数字摄像机的主要技术指标、测试及选型
阅读：3593发布时间：2011-12-6
摄像机的性能对电视图像质量有决定性的影响，摄像机的技术指标是对摄像机性能的定量描述，是评价摄像机优劣的主要依据，也是我们购买设备时选型的重中之重。当然选择一些配套的测试设备也是非常重要，譬如测量清晰度，灰度等级，彩条还原性，譬如透射式光源箱LV-9500/LV-9300与透射式测试卡配套使用，过去对摄像机规定的一些技术条件已相对落后，已不能全面反映摄像机的质量。因此，我们有必要讨论数字摄像机的主要技术指标（灵敏度、分解力、信噪比等），以及在摄像机中出现的新技术（CCD类型、CCD像素数量、A/D转换器量化精度等），以使我们进一步了解数字摄像机，避免设备选型的盲目性，并能得心应手地应用新设备，提高工作效率。
1、灵敏度灵敏度指标反映摄像机对所拍摄物体照度的反应能力。在照度为2000lx，色温3200K的照明条件下，摄像机增益为0dB时拍摄反射率为89.9%的灰度卡，当视频信号电平达到0.7VP-P（100%）时，镜头的相对孔径数（光圈数），即为摄像机的灵敏度。灵敏度的测试比较简单，将摄像机γ开关设为ON，轮廓校正（DTL）开关设为ON，按上述条件摄取灰度卡，先调好白平衡，接着调整光圈，在波形监视器上观察视频信号幅度为0.7P-PV时，对应的光圈数值就是摄像机的灵敏度。目前，广播级摄像机的灵敏度一般在F8～F11之间，也有达到F13的。灵敏度指标高一些为好。对于演播室的应用环境，利用高灵敏度的摄像机，可以降低对演播室灯光的要求，减少电能消耗，降低演播室的温度，改善演职人员的工作条件，节约电视节目的制作成本。用于电子新闻采集（ENG）的摄像机，高灵敏度可降低对拍摄环境照度的要求，适应较为恶劣的工作环境。
2、分解力分解力也称分辨率，它反映摄像机分解和重现细节的能力，也就是摄像机分辨黑白细线条的能力。以亮度通道的中心分解力为代表，以在精密黑白监视器上人眼能够分辨的分解力卡水平方向和垂直方向zui高读数（电视线）来表示。通常所说的分辨率是指水平分辨率。分辨率和清晰度是两个既相关又不同的概念。分辨率是电视系统重现细节能力的量度，而清晰度是人眼对电视图像细节清晰程度的量度。分辨率越高清晰度也越高。分解力的测试也较简单，将摄像机γ开关设为OFF,DTL开关设为OFF，增益为0dB，镜头光圈置于5.6～8.0之间，在照度为2000lx，色温3200K（光源箱LV-9300亮度可调整，与德国爱莎测试卡Essertestchart配套使用，清晰度卡ETC-TE095-D240）的照明条件下拍摄分解力卡，在镜头*聚焦状态下，从精密黑白监视器上读取分解力线数。广播用摄像机水平分解力应不低于700线，目前广播级摄像机分解力已达800线以上。测试时要取用摄像机的亮度信号，而不能取用编码输出信号，也不能使用彩色监视器读取分解力，否则分解力的读取值会偏低。当图像信号的调制度不同时，具有相同分解力的摄像机所摄图像的视觉效果也不相同。有时分解力线数较高，而400线左右的调制度不太高，人眼的视觉并不认为图像质量好。因此，在选购摄像机时，应在相同调制度的条件下比较分解力，分解力越高质量越好。一般摄像机产品说明书没有提供调制度的数据，在购买时应通过对比判明优劣。在选购摄像机时没有必要片面追求很高的分解力。因为摄像机的输出信号在观众用电视机收看之前，要经过记录、编辑、播出、传输等环节。在这些环节中受带宽的限制，即使摄像机的分辨率很高，在信号处理过程中也要遭受高频损失，zui终观众看到的图像不可能显示出那么高的分辨率。
3、信噪比信噪比是描述图像信号中所含噪声成分的指标，是在标准照明条件下，摄像机输出亮度信号的峰—峰值与视频杂波的有效值之比。测试时将摄像机（德国爱莎辉度测试卡ETC-TE083-D240，伽马等于0.45）γ开关设为OFF,DTL开关设为OFF,增益为0dB，在照度为2000lx，色温3200K的照明条件下，先拍摄灰度卡，调好黑白平衡，接着调整光圈将亮度信号幅度调至100%（0.7VP-P）。然后盖上镜头盖或关闭光圈，在波形监视器上确认黑电平为5%（35mVP-P），用视频杂波仪读取不加权的信噪比。信噪比是区分不同档次或等级摄像机的主要技术指标之一，广播级摄像机的不加权信噪比应在58dB以上，越高越好。噪声在图像上表现为不规则的闪烁细点，选购摄像机时可采用提升增益、降低照度、打开轮廓校正开关等方法，使噪声比较明显，以便于观察比较。在同样的环境和状态下，噪声颗粒越小、越少，摄像机的质量越好。
4、zui低照度摄像机置增益+18dB，zui大光圈，摄取反射率为89.9%的灰度卡，使视频信号电平达到100%（0.7VP-P）时所需的照度称为zui低照度。测试时将摄像机增益设为+18dB，γ开关设为ON，DTL开关设为ON，色温3200K，镜头光圈开至zui大挡。先以低照度摄取灰度卡，然后缓慢增加照度。当波形监视器上信号电平达到规定值0.7VP-P后，量出此时灰度卡的照度，即是zui低照度。zui低照度应低于20lx，并且与zui低照度对应的信噪比应不低于33dB。zui低照度与灵敏度有密切的关系，同时也与信噪比有关。通常希望zui低照度指标要低一些。可是照度越低，视频信号也越低，要达到0.7VP-P的视频电平，就要加大增益；加大增益的结果是降低了信噪比，使杂波增大，图像颗粒增粗，画面质量恶化。从这个角度讲，zui低照度还是不要过低，以保证图像信号的信噪比。为了降低高增益时噪声对图像的影响，摄像机设置了图像噪声抑制开关，在使用增益时降噪。在ENG条件下使用时可以选择低照度摄像机，以降低对灯光的要求，在人眼看不太清楚的情况下，也能拍出可接受的图像，这对突发性新闻采集等特殊环境是有利的。选购摄像机时仅看广告或产品说明中的zui低照度是不够的，应该搞清楚它的测试条件。因为目前还没有关于zui低照度的统一标准，特别是摄像机输出电平是标准电平的100%，还是70%，或是50%，尚无定论。一般广播级摄像机输出电平为100%，其它挡次摄像机就要求各异了。我国关于zui低照度的标准如上所述。比较zui低照度指标时，应在相同的测试条件下进行，才能判明优劣。
5、CCD与像素这一指标给出电荷耦合器件（CCD）的尺寸、数量、电荷转移方式和图像像素的数量。CCD是摄像机的光电变换器件，也是影响摄像机性能的重要器件。根据制作工艺和电荷转移方式的不同，CCD可分为行间转移（IT）型、帧转移（FT）型和帧行间转移（FIT）型。常用的是IT型和FIT型。IT型价格比较便宜，但可能产生垂直拖尾，不过近年来随着技术的进步已有所改善。FIT型残留电荷少，图像惰性小，但价格较高。像素是CCD器件的感光单元。像素数量是CCD器件的重要指标，像素数量越多，感光密度越大，分辨景物细节的能力越强，所以像素数量影响着摄像机的分解力和灵敏度。根据CCD器件对角线的长度，有1/3英寸、1/2英寸和2/3英寸等不同规格。一般来说，CCD芯片尺寸大，其相应的像素面积也较大，感光单元的受光面积增大，使像素输出电荷增多，灵敏度上升。尺寸越大，CCD器件的感光面积越大，包含的像素数量也越多，分辨率就越高，图像层次也越丰富，摄像机的性能也就越好。目前，高清摄像机使用的2/3英寸CCD器件的像素数量多达200多万，分辨率高达1000线以上。根据摄像机使用CCD器件的数量，分为单板CCD摄像机和三板CCD摄像机。单板机使用一片CCD器件，性能指标比不上三板机，但价格比较低廉。三板机使用三片CCD器件，指标高、性能好，价格也比较高。广播用摄像机应选用三片2/3英寸CCD摄像机。
6、量化精度这一指标反映了模拟信号转换为数字信号的变换精度。将CCD器件产生的模拟信号转换成数字信号，再进行数字处理，转换和处理的精度对信号的技术质量有着重大影响。量化精度就是量化编码所用二进制数的比特数量，也称为量化比特数。例如，把一个幅度从0V到0.8V变化的信号电压划分为8个量化级（0～7级），用3比特二进制数（000～111）来描述，就称为3比特量化，对于一个一定幅度的模拟信号而言，量化级数越多，对信号的量化精度就越高，失真就越小，量化使用的比特数也越多；每增加一个量化比特数，描述信号的量化级就增加一倍，数字处理系统的动态范围也随之增加6dB。量化过程也是一个用离散值对连续值近似处理的过程，所以对模拟信号的量化过程存在着量化误差，量化误差会导致接收端解码后在其模拟信号上出现杂波干扰，使模拟信号的信噪比降低。量化误差虽然与噪声有本质的区别，但其在信号中的表现类似于噪声，也有很宽的频谱，所以也被称为量化噪声，并用信噪比来衡量。随着量化比特数的增加，量化误差减小，信噪比随之增加，每增加1比特，信噪比增加6dB。ITU-R601建议演播室分量编码参数为每个样值8比特量化。摄像机作为视频信号源应当高于此要求，目前，广播级数字摄像机A/D变换器的量化精度多为12比特，也有14比特的。量化精度越高，处理的数据量越大，所进行的伽马、拐点、轮廓等信号的校正就越。大数据量的信号处理能使高亮度区和低照度区的层次更丰富，细节更多，能对肤色这一人眼敏感的细节进行柔化处理，而不改变画面中其他景物的锐化程度。要选购一款性能价格比优良的数字摄像机，就要对不同厂家、不同型号摄像机的技术特点和指标差异做深入的了解。不同的使用环境也会对摄像机性能有不同的要求。所以，在选购摄像机时，既要考评其技术指标，也要对其使用环境、调整控制功能、可靠性、价格、售后服务等做全面的评价；还要对摄像机输出图像进行主观评价，特别要注意高亮度和低照度两个条件下的信噪比、清晰度、色彩、层次等项目。总之，只有通过综合评价，才能选出既适合自己使用，又具有高性价比的数字摄像机。
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