传媒实验教学中心

伽玛校正

        在电视和图形监视器中，显像管发生的电子束及其生成的图像亮度并不是随显像管的输入电压线性变化，电子流与输入电压相比是按照指数曲线变化的，输入电压的指数要大于电子束的指数。这说明暗区的信号要比实际情况更暗，而亮区要比实际情况更高。所以，要重现摄像机拍摄的画面，电视和监视器必须进行伽玛补偿。这种伽玛校正也可以由摄像机完成。我们对整个电视系统进行伽玛补偿的目的，是使摄像机根据入射光亮度与显像管的亮度对称而产生的输出信号，所以应对图像信号引入一个相反的非线性失真，即与电视系统的伽玛曲线对应的摄像机伽码曲线，它的值应为1/r，我们称为摄像机的伽玛值。电视系统的伽玛值约为2.2，所以电视系统的摄像机非线性补偿伽玛值为0.45。

       彩色显像管的伽玛值为2.8，它的图像信号校正指数应为1／2.8＝0.35，但由于显像管内外杂散光的影响，重现图像的对比度和饱和度均有所降低，所以现在的彩色摄像机的伽玛值仍多采用0.45。在实际应用中，我们可以根据实际情况在一定范围内调整伽玛值，以获得最佳效果。

       由于伽玛校正对彩色还原有着举足轻重的作用，伽玛校正曲线又是一种非常复杂的非线性曲线，所以伽玛校正需要非常精确。

      拐点校正

       摄像机的白切割电路是用来防止输出信号超过可用的视频电平，白切割点通常设定在视频电平的110％到120％的位置。由于白切割电路只是简单地将高亮度区的视频电平限制在一个确定的值，因此，亮区的图像细节就不能被重现了。拐点校正就是用来解决这一问题的。

        拐点校正电路的功能是将超过确定视频电平的信号进行压缩，这个压缩点就是拐点。拐点校正电路将超过拐点的视频输入信号进行压缩，多增加一个渐变区域，这样拐点以上亮区的一些细节信息就可以被还原出来，摄像机的动态范围也被扩大了。

       细节电平的调整

所有的摄像机都使用图像增强技术来改善图像质量。简单地说，图像增强技术就是增强亮区到暗区和暗区到亮区对比度，即提高视频信号边缘的脉冲峰值，使物体垂直和水平边缘变得更清晰。

       细节电平的调整关系到图像改善程度，即画面细节的清晰度。改善信号细节的方法有两种，一种方法是通过将信号延迟并重新组合，获得细节校正的信号；另一种方法是使用特殊电路将信号边缘的脉冲峰值提高来进行信号细节的校正。

        动态对比度控制

动态对比度控制（DCC）功能是当摄像机拍摄高对比度图像时，可以重现画面的细节。最好的例子是当我们在室内拍摄一个站在窗前的人时，使用DCC功能，即使室内和窗外的光线不同，也可以在摄像机记录的画面上重现窗外景色的细节。

        DCC的基本原理与拐点校正是相同的，不同的是DCC通过自动控制场景视频信号电平的拐点而获得更宽的动态范围。例如，当拍摄一个没有高亮度区域的场景时，拐点会被调整到一个接近白色切割电平的位置，这样图像的细节会被线性地重现。另一方面，当入射光远远高于白切割电平时，DCC处理电路会根据光线的强度降低拐点，保持高对比度。这样，在标准视频电平范围内可以获理一个很大的动态范围。

       线性矩阵

所有的可见光都可以由R、G、B三原色组成，而R、G、B三原色的光谱特性是不同的，在某些区域包括了负的光谱响应。由于负区这部分是不可能产生的，所以有一些颜色不能得到光学上的再生。但是，在视频摄像中要实现全彩色再现，这些负区光的值是不能被忽略的。

       线性矩阵电路根据R、G、B视频信号的负光谱响应再生和增加与其电路信号进行补偿。矩阵校正电路被设计在伽玛校正之关，这样就可以保证补偿值不会超过         伽玛校正的范围。

        彩色校正现在主要通过线性矩阵电路经过线性变换实现。根据R、G、B三原色的光谱响应曲线，我们得出其线性关系为：

R＝a1R＋b1G＋c1B

G＝a2R＋b2G＋c2B

B＝a3R＋b3G＋c3B

经过矩阵变换后，其线性关系为：

R＝R＋b1（G－R）＋c1（B－R）

G＝a2（R－B）＋G＋c2（B－G）

B＝a3（R－B）＋b3（G－B）＋B

        此时我们只需确认a2、a3、b1、b3、c1、c2六个矩阵参数，由各基色信号相减组成的色差信号，也很容易通过差分放大器得到，另外，因色差信号占用带宽较窄，所以使用色差信号作为校正信号不会引入过多的噪波。

        摄像机可以通过调整线性矩阵的矩阵系数精确地进行色彩的校正与重现。由于线性的矩阵校正被设置在非线性的伽玛校正之前，因而可以提供完美的光谱响应。

        SONY的数字摄像机有两个线性矩阵参数存储表，表中初始存储的是出厂值，我们可以根据使用要求分别存储不同的矩阵校正系数，即使不使用设定卡也可以方便的调用。

        白平衡

       如同“色温”中提到的，由于摄像机不能适应于发光体的光谱特性变化，必须通过调整视频电平来保持一致，否则就不能保持颜色的一致性。例如，拍摄一个纯白色物体，分量视频信号的红、绿、蓝三路信号的比率为1：1：1，这个比率在各种灯光下都应该保持一致。但是，如同“色温”一节中说明的，每一个发光体的光谱特性是不同的，同样，白色物体的反射光和分光棱镜透射光也会根据光线的变化而变化。

        由于视频信号是通过将光解析为三基色取得的，输出的三基色信号电压幅度，不仅与拍摄物体的色度和亮度有关，而且与照射物体的光源的光谱功率分布特性有关。当拍摄一个色温为3200K白色物体时，从兰色CCD输出的信号非常小，从红色CCD输出的信号非常大，而对于一个5600K的发光体，这种比例关系恰恰相反。这两种情况下，为了使再现的白色R、G、B比例保持1：1：1，在CCD的信号输出端需要进行电子调整。在后一种（5600K）情况，兰色CCD输出的视频信号电平调节率应小于1，而红色CCD的输出视频信号的调节率应大于1，使得红、绿、蓝信号相等，再现的白色物体也具有相同的光谱特性。这种调整称为白平衡调整。简单地说，白平衡就是根据不同的发光状况分别调整3个CCD输出的视频电平，使红、绿、蓝三路信号电平保持1：1：1以重现白色。

        色温

        彩色摄像机的色彩重现很大程度上与光线有关。人眼能够适应光的变化，这样一个物体在不同的光线（如日光、卤光灯等）的照射下，它的颜色人眼看起来是一样的，而摄像机则不能适应光线的变化，当光线发生变化后，拍摄的物体的颜色会有变化。

       发光体的颜色与它的温度有关，几乎所有的物体在相同的温度下发出的光的颜色都是一样的，一块铁与一块煤都被加热到3000K的温度，它们发出的光具有相同的颜色，它们发出的光具有相同的光谱。这是为什么呢？

       首先我们需要了解一下热辐射光源的辐射特性。热辐射光源是通过吸收热量、而不需要通过其他方式补充能量的光源。如果它所辐射的光波是可见光，我们就可以看到光源在发光。在室温下，大多数物体辐射的是不可见的红外光；当物体被加热到约770K时，开始辐射暗红色的可见光；大约在1770K时，物体开始发出白光。因此，物体的热辐射过程的光谱特性与物体的温度有关，这就是为什么我们用“色温”来定义发光体。

       色温是用来描述光源的，但是，色温仅用于描述光源的光辐射特性，它的光谱也随之变化。例如，色温大约在2900K左右的发光体，600至700纳秒波长的长波光的能量要大于400至500纳秒波长的短波光的能量。绝对黑体在低温下长波光的比例大，在高温下短波光的比例大。前面我们提到过，人眼可以适应于光线的变化，因此，无论光谱如何变化，白色的物体人眼看起来都是白色的，但是，摄像机就必须通过调整以使白色视频信号及所有色度信号保持一致。这就是为什么每次光线发生变化后，我们必须调整白平衡的原因。

       摄像机电子快门的选择

       与传统的摄像管摄像机相比，CCD摄像机采用纵向OFD（溢流沟道）构造，因而具有了可靠的可变电子快门功能。当使用电子快门功能时，我们可以拍摄到高速运动物体的清晰画面，但是设定的电子快门速度越快，CCD所能接受的光量越少，所需要的光圈越大。另外，使用电子快门功能可以拍摄到清晰、无水平噪波带的计算机监视器、电影银幕、投影屏幕画面。下面以IT型CCD为例来分析电子快门的原理。

         当电子快门关闭时，经过光电转换后的电荷在进入垂直消隐期间之前被存储，当电子快门打开时，在指定的时间内，被存储的电荷会全部被送到纵向OFD中丢弃，接下去进行再一次电荷储存。因此，实际上的受光时间，只有从丢弃时开始到传送到垂直移位寄存器的这段时间。电子快门设定的时间越短，转移的电荷就越少，可获得的动态清晰度就越高。

        一般专业摄像机的电子快门包括EVS（增强垂直清晰扫描）、CLS（清晰扫描）及ECS（扩展清晰扫描）、1／60秒、1／125秒、1／500秒、1／1000秒、1／2000秒等多个档位。

       以SONY DVW-700P摄像机为例，EVS自动将垂直扫描频率设定为1／50秒，以改善垂直清晰度，与标准模式相比减轻了频闪现象，但是用来拍摄快速移动物体时画面会变得模糊。CLS的频率范围为50.2Hz到9000Hz，主要用来拍摄垂直扫描频率在50Hz以上的计算机监视器等，以获取无水平噪波带的图像。ECS具有295个从25.4Hz到48.7Hz的调整等级，主要用来拍摄垂直扫描频率小于50Hz的计算机监视器或其他屏幕，以获取无水平噪波带的图像。1／60秒、1／125秒、1／250秒、1／500秒、1／1000秒、1／2000秒等档位主要用来拍摄快速移动物体。

文章来源于网络，仅供学习交流