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電視攝像中光圈的應(yīng)用

時(shí)間:2010-10-19 11:48:59來(lái)源:majuan

導(dǎo)語(yǔ):?光圈控制是攝像機(jī)的基本功能之一,攝像機(jī)所面對(duì)的景物亮度變化范圍很大,因此要隨時(shí)隨地調(diào)整光圈,才能保證圖像質(zhì)量,否則就會(huì)破壞畫(huà)面的彩色平衡,失去度層次的變化。

      1、了解光圈的作用

      光圈控制是攝像機(jī)的基本功能之一,攝像機(jī)所面對(duì)的景物亮度變化范圍很大,因此要隨時(shí)隨地調(diào)整光圈,才能保證圖像質(zhì)量,否則就會(huì)破壞畫(huà)面的彩色平衡,失去度層次的變化。
      景物重現(xiàn)的亮度不僅與本身特征有關(guān),而且與照明光源的照度有關(guān)。由于攝像機(jī)中的CCD器件所能承受的明暗強(qiáng)度是有限的,而且這個(gè)限度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于自然界景物亮度和光線的變化范圍。為適應(yīng)不同的照明條件,在攝像機(jī)的變焦距鏡頭中裝有限制入射光束大小的可變的圓形光闌(俗稱光圈),通過(guò)改變光闌孔徑控制進(jìn)光量。光闌孔徑越大,進(jìn)光量越多,反之進(jìn)光量越少。進(jìn)光量的多少與孔徑的面積成正比。此外,投射到CCD器件上的實(shí)際亮度還與鏡頭的焦距有關(guān)。在一定的照度下,焦距長(zhǎng)則亮度低,焦距短則亮度高。通常用光圈的實(shí)際孔徑與焦距之比來(lái)表示鏡頭的實(shí)際透光系數(shù)(即相對(duì)光圈,用F值的分?jǐn)?shù)表示)。F值有F1.4、F2、F2.8、F4、F5.6、F8、F11、F16、F22,并按平方根的倍數(shù)遞增,相應(yīng)的光圈面積每檔減少一半,進(jìn)光量也減少一半,也就是說(shuō),攝像機(jī)鏡頭所成像的照度與光圈值的平方成反比,光圈值越小,照度越大,像就越亮。為滿足F值的要求,變焦距鏡頭中就光圈與變焦距環(huán)是連動(dòng)的,只要光圈F值相同,投射到CCD器件上的亮度就相等。此外,光圈也影響著景深的表現(xiàn),光圈小景深范圍大,光圈大景深范圍小。由于有了一系列的光圈值控制著鏡頭的進(jìn)光量,因此攝像機(jī)能在亮度變化較大的范圍內(nèi)靈活選擇和正常工作。

   2、調(diào)整原理及方法

      攝像機(jī)有自動(dòng)光圈和手動(dòng)光圈兩種控制方式。自動(dòng)光圈的基本原理是:根據(jù)被攝景物的照度,利用視頻信號(hào)的反饋,使光圈作相應(yīng)的擴(kuò)大或縮小,保持合適的進(jìn)光量,從而得到規(guī)定的輸出信號(hào)強(qiáng)度,使攝像機(jī)視頻信號(hào)的白色電平保持在規(guī)定的數(shù)值上。當(dāng)所攝取的景物照度大時(shí),攝像機(jī)的視頻信號(hào)幅度隨之增大,若超過(guò)規(guī)定的信號(hào)電平,自動(dòng)光圈電路將產(chǎn)生相應(yīng)的電壓去控制鏡頭光圈,使其關(guān)小,直至視頻信號(hào)輸出幅度符合要求為止;若景物照度變低,自動(dòng)光圈電路將調(diào)整光圈使其開(kāi)大,增加視頻信號(hào)的輸出幅度。
  被攝取的光像通過(guò)分色棱鏡成為紅、綠、藍(lán)三個(gè)基色光,經(jīng)各自的CCD器件轉(zhuǎn)換為基色信號(hào),通過(guò)信號(hào)處理電路后,將紅、綠、藍(lán)三個(gè)視頻信號(hào)同時(shí)送入非相加電路,選其電平最大值作為自動(dòng)光圈控制的輸入視頻信號(hào),然后送到檢測(cè)電路,利用峰值檢波或平均值檢波測(cè)其最大幅度或平均值,并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電壓(因拍攝環(huán)境千變?nèi)f化,檢測(cè)電路的輸出多數(shù)采用以平均值為主,峰值為輔的折中值),最后送往比較電路,將檢測(cè)電路輸出的直流電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,用其誤差信號(hào)來(lái)控制光圈的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行光圈調(diào)整。若高于基準(zhǔn)電壓,誤差信號(hào)為負(fù),使光圈關(guān)小,直至誤差值為零;反之,誤差信號(hào)為正,光圈變大,從而使視頻信號(hào)保持在預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)電平上。
  目前,專業(yè)級(jí)或廣播級(jí)的攝像機(jī)采用自動(dòng)光圈調(diào)整和手動(dòng)光圈調(diào)整以及即時(shí)自動(dòng)光圈調(diào)整等控制方式,以處理不同條件下的景物亮度變化。
  自動(dòng)光圈調(diào)整是將光圈選擇開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)(A)處,攝像機(jī)則根據(jù)被攝景物的亮度及時(shí)跟蹤,自動(dòng)調(diào)整光圈,控制鏡頭的進(jìn)光量,避免圖像的亮處失去灰度層次和破壞彩色平衡,能適應(yīng)一般條件下的景物亮度變化。手動(dòng)光圈調(diào)整是將光圈選擇開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)(M)處,并根據(jù)畫(huà)面的需要調(diào)整光圈環(huán),對(duì)于逆光、亮度突變、對(duì)比度極強(qiáng)以及畫(huà)面要求特殊效果等情況,能獲得較好的效果。即時(shí)自動(dòng)光圈調(diào)整是將光圈選擇開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)(M)處時(shí),持續(xù)按下即時(shí)自動(dòng)光圈調(diào)整鈕,光圈將臨時(shí)性地切換成自動(dòng)光圈調(diào)整方式,利用自動(dòng)光圈調(diào)整電路檢測(cè)被測(cè)景物的亮度變化來(lái)調(diào)整光圈,松開(kāi)按鈕后返回手動(dòng)狀態(tài),光圈將固定在被調(diào)整好的數(shù)值上。

  3、調(diào)整技巧

  光圈的調(diào)整是攝像人員在拍攝過(guò)程中的一項(xiàng)基本操作。攝像人員肩扛攝像機(jī),右手操作變焦和錄制開(kāi)關(guān),左手調(diào)整聚焦環(huán),既要對(duì)焦又要構(gòu)圖,在難以顧及環(huán)境亮度的變化情況下進(jìn)行實(shí)地拍攝。由于拍攝環(huán)境和條件的復(fù)雜性,攝像人員往往采用自動(dòng)光圈控制方式來(lái)處理被攝景物的亮度變化。

  特殊條件下自動(dòng)光圈調(diào)整技巧

    動(dòng)光圈不需要事先進(jìn)行測(cè)光來(lái)調(diào)整光圈,解決了攝像人員在拍攝過(guò)程中難以隨時(shí)把握環(huán)境亮度變化而及時(shí)調(diào)整光圈的矛盾,有助于集中精力尋找拍攝角度。特別是對(duì)于不同亮度的景物進(jìn)行緩慢的推、拉、搖、移等技巧性拍攝時(shí),能根據(jù)被攝景物的亮度變化自動(dòng)調(diào)整光圈;對(duì)于人物的特寫(xiě)或者反差不大的景物進(jìn)行順光、側(cè)光或逆光拍攝時(shí),能獲得曝光質(zhì)量很好的畫(huà)面效果。但是,自動(dòng)光圈調(diào)整電路是根據(jù)一般的拍攝條件來(lái)確定視頻信號(hào)平均值檢測(cè)和峰值檢測(cè)的折中值。在實(shí)際使用中,因受設(shè)備條件和工作環(huán)境的限制,兩者的比值不能隨意調(diào)整,而且它不能檢測(cè)前景與背景亮度反差的面積比(即在同一畫(huà)面中亮度高的面積與亮度低的面積之比)。在同樣亮度反差的環(huán)境下,若面積比不同,光圈的調(diào)整也不同,所以自動(dòng)光圈很難適應(yīng)同一畫(huà)面中出現(xiàn)亮度反差過(guò)大的情況。
  在被攝主體亮度低而周圍景物亮度高的環(huán)境下,若使用自動(dòng)光圈進(jìn)行拍攝,主體將曝光不足,色彩損失。例如,拍攝以陰天為背影的樹(shù)木,由于天空的亮度很高,樹(shù)木的亮度很低,因而樹(shù)木嚴(yán)重曝光不足,色彩損失殆盡而變黑,綠色的樹(shù)木將是黑白圖像。在被攝主體亮度高而周圍景物亮度低(如舞臺(tái)上演員的亮度比背景的亮度通常高出3~4倍)的環(huán)境下,則主體曝光過(guò)度,色彩損失殆盡而變白。在運(yùn)用推、拉、搖、移等技巧拍攝平均亮度不一致的景物時(shí),光圈將隨著景物的亮度變化而作相應(yīng)的擴(kuò)大或縮小,使畫(huà)面的亮度不斷變化,造成忽明忽暗的效果。例如,鏡頭從室外轉(zhuǎn)向室內(nèi),畫(huà)面將出現(xiàn)先暗一下再重新亮起來(lái)的現(xiàn)象;在拍攝談話場(chǎng)面過(guò)程中,若一個(gè)穿著白色服裝的人進(jìn)入,光圈就會(huì)縮小,好像環(huán)境中的亮度突然下降,從而影響畫(huà)面的藝術(shù)效果。由此可見(jiàn),自動(dòng)光圈不適應(yīng)在任何環(huán)境下使用,它存在以下不足:①因?yàn)槭且云骄炼葋?lái)控制光圈,所以當(dāng)拍攝高反差的景物或進(jìn)行逆光拍攝時(shí),會(huì)有一部分景物明顯曝光不足,畫(huà)面的色調(diào)層次受到破壞;②當(dāng)表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的情景時(shí),由于某些淺色物體的移動(dòng)會(huì)使光圈忽大忽小,畫(huà)面的亮度不能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);③由于是利用反饋信號(hào)進(jìn)行比較放大再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)改變光圈的大小,因此當(dāng)景物的亮度發(fā)生變化時(shí),光圈也隨之改變,這個(gè)變化過(guò)程影響了藝術(shù)的表現(xiàn)效果。所以,近期生產(chǎn)的攝像機(jī)采取如下方法來(lái)提高拍攝圖像的質(zhì)量。
 ?。?)設(shè)立自動(dòng)光圈檢測(cè)窗口。在自動(dòng)光圈檢測(cè)電路之前加入有關(guān)檢測(cè)窗口,即僅檢測(cè)窗口以內(nèi)的視頻信號(hào)的平均值或峰值,而忽略窗口以外的景物,有利于提高逆光拍攝的圖像質(zhì)量。但在拍攝運(yùn)動(dòng)的明亮物體時(shí),若主體進(jìn)出檢測(cè)窗口的瞬間,會(huì)使窗口區(qū)域的亮度發(fā)生變化,造成光圈的改變,從而導(dǎo)致畫(huà)面的亮度也出現(xiàn)較大的變化。
 ?。?)增加逆光和聚光功能。在復(fù)雜的環(huán)境下,攝像人員難以掌握好手動(dòng)光圈的調(diào)整技術(shù),有些攝像機(jī)增加了逆光和聚光的自動(dòng)光圈補(bǔ)償功能。在背景明亮的逆光環(huán)境拍攝時(shí),按下逆光補(bǔ)償鈕,光圈將在自動(dòng)光圈的基礎(chǔ)上加大一檔左右。在高亮度的聚光燈前拍攝時(shí),按下聚光補(bǔ)償鈕,就能得到亮度電平減少的圖像,以免亮度過(guò)強(qiáng)而出現(xiàn)白熱化的效果。
 ?。?)附加自動(dòng)光圈微調(diào)功能。演播廳中使用的攝像設(shè)備常具有自動(dòng)光圈微調(diào)功能。在自動(dòng)光圈的基礎(chǔ)上,通過(guò)選擇視頻峰值和平均值的比例,用遙控單元進(jìn)行光圈調(diào)整,有助于提高圖像質(zhì)量,但這只能在拍攝在條件和工作性質(zhì)允許的情況下使用。

    特殊條件下手動(dòng)光圈調(diào)整技巧

  在特殊條件下拍攝要求較高的電視節(jié)目時(shí),大多數(shù)采用手動(dòng)光圈并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)調(diào)整光圈。為使明暗變化降低到不易察覺(jué)的范圍,通常采用以下幾種方法確定光圈值。
 ?。?)自動(dòng)確定法:確定機(jī)位、對(duì)焦并進(jìn)行畫(huà)面構(gòu)圖。先采用自動(dòng)光圈方式,光圈將根據(jù)景物的平均亮度進(jìn)行檢測(cè),并停留在一相應(yīng)的F值上,然后將光圈方式選擇開(kāi)關(guān)拔至手動(dòng)位置再進(jìn)行拍攝,光圈將不再隨著景物的明暗發(fā)生變化。筆者在獲全國(guó)黨員電教片紅星二等獎(jiǎng)的專題片《無(wú)悔的選擇》中拍攝群眾看望主人翁的場(chǎng)景時(shí),采用這種方法進(jìn)行拍攝,避免因人物來(lái)往行走所引起的亮度變化而影響畫(huà)面質(zhì)量。
 ?。?)折衷法:對(duì)于推、拉、搖、移等技巧性鏡頭,畫(huà)面的內(nèi)容通常是一段連續(xù)過(guò)程。先將自動(dòng)光圈方式時(shí)起幅的光圈值與落幅的光圈值進(jìn)行折衷處理,然后用手動(dòng)光圈方式進(jìn)行拍攝,此時(shí)起幅與落幅的畫(huà)面質(zhì)量略有下降,但畫(huà)面的總體效果趨于一致。筆者在獲全國(guó)黨員電教片紅星三等獎(jiǎng)的專題片《闖海的學(xué)者》中搖拍海邊椰林一景時(shí),把光圈選擇開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)(A)處,測(cè)起幅時(shí)的光圈值為F11,落幅時(shí)為F5.6,用手動(dòng)光圈方式將光圈值設(shè)在F8位置后進(jìn)行拍攝,獲得了較好的畫(huà)面效果。
 ?。?)落幅為主:因?yàn)槁浞?huà)面通常是表現(xiàn)內(nèi)容的歸宿和小結(jié),所以對(duì)于畫(huà)面效果要求較高且有推、拉的技巧性鏡頭,應(yīng)以落幅畫(huà)面構(gòu)圖的平均亮度來(lái)確定光圈值,并采用手動(dòng)光圈方式進(jìn)行拍攝。筆者在四集電視系列片《特區(qū)先鋒》中拍攝主人翁攻關(guān)科研項(xiàng)目的場(chǎng)景時(shí),既要拍出人物所處的工作環(huán)境,又要表現(xiàn)人物的專注神態(tài),運(yùn)用推的技巧,并以臉部特寫(xiě)作為落幅來(lái)確定光圈值,獲得了較好的表現(xiàn)效果。
 ?。?)人臉測(cè)量法:在自然環(huán)境中,無(wú)論光線的強(qiáng)弱,黃種人類的皮膚反光率約為70%,相當(dāng)于景物中由明到暗亮度變化的中間等級(jí)。在拍攝人物的場(chǎng)景時(shí),以這個(gè)中間灰度等級(jí)來(lái)確定光圈值,有利于暗部分畫(huà)面的重現(xiàn)。先把光圈方式選擇開(kāi)關(guān)拔至自動(dòng)(A)處,將人物的特寫(xiě)為依據(jù),待光圈穩(wěn)定后再拔至手動(dòng)(M)處,然后進(jìn)行拍攝。
    另外,在拍攝對(duì)比度極強(qiáng)的景物時(shí),應(yīng)充分利用攝像機(jī)所提供的斑馬譜作為調(diào)整光圈的參考標(biāo)準(zhǔn),以保證畫(huà)面中有意義的部分曝光準(zhǔn)確和色彩飽和.在強(qiáng)烈陽(yáng)光下,拍攝突出前景而又需要背景模糊時(shí),自動(dòng)光圈方式會(huì)使光圈縮小,景深變大。為此,可在鏡頭前加入中性灰阻光片,使各個(gè)波長(zhǎng)的光按相同的比例減弱,使進(jìn)光量減少,光圈開(kāi)大,減小景深。

  模擬拍攝的調(diào)整技巧

  根據(jù)拍攝環(huán)境采用常規(guī)的方法調(diào)整光圈,能使景物的影調(diào)層次逼真地還原和重現(xiàn),但有時(shí)為了方便組織拍攝,可以利用早晨、下午或者傍晚的時(shí)間來(lái)進(jìn)行夜景的模擬拍攝。
    偏振鏡具有減弱或消除偏振光的作用,因而可以用來(lái)控制和選擇光線,削弱天空的強(qiáng)光,使其影調(diào)變暗,也就是說(shuō),利用偏振鏡能在白天拍攝模擬夜景的畫(huà)面。其方法是:在鏡頭的前方安裝偏振鏡,讓鏡頭方向與太陽(yáng)方位成90º角,偏振鏡的偏振化方向(即允許通過(guò)的光振動(dòng)的方向)的標(biāo)記指向太陽(yáng),同時(shí)采用手動(dòng)光圈控制進(jìn)光量,以獲得合適的畫(huà)面亮度。
  (1)模擬月景。在太陽(yáng)偏斜的下午進(jìn)行逆光拍攝。確定機(jī)位、對(duì)焦和構(gòu)圖后,仔細(xì)旋轉(zhuǎn)偏振鏡,同時(shí)調(diào)整光圈,把景物的亮度壓暗,使明與暗的色階拉開(kāi),畫(huà)面的前景成為黑色剪影,而遠(yuǎn)景的輪廓模糊,表現(xiàn)出“月夜朦朧”的效果。當(dāng)太陽(yáng)躲藏在薄云后面時(shí),可烘托“月夜”的氣氛。因?yàn)榫拔镏械奶?yáng)所造成的強(qiáng)光部分已變成為由“月光”所造成的強(qiáng)光部分,所以畫(huà)面有較強(qiáng)的自然感和真實(shí)感。筆者在專題片《在希望的田野耕耘希望》中拍攝主人翁晚上看望村民的場(chǎng)景時(shí),就采用這種方法加以實(shí)現(xiàn)。
 ?。?)模擬夜景。在早晨和傍晚的時(shí)間進(jìn)行拍攝。確定機(jī)位、對(duì)焦和構(gòu)圖后,調(diào)整偏振鏡和光圈,然后將色溫濾色片設(shè)于3200K,使畫(huà)面的總體效果偏藍(lán)。在早晨拍攝時(shí),應(yīng)盡量使場(chǎng)景處于深色的背景之中,如建筑物的陰影下等等;在傍晚拍攝時(shí),應(yīng)充分利用路燈和車燈作為“夜景”的陪體,同時(shí)控制好背景明暗區(qū)域的分布,以求達(dá)到近似的效果。
    在模擬拍攝的過(guò)程中還要注意,不能采用搖、移、跟等技巧性拍攝方式,否則光線與攝像機(jī)之間的夾角將發(fā)生變化,畫(huà)面中天空的顏色將隨之變化,從而影響視覺(jué)效果,同時(shí)要采用彩色監(jiān)視器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視畫(huà)面效果,并及時(shí)加以調(diào)整,就能夠加深畫(huà)面的意境。
  綜上所述,在拍攝人物景觀中,由于攝像機(jī)所面對(duì)的景物亮度變化范圍很大,所有的視頻信號(hào)都要通過(guò)放大和加工處理,因此在一定的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化是不可避免的,它不可能從根本上解決畫(huà)面出現(xiàn)平均亮度變化的問(wèn)題。但只要掌握光圈控制的基本原則和應(yīng)用技術(shù),熟悉設(shè)備的功能,按照不同的情況靈活處理,就能夠逼真地再現(xiàn)被攝景物,提高藝術(shù)的表現(xiàn)力,從而達(dá)到電視創(chuàng)作最理想的要求。 

 

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