摄像机技术指标浅析
常见一些广播电视界的工程技术人员指着自己操纵的摄像机，不无自豪地脱口而出：“这可是广播级！”或“这可是数字机！”其实，“广播级”也好，“数字机”也罢，说的都是摄像机的等级，而所谓“摄像机”的等级又是用摄像机的技术指标来量化来定义的。所谓技术指标，即摄像机按其使用要求必须达到的目标，如图像的技术质量，摄像机的性能和精度等等。这些指标是对摄像机的定量分析和科学评析，具有可量化性和可比较性。当然这些指标由许多项目组成，因为我们评价的是摄像机这一电视节目的信号源的制造者。摄像机必须满足多项技术指标的要求，等级越高指标越苛刻。
为了规定摄像机的等级，国家颁布了摄像机技术条件的规定。可是在电视工程技术飞速发展的今天，这些规定已相对落后，灵敏度、分解力和信杂比这三大技术指标已不能全面反映摄像机的质量。
一 CCD器件和图像像素
这一指标给出CCD器件的数量、尺寸和电荷转移方式的种类，以及图像像素的数量。广播级和许多业务级摄像机一般都是3块2/3英寸CCD，电荷转移方式或IT（行间转移），或FT（帧转移）、或FIT的都有，等级稍高的取FIT，稍低点的取IT，而FT CCD摄像机亦不乏佼佼者。与IT相比FIT残留电荷少，图像惰性小，但价格之贵也自不待言。而IT在采取了微透镜等技术后提高了灵敏度，减少了图像惰性，更具竞争力的当然还是价格。FT CCD的摄像机种类较少，但尺寸相比FIT小，残留电荷少于IT，灵敏度和动态范围均高于IT。加上设置了机械快门，利用机械快门在场消隐期间对感光部遮光，减少拖尾。据有关公司介绍，其FT CCD由于取消了FIT CCD的垂直移位寄存器，增大了CCD像素窗口，因而增加了像素的有效受光面积，使更多的光转换为电荷，提高了灵敏度。此类摄像机的性能，指标均高于IT CCD摄像机，而并不弱于FIT CCD摄像机。
图像像素数量是CCD器件的一项重要指标，像素就是CCD表面上的感光单元，像素数量越多，越能分辨景物细节、感光密度也越大。因此像素数量不仅与图像清晰度有关，而且与灵敏度也有关。20年前2/3英寸CCD器件的像素数量通常在40万左右，分解力仅为250至350线。而今天CCD器件的有效像素可达60至70万，分解力可达800至900线；HDTV的CCD器件的像素甚至多达200多万。分解力高达1200线。CCD器件的像素数量与分解力的关系是显而易见的，根据经验公式：水平像素乘以四分之三等于该CCD芯片的水平临界分解力。CCD器件对于摄像机性能之关键，历来为人们所关注，将此项目做为摄像机的首要技术指标也顺理成章。
二 数字量化和数字信号处理
数字量化和数字信号处理的等级是数字摄像机出现后新增的技术指标。众所周知，CCD器件产生的模拟信号必须转换成数字信号，再进行数字处理，这一转换和处理的精度对信号的技术质量有重大影响，因此必须加以限定。ITU—R601对演播室数字信号编码规定的最低要求是8bit量化，摄像机作为信号源理所当然地要高于此要求。模拟信号和数字处理的参数之间存在一定的关系，信杂比和动态范围与在转换成数字信号时使用的量化级数成正比。因为量化级数是转换成二进制码值的，所以级数增加一倍，信杂比和动态范围增加6dB，而只需要在二进制编码数据中增加一个bit。因此一个10 bit的数字信号比8 bit在信杂比和动态范围方面有12 dB的改善。今天广播级的数字摄像机A/D转换的量化级数多为12 bit，这样与ITU—R601的要求相比，可以在信杂比的动态范围上增加24 dB的优势。使用12 bit的A/D转换器，可对600%视频电平采用动态压缩算法进行处理。这一功能使摄像机在强光下拍摄时，大大增加了高亮度的层次，降低了高亮度的彩色畸变，提高了拐点的级数。同样600%电平，压缩至100%电平，10 bit拐点压缩达438级，而12 bit则高达672级。 大大提高图像的层次。
90年代中期，大部分摄像机厂家开发的摄像机多采用10 bit A/D转换器，再用13 bit数字处理。到90年代末期，各摄像机厂家开发的摄像机几乎都采用12 bit A/D转换器，而且为了保证更为精确的伽玛、拐点、轮廓等信号的校正，在信号处理上都用更高的量级，少则14—16 bit，多的可达20—30 bit。在摄像机上采用如此之大的数据量进行处理，具有相当的难度，除非开发专用超大规模的数字处理集成电路之外，别无良策。因此各厂家都为此花大气力，开发了专用数字信号处理集成电路。处理量级可达20—30 bit，电路细微可达0.6--0.3微米，门数可达180万门。
大数据量的信号处理改善了伽玛曲线，能使黑背景下的柔和对比被加强，也可使亮背景下的饱和色彩对比强烈；大数据量的信号处理改善了图像的对比度，加强了黑扩展功能，使黑色区域呈现更多的层次，获得更多的细节；大数据量的信号处理改善了轮廓校正，增强了细节的环境对比，可处理的参数包括水平，垂直和粗细比率，对肤色这一人眼敏感的细节进行柔化和光滑性处理，而不改变画面中其他景物的锐化程度。 |
