攝像機(jī)亮色參數(shù)的解讀與應(yīng)用

任鵬

摘 要：本文將攝像機(jī)亮度參數(shù)的理論與操作兩個(gè)層面相互結(jié)合，分析了專業(yè)攝像機(jī)的亮色參數(shù)，介紹了攝像機(jī)的亮度工作范圍和色溫調(diào)整范圍，并在介紹這兩個(gè)范圍的基礎(chǔ)上，用較為詳細(xì)的數(shù)據(jù)描述了攝像機(jī)操作過程中應(yīng)當(dāng)防范的事項(xiàng)以及需要注意的問題。

關(guān)鍵詞：標(biāo)稱靈敏度；亮度工作范圍；照明色溫；白平衡調(diào)整

1 攝像機(jī)的亮度工作范圍

攝像機(jī)的照度工作范圍由攝像機(jī)靈敏度、光孔大小和主增益控制的分貝值等參數(shù)共同決定。

1） 攝像機(jī)的靈敏度。靈敏度是攝像機(jī)重要的性能指標(biāo)，通常用標(biāo)稱靈敏度來表示。標(biāo)稱靈敏度的定義是：增益為0dB時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下（色溫3200°K，照度2000Lux），拍攝89.9%反射率的物體，輸出白電平達(dá)到700mv時(shí)的光圈值。顯然在同等條件下，光孔開口越小的攝像機(jī)其靈敏度越高。雖然標(biāo)稱靈敏度（標(biāo)準(zhǔn)光圈值）規(guī)定了每臺(tái)攝像機(jī)工作的照度標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際應(yīng)用中通過開大或關(guān)小光圈，提升或降低主增益分貝值等操作，攝像機(jī)就可以在十分寬泛的照度環(huán)境下進(jìn)行拍攝。

2） 攝像機(jī)照度工作范圍的確定。其原理是以標(biāo)稱靈敏度的光圈值為基準(zhǔn)，由最小光圈值并加上ND灰鏡的最大衰減量算出亮度工作范圍的上限（最大工作照度值）；然后再依據(jù)最大光圈值并加上主增益的最大提升量確定拍攝時(shí)亮度工作范圍的下限（最小工作照度值）。

現(xiàn)以標(biāo)稱靈敏度為f11，最大最小光圈分別為f1.4和f16，最大增益為+18dB并帶有1/4ND灰度鏡的攝像機(jī)為例進(jìn)行計(jì)算和說明。

首先以標(biāo)稱靈敏度光圈值為基準(zhǔn)，即將f11與圖1中亮度軸上的2K（2000Lux）處對齊，此時(shí)最小光圈f16則對應(yīng)于其右側(cè)的4K（4000Lux）處，再加上使用1/4ND灰鏡（相當(dāng)于衰減2級(jí)光圈），此時(shí)對應(yīng)的最大照度值為16K（16000Lux）。這就是該攝像機(jī)亮度工作范圍的上限。同理在相反方向的亮度軸的左端，與最大光圈f1.4對應(yīng)的照度值為32Lux（此時(shí)主增益為0dB）。如果再加上使用最大提升增益+18dB（相當(dāng)于開大3級(jí)光圈），則應(yīng)再向左移動(dòng)3級(jí)照度，至此對應(yīng)的照度值應(yīng)為4Lux，這就是該臺(tái)攝像機(jī)亮度工作范圍的下限，即同時(shí)使用最大光孔和最大增益時(shí)拍攝的最低照度值。

由此我們得到該攝像機(jī)的亮度工作范圍是4Lux 至16000Lux。

3） 利用最低照度值推算攝像機(jī)靈敏度（標(biāo)準(zhǔn)光圈值）。專業(yè)攝像機(jī)通常都會(huì)在技術(shù)指標(biāo)中標(biāo)明標(biāo)稱靈敏度（包括標(biāo)準(zhǔn)光圈值、照明色溫、照度和反射率標(biāo)準(zhǔn)），而低檔攝像機(jī)則往往只給出最低照度值，而不提供標(biāo)稱靈敏度參數(shù)。使用者為了便于分析對比，同樣可以按上述計(jì)算方法，利用已知的最低照度值推算出該機(jī)的相應(yīng)參照靈敏度（光圈值）。這種方法雖然不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)珔s也實(shí)用?，F(xiàn)以最低照度為32Lux，最大光孔為f 2.0和最大增益值為+12dB的攝像機(jī)為例進(jìn)行具體推算，參見圖2。

首先將最大增益+12dB與亮度軸上的32Lux（最低照度值）處對齊，則+6dB和0dB分別對應(yīng)于64Lux和125Lux；然后再將f2（最大光孔）與0dB（125 Lux）處對齊，于是光圈f2.8、f4.0和f5.6分別對應(yīng)于250Lux、500Lux和1K（1000Lux）照度值，而對應(yīng)于2K（2000Lux）處的f8就是代表該攝像機(jī)靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)光圈值，也即該攝像機(jī)的靈敏度標(biāo)稱為f8。

2 攝像機(jī)的色溫調(diào)整范圍

我們知道，物體的顏色是由照明光源的光譜特性（常以色溫表示）和物體對照射光的反射特性共同決定的，當(dāng)光源色溫變化時(shí)景物的顏色也將隨之改變。在電視攝像中，只有當(dāng)照明光源的色溫與攝像機(jī)的平衡色溫一致，同時(shí)攝像機(jī)RBG三路輸出的電平也取得一致，即獲得白平衡時(shí)，被攝景物的顏色才能得到正確再現(xiàn)。

攝像機(jī)的彩色系統(tǒng)都將3200°K作為平衡色溫的標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際拍攝環(huán)境中照明光源的色溫范圍是非常之大的（見圖3），因此，在高于或低于3200°K的照明環(huán)境下拍攝必須首先進(jìn)行白平衡校正。此外我們也希望攝像機(jī)能夠具有盡可能寬的色溫調(diào)整范圍，以滿足在不同照明條件下進(jìn)行拍攝的需要。

攝像機(jī)的白平衡調(diào)整通常包括選擇濾色片進(jìn)行色溫變換和調(diào)整R路、B路放大器對G路的增益這兩個(gè)部分。我們可以分別從這兩個(gè)方面來確定攝像機(jī)白平衡的色溫調(diào)整范圍。在計(jì)算色溫變換和色溫平衡時(shí)，采用微倒度（Mired）來代替絕對溫標(biāo)（°K）進(jìn)行計(jì)算要方便的多。兩者的換算關(guān)系為：微倒度（urd）=1/色溫（°K）×106。

1） 僅僅采用白平衡校正電路進(jìn)行調(diào)整時(shí)的色溫可調(diào)整范圍。攝像機(jī)中的白平衡調(diào)整電路大約具有±3 dB的增益控制范圍。根據(jù)計(jì)算公式：微倒度（urd） =增益（dB）×31.25，可以計(jì)算出白平衡調(diào)整電路的色溫校正值為±3dB×31.25=±93.8urd，又因攝像機(jī)的平衡色溫值3200°K對應(yīng)的微倒度為1/3200×106= 312.5urd，由此就可算出白平衡調(diào)整電路的色溫調(diào)整范圍：

換算成絕對色溫表示則為2461°K～4572°K。這就是不加濾色鏡，僅僅使用校正電路增益控制時(shí)的攝像機(jī)白平衡調(diào)整范圍。

2） 加用光學(xué)濾色鏡校色時(shí)的白平衡調(diào)整范圍。在攝像機(jī)鏡頭和分色鏡之間的光路中，通常都加有用以降低色溫的光學(xué)濾色鏡，通過濾色鏡可將高色溫照明光線的光譜特性校正到接近攝像機(jī)要求的平衡色溫范圍，或者說使用濾色鏡可以提高攝像機(jī)的工作色溫。

例如加用5600°K濾色鏡（對應(yīng)微倒度178.5 urd）后攝像機(jī)的白平衡調(diào)整范圍為：

換算成絕對溫標(biāo)表示為3672°K～11792°K。由此我們便得出裝有5600°K濾色鏡和具有±3dB增益控制白平衡電路的攝像機(jī)的工作色溫范圍是2461 K°～11792°K。

在一些高檔攝像機(jī)中往往裝有多塊濾色鏡以獲得更寬的色溫工作范圍。同理根據(jù)濾色鏡的標(biāo)稱色溫值就可以分別計(jì)算出每一檔濾色鏡的白平衡調(diào)整范圍：

這表明，裝有上述濾色鏡的攝像機(jī)可以在下到2461°K，上至15408°K的色溫范圍內(nèi)進(jìn)行拍攝。

3） 一種實(shí)用的拍攝技巧。在通常情況下，白平衡校正的規(guī)范操作是，首先按照現(xiàn)場照明光源的實(shí)際色溫選擇相應(yīng)的濾色鏡（如戶外陽光下選用5600°K檔濾色鏡），然后再按下自動(dòng)白平衡開關(guān)自動(dòng)完成白平衡調(diào)整。其原理是先通過光學(xué)濾色鏡對入射光進(jìn)行降色溫變換（屬于近似粗略的光學(xué)矯正），然后再經(jīng)由白平衡調(diào)整電路的增益控制，來完成RGB輸出電平的精確調(diào)整，使其保持高度的一致。

由于光學(xué)濾色鏡都具有一定的密度，會(huì)阻擋部分入射光通過，造成大約一級(jí)光圈的光通量損失，因此設(shè)法避免濾色鏡自身的光損會(huì)有助于低照度環(huán)境下的拍攝。例如遇到必須在戶外高色溫低照度條件下（同時(shí)又不能增加照明時(shí)）進(jìn)行拍攝的情況，按照常規(guī)操作，應(yīng)首先選用4300°K或5600°K檔濾色鏡，然后再進(jìn)行白平衡調(diào)整，這勢必造成入射光的損失。此時(shí)可嘗試不加濾色鏡（即直接選用3200°K檔）的方法，完全依靠白平衡調(diào)整電路的增益控制完成白平衡的校正（可減少約50%的光損）。因?yàn)閺纳鲜隹芍瑢τ诰哂小?dB增益控制電路的攝像機(jī)來說，其不加濾色鏡時(shí)的色溫調(diào)整上限是4572°K，而現(xiàn)代高檔攝像機(jī)常具有更強(qiáng)的電路增益控制能力，因而擁有更加寬泛的色溫調(diào)整范圍。