣播用攝像機應選用三片2/3英寸CCD攝像機。
6、量化精度這一指標反映了模擬信號轉換為數字信號的變換精度。將CCD器件產生的模擬信號轉換成數字信號，再進行數字處理，轉換和處理的精度對信號的技術質量有著重大影響。量化精度就是量化編碼所用二進制數的比特數量，也稱為量化比特數。例如，把一個幅度從0V到0.8V變化的信號電壓劃分為8個量化級（0～7級），用3比特二進制數（000～111）來描述，就稱為3比特量化，對于一個一定幅度的模擬信號而言，量化級數越多，對信號的量化精度就越高，失真就越小，量化使用的比特數也越多；每增加一個量化比特數，描述信號的量化級就增加一倍，數字處理系統的動態范圍也隨之增加6dB。量化過程也是一個用離散值對連續值近似處理的過程，所以對模擬信號的量化過程存在著量化誤差，量化誤差會導致接收端解碼后在其模擬信號上出現雜波干擾，使模擬信號的信噪比降低。量化誤差雖然與噪聲有本質的區別，但其在信號中的表現類似于噪聲，也有很寬的頻譜，所以也被稱為量化噪聲，并用信噪比來衡量。隨著量化比特數的增加，量化誤差減小，信噪比隨之增加，每增加1比特，信噪比增加6dB。ITU-R601建議演播室分量編碼參數為每個樣值8比特量化。攝像機作為視頻信號源應當高于此要求，目前，廣播級數字攝像機A/D變換器的量化精度多為12比特，也有14比特的。量化精度越高，處理的數據量越大，所進行的伽馬、拐點、輪廓等信號的校正就越。大數據量的信號處理能使高亮度區和低照度區的層次更豐富，細節更多，能對膚色這一人眼敏感的細節進行柔化處理，而不改變畫面中其他景物的銳化程度。要選購一款性能價格比優良的數字攝像機，就要對不同廠家、不同型號攝像機的技術特點和指標差異做深入的了解。不同的使用環境也會對攝像機性能有不同的要求。所以，在選購攝像機時，既要考評其技術指標，也要對其使用環境、調整控制功能、可靠性、價格、售后服務等做全面的評價；還要對攝像機輸出圖像進行主觀評價，特別要注意高亮度和低照度兩個條件下的信噪比、清晰度、色彩、層次等項目。總之，只有通過綜合評價，才能選出既適合自己使用，又具有高性價比的數字攝像機。
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