攝像機亮色參數的解讀與應用

任鵬

摘 要：本文將攝像機亮度參數的理論與操作兩個層面相互結合，分析了專業攝像機的亮色參數，介紹了攝像機的亮度工作范圍和色溫調整范圍，并在介紹這兩個范圍的基礎上，用較為詳細的數據描述了攝像機操作過程中應當防范的事項以及需要注意的問題。

關鍵詞：標稱靈敏度；亮度工作范圍；照明色溫；白平衡調整

1 攝像機的亮度工作范圍

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

1） 攝像機的靈敏度。靈敏度是攝像機重要的性能指標，通常用標稱靈敏度來表示。標稱靈敏度的定義是：增益為0dB時，在標準照明條件下（色溫3200°K，照度2000Lux），拍攝89.9%反射率的物體，輸出白電平達到700mv時的光圈值。顯然在同等條件下，光孔開口越小的攝像機其靈敏度越高。雖然標稱靈敏度（標準光圈值）規定了每臺攝像機工作的照度標準，但在實際應用中通過開大或關小光圈，提升或降低主增益分貝值等操作，攝像機就可以在十分寬泛的照度環境下進行拍攝。

2） 攝像機照度工作范圍的確定。其原理是以標稱靈敏度的光圈值為基準，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）；然后再依據最大光圈值并加上主增益的最大提升量確定拍攝時亮度工作范圍的下限（最小工作照度值）。

現以標稱靈敏度為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灰度鏡的攝像機為例進行計算和說明。

首先以標稱靈敏度光圈值為基準，即將f11與圖1中亮度軸上的2K（2000Lux）處對齊，此時最小光圈f16則對應于其右側的4K（4000Lux）處，再加上使用1/4ND灰鏡（相當于衰減2級光圈），此時對應的最大照度值為16K（16000Lux）。這就是該攝像機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對應的照度值為32Lux（此時主增益為0dB）。如果再加上使用最大提升增益+18dB（相當于開大3級光圈），則應再向左移動3級照度，至此對應的照度值應為4Lux，這就是該臺攝像機亮度工作范圍的下限，即同時使用最大光孔和最大增益時拍攝的最低照度值。

由此我們得到該攝像機的亮度工作范圍是4Lux 至16000Lux。

3） 利用最低照度值推算攝像機靈敏度（標準光圈值）。專業攝像機通常都會在技術指標中標明標稱靈敏度（包括標準光圈值、照明色溫、照度和反射率標準），而低檔攝像機則往往只給出最低照度值，而不提供標稱靈敏度參數。使用者為了便于分析對比，同樣可以按上述計算方法，利用已知的最低照度值推算出該機的相應參照靈敏度（光圈值）。這種方法雖然不夠嚴謹但卻也實用。現以最低照度為32Lux，最大光孔為f 2.0和最大增益值為+12dB的攝像機為例進行具體推算，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分別對應于250Lux、500Lux和1K（1000Lux）照度值，而對應于2K（2000Lux）處的f8就是代表該攝像機靈敏度的標準光圈值，也即該攝像機的靈敏度標稱為f8。

2 攝像機的色溫調整范圍

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，當光源色溫變化時景物的顏色也將隨之改變。在電視攝像中，只有當照明光源的色溫與攝像機的平衡色溫一致，同時攝像機RBG三路輸出的電平也取得一致，即獲得白平衡時，被攝景物的顏色才能得到正確再現。

攝像機的彩色系統都將3200°K作為平衡色溫的標準，而實際拍攝環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的照明環境下拍攝必須首先進行白平衡校正。此外我們也希望攝像機能夠具有盡可能寬的色溫調整范圍，以滿足在不同照明條件下進行拍攝的需要。

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

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

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的攝像機白平衡調整范圍。

2） 加用光學濾色鏡校色時的白平衡調整范圍。在攝像機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要求的平衡色溫范圍，或者說使用濾色鏡可以提高攝像機的工作色溫。

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

換算成絕對溫標表示為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的工作色溫范圍是2461 K°～11792°K。

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

這表明，裝有上述濾色鏡的攝像機可以在下到2461°K，上至15408°K的色溫范圍內進行拍攝。

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

由于光學濾色鏡都具有一定的密度，會阻擋部分入射光通過，造成大約一級光圈的光通量損失，因此設法避免濾色鏡自身的光損會有助于低照度環境下的拍攝。例如遇到必須在戶外高色溫低照度條件下（同時又不能增加照明時）進行拍攝的情況，按照常規操作，應首先選用4300°K或5600°K檔濾色鏡，然后再進行白平衡調整，這勢必造成入射光的損失。此時可嘗試不加濾色鏡（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）。因為從上述可知，對于具有±3dB增益控制電路的攝像機來說，其不加濾色鏡時的色溫調整上限是4572°K，而現代高檔攝像機常具有更強的電路增益控制能力，因而擁有更加寬泛的色溫調整范圍。