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高清摄像机镜头.doc

上传人:ysd1539 文档编号:7429367 上传时间:2019-05-17 格式:DOC 页数:5 大小:306.50KB
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1、高清摄像机镜头赵力 中仪索尼技术服务中心高级工程师 内容提要:通过对高清摄像机独特要求和技术特点的分析,对比高清镜头与标清镜头之不同,归纳总结了光学镜头技术的几大进步,试图说明高清摄像机镜头是对标清摄像机镜头技术的继承和发展,并探讨了高清镜头的一些技术特点及使用中需注意的事项。关键词:高清摄像机 标清摄像机 高清镜头 光学镜头技术 景深 焦距自从人类发明了电视,就一直在追求高清晰度的道路上拼搏奋进,努力使电视摄像机拍摄的画质达到电影胶片的水准也就成了这一伟大进程的动力源泉。今天的高清电视以特有的高画质、大视角、多信息量的特点,正在引领一场新的视觉革命。摄像技术一路高歌猛进,就对拍摄高清的眼睛与

2、门户光学镜头提出了更为严格的要求。镜头的技术是高清摄制的第一关,对高清的发展至关紧要。由于电视摄像镜头一般都是变焦镜头,首先让我们熟悉一下变焦镜头的光路。见图 1。图 1一个高清摄像机(HDTV)镜头相对标清摄像机(SDTV)镜头而言有什么不同?它又是如何保证高清拍摄的质量的?一、 高清摄像机的独特要求与技术特点1 成像面积与扫描方式不同高清镜头 CCD 宽高比为 16:9,成像面积为 51.8 平方毫米;标清镜头 CCD宽高比为 4:3,成像面积为 58.1 平方毫米,两者具有不同的感光成像面积。CCD 敏感区域的减小将导致灵敏度 10%左右的降低。另外由于镜头折射特性基本相同,则把同样大小

3、的实景转移到不同面积的成像面上时镜头焦距就有较大的差异,景深不同。同时 HDTV 拍摄要求逐行扫描,SDTV 却是隔行扫描,那么拍摄时对亮度的要求也是成倍增长。在同等光照条件下,要获得与 SDTV 相同的景深,镜头非但不能开大光圈,还必须缩小一级光圈,这将导致灵敏度降低到 SDTV 的四分之一。2 景深大小不同由于 HDTV 具有很高的分辨力,即使很小的焦距偏离也能显现出来。它的可允许弥散圆误差不到 SDTV 的一半,景深更小(见图 2、表 1) 。图像尺寸可允许的模糊圈误差景深(焦距50mm,物距 3米,光圈1.8)2/3 英寸SDTV 镜头0.021mm 273mm2/3 英寸HDTV 镜

4、头0.010mm 130mm图 2表 1图 2表 1假设有完全相同规格的 HDTV 镜头和 SDTV 镜头,我们比较一下它们在完全相同条件下拍摄时的景深(见图 3)。在光圈 F1.4、被摄物体距离 10 米、焦点距离距 40 毫米时,SDTV 拍摄的景深范围是 8.5 米到 12.1 米,镜头调焦只要落在这个范围内,就可以认为焦距是实的。与此相比,HDTV 拍摄的景深范围仅为 9.3 米到 10.9 米。在光圈 F4.7、被摄物体距离 10 米、焦点距离距 900 毫米时,SDTV 拍摄的景深范围是 9.988 米到 10.012 米,HDTV 拍摄的景深范围仅为 9.995 米到 10.00

5、5米。可见与 SDTV 相比,HDTV 的景深非常狭窄;并且随着镜头焦距的加大,HDTV 镜头的景深更为缩小。图 3-1图 3-2二、 HDTV 镜头与 SDTV 镜头的比较A. 高清电视 16:9 不同的宽高比对镜头的焦距和视角提出了不一样的要求。HDTV16:9 的图像比例比 4:3 要宽,传统 SDTV8 毫米标准镜头是无法表达 16:9 的宽阔感和深度感的,在高清拍摄中,传统观念中的广角镜才是高清的标准镜。这样对 HDTV 变焦镜头的失真要求就更高。BHDTV5 倍于 SDTV 的信息量对高清镜头的透光率及MTF 提出了更高的要求。HDTV 图像的像素比例为 1920 X 1080;S

6、DTV 图像的像素比例为 720 X 565,HDTV 图像具有于 SDTV 5 倍的信息量。由于 HDTV 的像素点只有SDTV 的一半左右,像差的误差范围也大为缩小,图像只要稍微偏离焦点,调制传递函数 MTF 都会受到很大的影响。高清镜头的 MTF、像差修正要求均较标清为高(见图 4) 。为了更好地表现电影感,HDTV 镜头还必须在提供足够清晰度的同时而不牺牲景深, 需要比 SDTV 镜头更高级更平均的透光率。 镀膜技术越好,透光率越高。同时,镀膜技术除了影响透光率以外,对镜头的色散系数有很大影响,而色散系数对图像的最大影响就是在极端亮度下的色彩还原准确度。高清高画质要求高清镜头具有更高超

7、的镀膜加工技术。图 4C高清晰度电视具有很高的分辨率,景深较标清为短,对镜头对焦的准确性提出了更高的要求。高清电视具有很高的分辨率,景深较标清为短,准确对焦比较困难,并且高清晰度电视扫描线增加了一倍,如果焦点有点发虚的话将变得十分明显。同时高清是强调大屏幕播放的,如果聚焦不清,图像的缺点将一览无余。为此高清镜头要求更精密的对焦技术。D高清变焦镜头与标清变焦镜头的结构区别由图 5 可见,市场上某品牌的镜头,具有相同变焦倍数的 HDTV 变焦镜头由 27个镜片所组成,SDTV 变焦镜头由 24 个镜片所组成。镜头生产厂家通过新光路设计、采用 Hi-UD/ED 玻璃、改善 IF 等,在与 SDTV 镜头大小相当的镜头上实现了高清镜头所必须的高光学特性。(未完待续)图 5

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